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2010/2/5

My Antennas for DX Vacation

この数年は毎年南太平洋の島々からQRVしてきました。そこで使ったアンテナについて振り返ってみることにします。

アンテナの選定に関してはいくつかの勝手な条件があります。
・手軽に持ち運べて(分解すればスーツケースに納まる)、現地で簡単に建てられること
・周囲が開けていることが条件ですが、低い打上角が期待できる垂直型

最初に結論を言ってしまうと、どれを使っても十分満足できるということです。ホテルのバルコニを利用する場合については1例しかありませんが、バルコニが目的方向に開いていることが重要です。
他は全て浜辺を利用した場合です。アースの必要のないDipoleは別ですが1/4波長垂直アンテナについては良好なアースが特に重要です。物理的に短いアンテナの場合には必ずしも長い(1/4波長)ラジアルは必要なく、本数を多くすれば短くてもアース損失軽減に効果があります。



(1)ホテルのバルコニに設置したRandom Wire+ATU
5.4mの釣竿に約7m程のワイアを沿わせてバルコニのテーブル付近まで引き下ろします。アースは床に5mワイアを数本とアルミホイルを敷きました。これらをHC-100 ATUに接続しましたが、7-28MHzで実用上問題ない範囲に整合がとれました。アルミホイルの効果の程は分かりませんが、ちょっとした風でメチャメチャになったりして大変です。

私にとって本格的に海外から運用したのはこれが始めてでした。こんなアンテナで満足に運用できるだろうかと全く自信なくスタートしましたが、すぐにそんな心配も吹き飛んでしまいJAは勿論EUからも猛烈なパイルアップを経験することになりました。

5.4mの釣竿は縮めれば60cm程になるので中型スーツケースに収容することができます。ATU頼みのお手軽アンテナですが十分実用になります。

ホテルはヌメアのアンスバタ地区にあり、7階建ての7階の室を確保することができました。西向きであるのが欠点です。

(2)浜辺に設置したRandom Wire+ATU
10mの釣竿に10m程のワイアを沿わせ、アースは5m、10mのワイアを数本地面に這わせてZ11 Pro ATUに接続しました。7-28MHzで十分満足な整合が得られました。(2009年6月 フィジーのマナ島)

10mの釣竿は仕舞寸法が1.2m程あり、スーツケースとは別の預け荷物にしなければいけません。これもATU頼みですが、(1)との大きな差は感じません。

(3)浜辺に設置した7/10/14MHz用 GP
5.4mの釣竿に4m程のワイアを沿わせ、根元にコイルをいれました。ラジアルは5m、10mのワイアを適当に引きおろしましたが、殆ど地面に這わす結果になりました。写真ではコイル部分に雨避けのビニル袋を被せてありますが、コイルのタップ切替で簡単にバンド切替することができます。(2008年11月 フィジーのマナ島)

(4)浜辺に設置した3.5-28MHz用 1/4波長Vertical (Buddipole社のBuddistick)


コイル下部は1.2mのロッド、上部は最大2.8mに延びるホイップからなり全長は最大4mになります。アースは2.5m程のワイアを80本地面に這わせました。ホイップを最大にした状態でコイルタップの切替で3.5-14MHz、コイルをショートしホイップの長さを変えれば18-28MHzにバンド切替ができます。(2009年11月 ニューカレドニアのウベア島)

このアンテナは分解すれば全てが60cm以下になってスーツケースに収納できます。
1本で3.5-28MHzの運用ができることが最大の魅力ですし、何と3.5MHzでJAとQSOできたのは驚きです。

尚、後方に見えるのは5.4mポールを利用した21/28MHz用のGPです。給電点が地上高2m程になり、1/4波長のラジアルをそれぞれ斜めに3本展開しました。バンド切替が簡単にできる工夫ができれば更にテストしたいアンテナの1ツです。

(5)浜辺に設置した14-28MHz用 1/2波長Vertical Dipole (Force12社のSigma-5)


分解すれば全て60cm以下になるのでスーツケースに収納することができます。アースに頭を悩ますこともなく14-28MHz用にはベストです。(2008年11月 フィジーのマナ島)

同様なアンテナのTW2010を手に入れてテストしました。大きさはSigma5より少し小さくなり14MHz帯の帯域が若干狭くなります。最大の欠点は小さいにも関わらず重い、分解してもスーツケースに納まらないことです。結局一度もDX Vacationに持参することもなく整理しました。

2009/9/28

1/4波長垂直アンテナ Ground設置とElevated radial付

最近、あちこちの記事とか自分でやれる範囲でのテストから一定の結論を得ました。但し私の目的が、DX Vacationで使える、手軽に設置可能なアンテナなのでかなり限定的で、勝手な結論になります。

<Ground設置の場合>
1/4波長の垂直エレメントは地面から数十cm以内に給電点を置き、アース棒等による直接接地、或いは多くのGround radialを地面上に這わし大地との容量でアース効果を得ます。エレメント自体がもつ抵抗分を無視すると、共振点での給電点インピーダンスは輻射抵抗とアース抵抗の和になり、効率を上げるためにはアース抵抗を極力小さくする必要があります。アース抵抗は大地の導電率により大きく影響を受けます。

