０９．CJU アンテナの考察(435MHz)　　　　　　　　　　　　　de JA1CPA／中村　　2014/02/05
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　　　　　　　　　　↓↓ 一番下に CJUアンテナmdoki を作りました。2014/2/6
　　　　　　　　　　↓↓・２エレメント・セミフォールデットタイプ　追加　　　　2014/2/8

ループになっているラジエーターにディレクターを付けてループ面に指向性があるCJUアンテナが有ります。
シンプルで作りやすくJA2NLT/斉藤さんに紹介してもらいました。
このアンテナを他のアンテナと比較してゲインを測定したら、6.20dBでした。←ここに比較測定があります。
今回は、このアンテナをMMANAでシミュレーションして、マッチングについて検討しました。
さらに、同じ要領で３エレメントにして、同じマッチングの検討をしました。
マッチングと行っても、５０Ω同軸ケーブルを直接、ラジエーターにつなぐだけです。
下図は、435MHz CJUアンテナのホームページからコピーした写真です。


これをMMANAでシミュレーションしました。
　↓↓各部寸法

　結果は、Rは50Ω付近で良いのですが、jXが－52.20Ωとなって、435MHzに共振していません。
かなり高い周波数に共振しています。
エレメントを長くして435MHzに共振させたいと思ったのですが、折角、R=51.53Ωになっている
のにエレメントを長くすると R =51.53も大きくなってしまいます。
このまま共振させるには、－52.2Ωを打ち消す+52.2Ωを付ければ良いことになります。
　ここで、上のCJUアンテナの写真を良く見てください。
通常は、給電部分の同軸ケーブルの接続部分は、最短の長さでラジエーターに接続しますが、この
写真は何故か、芯線と編組が長くなっています。
正確には分かりませんが、写真から判断すると約25mmぐらい芯線と編組が長くなっています。
もしかしたら、ここを L（インダクタンス） として使っているかも、と大推理しました。
　1.5D-2Vを測定しました。長さ20mm(先端ショート)

静電容量計(1kHz)では、0.02μHです(限界です)。　アンテナ・アナライザー(AA-1000/435MHz)では、
L=38.8nH=0.0388μH、jX=106.0Ωです。(AA-1000はこんな事もできます)
立派にインダクタンスになっています。52.2Ωが必要なので、1.5D-2Vでは10mmぐらいで良いようです。
原典の同軸ケーブルはRG223なのでもう少し太く1.5D-2Vより長く必要でしょう。
これで、上写真の給電部の芯線と編組が長い謎が分かりました。(目からウロコ！)
+jXを入れる場合は、誘導性なので同軸ケーブルに直列接続します。(長くなるとロスになります)
-jXを入れる場合は、容量性なので給電部(同軸ケーブル)に並列に接続します。（スタブ等）
それでは、52.2Ωを入れてシミュレーションします。
　　↓↓各部寸法

　シミュレーションでは、0.01912μHを入れると、jX0.06、SWR1.03となることが分かります。
・CJUアンテナは、給電部の同軸ケーブル芯線＋編組を10～30mmにして共振させて
いた。
と云うことになります。
MMANAは、給電部の長さは ０ として計算しています。
しかし、同軸ケーブルは必ず芯線と編組に分けて接続します。
シミュレーションで、あらかじめ jX を-30～-60Ωにして、同軸ケーブルの接続シロを確保
すべきと分かりました。（勉強になりました！）

・ディレクターを１本付けて、３エレメントを検討します。
　↓↓各部寸法

ラジエーター部分寸法は、変更しませんが、
その他の部分は変えています。
給電部は、0.0202μH(jX=-55)となりますので、
同軸ケーブル芯線と編組を約10mmとなります。
ゲインは、9.32dBi です。


ディレクター = 316mm(ラジエーター給電部から210mm)
リフレクター = 344mm(ラジエーター給電部から90mm)
エレメント径　φ=2mm(すべてのエレメント)




