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50Ω入力アンテナ

これも以前所属クラブサイトへ投稿したものです。
誰も見ていないのではと思っていたら、検索サイトから
飛んできた痕跡が数百件ありました。
その検索キーワードを見ると、結構面白いです。

50Ω入力の八木アンテナを設計し、実際に使い始めた時から、
何年経ったでしょうか。
14MHz5エレ、18MHz6エレ、21MHz6エレ、24MHz7エレと
計算上でも優れていることは予想がつきましたが、
作ってみると、こんな良いものはない!って感じです。


50Ω入力のものは、かなり前から無線雑誌で散見できましたが、
ほとんどのものはブームが短くナロースペースで、たとえば
4エレメント八木だと、D1がマッチングのためだけに
付いているような感じで、実際3エレメント八木程度の
ブーム長しかなく、帯域も狭いしゲインも今一でした。

私目が設計したアンテナはそれとは違い、昔ながらの
6エレ1λ、4エレ0.5λを忠実に守っています。
14MHz5エレ八木のブーム長は17(実質16.8)m、18MHz6エレは
16.8(実質16.6)mの如くです。




( 12m7ele八木 ブーム14.5m 22mhigh GAIN16.7dBi F/B21.6dB )

確かにゲイン重視でエレメント長や間隔を決定した場合、
50Ω入力に限定したものより、1dB以上ゲインが高く取れると
言われてきましたが、6エレ1λ、4エレ0.5λのブーム長に
おいては、0.5dB程度の差で収まるスペーシングと長さを
見つけました。
この0.5dBという差ですが、ゲイン重視での設計では
入力Zは通常50Ω以外になり、なにがしかのマッチング
セクションが必要となります。
メーカ製を見ると、ほとんどがヘアピンマッチですね。
あのヘアピンを見てどう思います?
ブームからわずか数センチのところを、細いアルミ棒で
長々と這わし、ビス止めの接触部分も数ヶ所多くなります。
長年使ったアンテナを下ろすと、粗方接触部分には
白い粉が噴いていますね。
電流が一番多く流れる部分の接続による損失や、降雨時や
雪が積った時に、損失が発生していないと言い切れますか?
接続が多いということは事故の発生も多いということです。

その点50Ω入力だと、1:1のバラン直結ができることで
マッチングロスは当然ゼロ、シンプルな構造になるために
天候による不安定要素もないし、事故も少ないでしょう。
しかもヘアピンなどでの自作は、計算しきれない部分があり、
最終的にはカットアンドトライによる追い込みが必要ですが、
50Ωに決め打ちした場合、ほとんど調整は必要ありません。
どうです、そう考えると0.5dBのゲインなど補って余りあると
思いますし、実際の使用感も抜群です。

6エレの寸法を教えてほしいというリクエストを何件か
いただきましたが、企業秘密?ですとお断りしています。
(だって、教えたかたに呼び負けするのは嫌ですから!)
5エレは親交のある3人の方にお教えしました。
3人とも寸法が異なります。上げる高さも違えば、単独で
上げる方と、他のアンテナとスタックされる方は当然寸法が
違ってくるわけです。

ちなみに14.2mブームの5エレは14,95dBi・F/B20.8dB、
16.7mブームの6エレは16.01dBi・F/B17.9dBです。
15.6dBiまでゲインを落とすと、帯域内すべてのF/Bは
20dB以上を確保できます。

ちょっとせこい感じですが、ここでは4エレの寸法を公開しちゃいます。
7MHz3eleもそうでしたが、webで寸法を公開するアンテナは、公開する
責任上、せめてRaに手が届き、調整できるものに限定します。
パラスチックエレメントはどのブラケットを使用しても大差はありませんが、
Raは、形態が想定外のものもありますので。

条件はブーム径が50mm/9m、エレメントブラッケットは
CD社標準のもの(似たような形態であればOK)、それに
しっかりしたリニアバランを使用、単独で上がっている、
くらいでしょうか。
地上高は23mのリアルグラウンドですが、20~30mの間では
ゲインとF/Bが若干変化します。

23m Gain:13.77dBi F/B:19.01dB
20m Gain:13.60dBi F/B:17.56dB
30m Gain:13.96dBi F/B:18.36dB

反射波ほとんど立たないと計算上では出ています。
23mでは1.0(両バンドエッジでは1.05程度)ですが。
20mでも30mでも計算上ではfゼロで1.01となります。

では寸法です。

エレメント(アルミパイプ)の径と長さ(半分)
25mm 1.00m
20mm 0.75m
16mm 0.75m
13mm 1.00m
10mm Re 0.91m
   Ra 0.65m
   D1 0.47m
   D2 0.16m
Raのみ 
1mm 0.1m(バランのリード線-片側)

ただしこれはバランのリード線がエレメントに向かって、
広角に(90~120度)くらいで伸びていっている場合で、
平行に伸びている場合は、もう少し長くしなければいけません。
今までは上げっぱなしで調整不要でしたが、バランの形状や
取り付け方法によっては、ラジエータ長のみ調整が必要になる
可能性がありますが、その程度のことはリード線長で調整しても
性能に大きく響くことはないでしょう。

ブーム長9mと前述しましたが、実質8.8m(約0.5ラムダ)です。
スペーシングはブームのボルトに当たるからと、数センチくらい
ずれても良いだろう式で考えてはいけません。
特にSWRを調整しやすいからとRa-D1をいじるという話を時々
聞きますが、絶対やってはいけません。
入力Zも変化しますが、ゲインとF/Bに多大な影響がでるからです。
1cm刻みで計算していますから、まったく設計者の意図しない
アンテナに仕上がってしまうこと請け合いです。

説教がましいことはお終いにして、以下がスペーシングです。

Re
  3.000m
Ra
  1.652m
D1
  4.148m
D2

なぜRe-Raが3mジャストなのかという説明は、話すと
長くなるので端折ることにします。

ちなみに一般的な土地係数としてエレベーションは
20mで約11度、23mで約10度、30mで7.5度です。

奇特にもこのアンテナを作りたいと思う方で、他バンドの
アンテナとスタックにしたいとか、高さなどの条件が
異なる方はご連絡ください。
詳細な情報を教えていただければ、それに合った寸法を
計算いたします。ただし暇なときに限られるので、
お時間はいただきます。

失敗作

50Ω入力アンテナで唯一失敗したアンテナです。
その前に上げていた4ele(ヘアピンマッチ)のほうが、
よほど飛びました。

上げる前

20mのブームは足場単管補強したため、ユニックの重量計で160Kgと判明。

28mhighに上げてみたところ

ウインチでやっと上げたのに、エレメントの形状補正値を入れ忘れて計算。
10.3MHzのアンテナになってしまいました。^^;;
降ろして補正はしましたが、本当は20mブームじゃちょっと足りないし、
4eleでも十分すぎるほど飛んだので、次回は50Ωバラン直結の
4eleで行きます。

 
 









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