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スタックについて

数多くHFアンテナをあげて調整し、最近はその結果を反映した
デザインが確立してきた拙生ではありますが、スタック
アンテナの自作はホンの数例しかありません。

14MHzの4エレ八木アンテナスタックでは、下段のアンテナは
固定だったので、シングルとの定量的な比較は、引き込んだ
同一長のケーブルを切り替えて、向いている方向から飛来する
安定した信号を受信しながら、スタック・上段アンテナのみ
・下段アンテナのみで数値をとりました。
スタック間隔はλ/2(10m)。上のアンテナが約30mでした。

その時思ったのが、スタック状態で上段のみ使用した時は、
単体で30mに上げていた時より良くないってことです。
共振した(または共振周波数に近い)エレメントが近間に
あるのですから当然のことなのでしょうが、その時点では
参考文献も見当たらず、スタックにしたこと自体が、同じ
アンテナが2本入手できたので試してみるか、程度でしたので、
下段のアンテナは1度も回転することもなく、1週間で2本の
アンテナは叩き下ろされ、欲しい人が現れたのでお嫁入りして
行きました。

しかし、その時のことがずっと気になっていた拙生は、50MHzの
7エレが格安で2本手に入った時、再度試すことにしました。
当時50MHzの運用は全くありませんでしたが、免許用にIC-575を
所有していましたし、25MHz以上であれば多くの業務用測定機類が
使えるのでやる気が起きたというわけです。

まず当時4本上がっていたタワーやパンザーマストのうちの3本の
中心に7.2mのタワー(1ユニット2.4mのタワーx3)を建てました。
ルーフタワー宜しく、2段ステーを3本のタワーに縛り付けるという
仮設状態です。(CD社のNタイプ上部は、3段目がテーパー状なので
まるでルーフタワーのよう)
ガス管の50Aを使用しましたから、ベアリングから4m弱は確保されます。
F/Bの測定の為、予備として常備してあったローテータも取り付けます。
そこから5波長(30m)離れたところにある納屋に3段のスライダーを
建てかけてダイポールを上げ、業務用アナログ電測計で測定しました。

IC-575を電測計の横で送信し、30m以上の2本の同軸ケーブルで
アンテナに供給するため、送信側・測定側とも、コモンモードへの
対策は必要以上に神経質に成らざるを得ませんでした。
0.1dBの差をアナログ電測計で確認しようとすれば、針2~3本分の
振れですから、コモンモードで誘起される電流は致命的ですから。

最初に1本のアンテナをベアリングから3mのところに上げて、
電測計の測定値が60dBμになるように、IC-575のパワーを絞ります。
アンテナをバックに向けてF/Bも測っておきます。
コントロールケーブルは短かったので、回転させるのに30mを
行き来することになりましたが。。。

全く同じアンテナをベアリングのすぐ上に上げて、3mの間隔の
スタックアンテナとします。
同じ長さのケーブルで給電しているので、スタックのときは、
手元でQマッチ用の75Ωケーブルλ/4(x速度計数)で約100Ωに
ステップアップし、それをパラ接続で50Ωとマッチングをとります。
7C2Vだとジャスト1mで切って、両端にコネクタを付けると、
測定なしでもそんなに狂いはなく使えるのでお試しあれ。
この実験時はQマッチ用の電気的λ/4のみならず、30m以上引っ張る
2本のケーブルも、電気的λ/2の整数倍になるよう、スペアナ・
リターンロスブリッジで測定したものを使用しました。
ちなみにディップメータでの測定は結構不正確であったのに対し、
デリカのアンテナアナライザーはほぼ同じ長さとなり、
お値段なりに優秀でありました。

下段のアンテナを付けた状態で、上段のアンテナンのみに給電すると、
やはり測定値は1.3dB落ち、F/Bも3dBほど悪化しました。
やはり悪いほうに影響してるってことは明白ですね。

で、スタックで給電すると、上段のみの時より2.8dBアップします。
つまり単体で上げた時と比較すれば、約1.5dBアップですね。
またもや30mを往復して測ったF/Bは、今度はかなり良いです。
2本上げて上段のみの給電時より7dB、つまり単体時より4dBもです。
いくら理想的な想定条件でなかったにせよ、この数値は無視することは
できないと思います。
スタックにするとゲインは上がるが、F/Bは単体時と同じであるという
記述しか見たことがなかった拙生には、目から鱗でした。

ちなみに単体で上げた時のSWRはさすがにメーカ製だけあって、ベアリングの
すぐ上で1.1程度、3m上げると1.1以下(1.05位)です。
スタック状態で1本に給電すると、上下アンテナとも1.3以上になります。
思い切ってスタック状態で最適化することにしました。
と言っても、やみくもにいじれば訳が分からなくなるに決まってます。
スペアナとリターンロスブリッジで、どないなってんの?と探ってみると、
純抵抗分は低く、リアクタンス成分も容量性になってます。

そこで下側のアンテナのみ下ろしてはエレメント長とスペーシングを調整し、
SWRが良くなりゲインも上がったところで、上のアンテナも全く同じサイズに
すること数度。簡易的ではありますが、なんとか追い込みました。
エレメント長だけでは追い込めず、スペーシングがかなり変わっりました。
まだまだ追い込む余地のある段階でも、上段・下段のみの給電における
ゲインは単体時よりも0.9dB落ちまでとなりました。
F/Bは残念ながら変化はありませんでしたが、きっとスタックにすると
上がってくれるだろうと気にしないことにしました。。

結果的にスタック状態の1本のみ使用時からスタックにすると2.8dBアップ。
単体で上げた時より1.9dBアップで、F/Bも期待通り4dBアップです。
もちろん半端な最適化ですから、もっと良くなる可能性は大ですが、
納屋に建てかけたスライダーと、知識のない人には訳の分からない
測定機類が邪魔くさいとの苦情で、実験は終了するはめになりました。。。

短いしかも中途半端な実験でも分かったことは、スタックにするには
スタック用アンテナとしての最適化が必要であること。
最適化の見返りとして、λ/2の間隔でも2dB超えのゲインアップが
見込めそうなことと、環境によってはF/Bの大幅なアップが見込める
可能性があること。等々です。

後日(というかごく最近)この手の話が出て思い出し、シミュレーションソフトで
検証してみましたが同様な結果がでて、最近のシミュレーションの便利さ
(優秀さ)にびっくりしています。



(最後にあげたスタック例 15m 6ele八木 2段 14.5mブーム
 上段30mhigh 下段22mhigh 360°回転可)

どうです、少しは参考になりましたでしょうか。

 
 
参考までに、以下はx2とx4のスタック用ケーブルです。

 
x2


上記のままだと、スタック間隔が電気的λ/2以上とれないので、
アンテナから50ΩケーブルでQマッチセクションまで伸ばすか、
75Ωケーブルを電気的3/4・λとします。
 
 

x4

 
 









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