アース抵抗を下げるには以下の方法が考えられます。
(1)海の上に設置する。例えば金属製の船に設置すれば、劇的にアース抵抗が下がりそうです。昔からMM局の信号がよく聞こえるのはこのせいかも知れませんが、小さなボートを1週間でもチャーターでもすれば別ですが、少なくとも私のDX Vacation向きではありません。
(2)導電率の高い場所、例えば海辺に設置します。
(3)一般的な土地に設置します。

(2)、(3)の場合、Ground radialは、
@本数は多ければ多い程良い
Aラジアルの長さは問わないが、本数が少ない場合には長いほうが良い。Ground radial自体は共振させる必要がなくもっぱら大地との容量をかせぐためのものである。また、長さの異なるGround radialを混在させると思わぬ周波数でアンテナが共振する場合があるので、なるべく決まった長さにする。

因みに導電率の良くない一般的な住宅地でテストした結果は次のようになります。使用したアンテナはBuddipole社のBuddistickで、最大長はおおよそ4mになり、18〜28MHzはフルサイズ、14MHz以下はコイルのタップ位置を調整して共振させます。

・市販のアース棒を数本程度打ち込んだだけでは共振点も定かではなく、アース抵抗も相当に高いと想定され使い物にはなりそうもない。
・長さ2.5m程度のラジアルの場合は、40本程度展開するとそれ以上増やしても給電点インピーダンスの変化が殆ど見られない。
・長さ5m程度のラジアルの場合は、20本程度展開するとそれ以上増やしても給電点インピーダンスの変化が殆ど見られない。

アース棒の場合を除外し、給電点から10cm程度のリード線でVA1に接続して輻射抵抗を読んでみます。10MHz以下では30数Ω、どういう訳か14MHzで60数Ω、18MHz以上で45Ω前後となりました。


<Elevated radialの場合>
給電点までの高さをどの程度とするかについても色々記述が見られます。数m以上、少なくとも1/4波長以上等々です。持参するポールは5m、或いは10mが一般的ですが。10mとしてもフルサイズで考えれば10MHzでやっと2.5m程度、14MHzで5m程度になります。また5mポールの場合は、21MHzで1mチョット、24MHzで2m、28MHzでやっと2.5m程度になります。

Elevated radialの場合の要点は、
(1)給電点の高さが相応以上であれば、アース抵抗の悪影響から開放されて高い効率を得ることができる。
(2)ラジアル各バンドで共振させる。各バンドで2本のラジアルを展開すればいい。
(3)ラジアルの傾斜角度でアンテナの共振周波数が変わる。また給電点インピーダンスも変わる。水平の場合で30数Ω、垂直の場合、これは1/2波長垂直ダイポールとなるが、70オーム前後になると言われている。
(4)DX Vacationで簡単に設置する場合はマルチバンド対応は無理なので、どうしてもシングルバンド専用になる。

私は、5mポール(仕舞寸法60cmで中型スーツケースに収納可能)を持参することを前提に、最低でも2m以上の高さを確保するため24、28MHz用としてテストしてみました。エレメント、ラジアルはその都度張替え、ラジアルの傾斜角度はおおよそ45度としました。共振点の確認は給電点に20mの同軸をつなぎ、その先端に接続したBR-210のSWR最小点としました。

・24、28MHzともに共振点でのSWRは1.1以下
・ラジアル角度を垂直にした場合、24MHzでは共振点が400KHz程度上がり、28MHzで逆に2MHz程度下がりました。またSWRも1.4〜1.5程度になりました。

大昔、まだ開局間もない頃に愛用したのがHyGain社の14AVQとか12AVQでした。どちらも足場パイプを接続して給電点を10m以上にし、各バンドのラジアルを2〜4本としましたが、家の周囲がまだ畑だったこともあり実に良く飛んだことを思い出します。制約が無いのであれば給電点までの十分な高さを確保したElevated radial付1/4波長アンテナに軍配があがります。しかしハイバンド用はともかくローバンド用は通常実現不可能だし、ましてやDX Vacation用としてはもっと条件が厳しくなります。バンドによりGround設置とElevated radial付を併用することが現実的な対応でしょうか。

2009/7/27

End-fed Half-Wave Antennas
by Joe Everhart N2CX

この記事は、最初1997年(1998年?)の72 Newsletterに掲載されました。その後、New Jersey QRP ClubのHPに掲載されていて、2006年10月に最終更新されています。以下記事の要約です。QRPのみならず一般の移動運用時のアンテナについて大変参考になる内容です。
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HAMは、QRPerに限らずいつもいいアンテナは何か探究心旺盛です。そんなに素晴らしいアンテナがあるはずはないのですが、1ツだけあります。それは何かと言うと昔から使われている"End-Fed Half-Wave Antenna”です。これはとても簡単に作ることができて、再現性もよく、効率もよいものです。