MMANAで計算しました。（CJUアンテナの共振周波数に対する必要なインダクタンス(μH））
給電部の同軸ケーブル芯線＋編組を長くすると、インダクタンスが増加し共振は低くなります。
　8/9/11mmは、1.5D-2Vの芯線と編組のおおよその長さです。


・CJUアンテナを作りました

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　芯線と編組は、17mmです

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　芯線と編組が17mmの特性


　　　　芯線と編組は、26mmです　　　　　　　　　　　　　　　　芯線、編組が26mmの特性　

共振周波数は、さらに低くなります。








　1.5D-2Vの場合は、芯線が細くインダクタンスが多くなる模様。
・原典では、435.0MHz/R 51.53Ω/jX -52.20Ωだったが、jXは-70～-100ぐらいでも良い。
この同軸ケーブル芯線と編組の長さを変えて共振周波数の調整にも使える。
ただし、ここが長いとロスになります。


・３エレメント CJUアンテナを作りました。



←SWR最低点　434.000MHz
芯線と編組=15mm(これ以上短く出来ない)
シミュレーションでは9.5mmなので、まだ長くて
共振周波数もやや低い。

ディレクター = 314mm(ラジエーター給電部から210mm)
リフレクター = 344mm(ラジエーター給電部から80mm)
にすると、jX=－65となり共振周波数は高くなるはずです。
ただし、ゲインは9.19dBiと少し低下します。

ディレクター = 314mm(ラジエーター給電部から210mm)
リフレクター = 344mm(ラジエーター給電部から80mm) にしました。芯線と編組=15mm
SWR最低周波数は、435.0MHzと1MHzアップしました。

ブームが木なので簡単に変更出来ます。


・CJUアンテナ １．　CJUアンテナmodoki１．　ゲイン最大化　　　こんな寸法で！？！　
　↓↓MMANAシミュレーション結果　　　↓↓各部寸法

　ゲインを追求したら、下図のような寸法になってしまいました。　ゲイン = 7.12dBi
　SWR1.5 以内は ±2.5MHz（帯域が狭いので製作精度が要求されます） 　　　　

　寸法精度は、±0.2mm　　　　　　　　　↑↑指向性は、この図の上方へ

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑↑赤丸が給電点



・CJUアンテナ ２、 　ゲイン最大化　　CJUアンテナmodoki２．　こんな寸法で！？！　
　↓↓MMANAシミュレーション結果　　リフレクターからディレクターに変更した
　　　　　　　　　　　　　　　　↓↓各部寸法

SWR1.5 以内は ±2MHz（帯域が狭いので製作精度が要求されます）

　寸法精度は、±0.2mm　　　　　　　　　↑↑指向性は、この図の上方へ
パターンは、リフレクターをつけたものと同じです。


・CJUアンテナmodoki２．を作りました。2014/2/6　　436.500MHzは衛星区分の中心です。



芯線と編組が15mmの時は440.150MHzでSWR1.02でした。寸法精度は悪いです。
これを30mmにしたのが上写真です。　SWR1.5以下は、±2MHzでシミュレーション通りです。
SWRは、ほぼシミュレーション通りですが、はたしてこれでCJUアンテナ（純正）よりゲインが有るでしょうか？・
Ga=6.76dBi が Ga=7.28dBi に ！


・２エレメント・セミフォールデットタイプ　　　　2014/2/8

シミュレーションは、ラジエーターをダイポールとして行った。
　　　　　　　　　　　　　↓↓各部寸法

シミュレーションは、ラジエーターをダイポールで行った。このラジエーターの片側を折り曲げて、
セミフォールデットダイポールにすると、インピーダンスは３倍になって、15.68×3=47.04Ωとなる。
これでも、CJUアンテナmodoki と同じような性能です。
　ブームは、割り箸２本です。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　同軸ケーブルは、６φアクリルパイプに通す↑↑

　作るのは、CJUアンテナより簡単かも！


　　436.5MHz ３エレメント八木アンテナでゲイン9.88dBiを作りました。

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　おわり