移動用アンテナの効率は悪い。自分の家でやるような訳にはQSOも出来ないのが一般的です。

簡単なアンテナの1ツが垂直アンテナです。もし良好な接地が期待できるのであれば1/4波長垂直アンテナはよく動作します。 しかし、移動運用時には1/4波長の長さを確保すること、良好な接地を確保することが難しくて、この場合には効率が低下してしまいます。2ツのことが重要です。
1)ARRL Antenna Handbookによれば、15本の1/4波長ラジアルをもった1/4波長垂直アンテナの効率は50%とあります。ラジアル本数が少なくなれば更に効率が悪くなります。
2)短いMobile Whipの場合、それでも良好な接地が期待できる車に載せた時の効率が10%、或いはそれ以下です。接地が悪くなれば更に効率が低下します。
良好な接地が得られず、フルサイズのアンテナ長が得られなければ、折角のパワーは熱になってしまうばかりで電波として輻射されないのです。

チューナーを併用したランダムワイアもよく使われます。もし「上手く」設置できれば大変よく動作します。この「上手く」というのがなかなか難しい表現です。もしその長さがが1/4波長より短ければ前述の垂直アンテナと同じく効率が低下します。更にその長さが適当でない場合には、主な輻射は地面近くになり、折角のパワーも周囲の障害物に吸収されてしまいます。給電点のインピーダンスが明確でないので広範囲に使えるチューナーが必須です。

最もいいのは1/2波長ワイアの中心で給電するダイポールアンテナでしょう。大変効率もよく設置も難しくありません。一方でこのアンテナは両端を適当な高さに確保するためのポールが必要です。更に給電点から重い同軸ケーブルを引き降ろさないといけません。マルチバンドで使う場合にはOpen-Wireフィーダーと、ちょっと面倒なチューナーが必要です。

この1/2波長のアンテナに注目し、中心から同軸ケーブルで給電するのでなく、アンテナ先端から直接給電するようにすれば、ダイポールの良さはそのままにその他のアンテナの制約、制限を克服したアンテナを作ることができます。

フィーダーが不要なので、チューナーは要りますがとても簡単に設置することができます。このアンテナの色々な形状は後述しますが、フィーダーが無いので自由にワイアを展開することができます。周囲の障害物のないところに設置できればダイポール並みの効率が得られるし、輻射特性をあらかじめ予測できるので思いのままに電波を飛ばすことができます。チューナーが必要ですが比較的簡単なものですみます。

1本のアンテナワイアですむので軽いし、持ち運びも簡単です。中心部のサポートも重いフィーダーを支える必要もないので簡単です。

このアンテナの全長は、L(Ft)=468/F(MHz)で求めます。更にEnd-Effectにより若干短めになりますが、最終的にはチューナーのお世話になるので厳密なものではありません。更に1/2波長の整数倍となる周波数で同じように動作するので、例えば7MHz用に切ったアンテナワイアは14、21、28MHzでも動作します。

このアンテナは色々な形状で展開できますが、最も一般的なのは逆L型でしょう。(Fig-1)


 出来るだけ長く垂直に伸ばし先端から水平に展開します。多分7MHz以下で使うのが一般的です。1/4波長を垂直部、1/4波長を水平部とすれば垂直部、水平部両方の輻射が有効となってローカル、DX向けの輻射特性が得られます。

INV-V型に展開することもできます。(Fig-2)


 中心部の高さはなるべく高くすることが大事で、そういうことから低い周波数では実用的ではないでしょう。高さ20Ft以下では効率が悪く地面を暖めるだけになってします。

Sloper型です。(Fig-3)


 7MHz以上の周波数では使いやすいでしょう。もし一方の高さが十分に取れれば輻射の中心部が比較的高くなります。アンテナが垂直に近づくほど輻射角が低くなりDX向きです。

Sloper型を完全な垂直型にしたものです。(Fig-4)

 短い垂直アンテナの欠点を克服することができます。給電点インピーダンスが高いので接地による効率低下を気にする必要がありません。輻射の中心が比較的高い位置になり周囲の障害物の影響もありません。輻射角も低くDX向きです。

ある周波数で1/2波長のアンテナはその整数倍の周波数でも共振します。このことから7、14MHzで効率よく使えるアンテナが可能です。14MHzに作られたHalf-Square Antennaは7MHzでも動作します。(Fig-5)

 14MHzでは水平部と直角方向に低角度の輻射が得られます。7MHzでは輻射の中心が水平部の中心となりローカル向きの輻射角となります。良好な接地が得られる場合には3.5MHzで1/4波長アンテナとしても使うことができます。

これらのアンテナには接地が必要ですが、大掛かりなものは要りません。接地或いはカウンタポイズはチューナーとTransceiverが接続された時のアース電流の流れ路となります。普通は1/4波長の1本のワイアで十分です。カウンタポイズでも、近傍の金属物体(車等)でもOKです。室内にアンテナ線を引き込む場合には、エアコン等でもいいでしょう。利用できそうな「物」を見つけて試してみてください。チューナーに手が触れた時に状態が変わるようであれば1/4波長の長さのワイアがいいでしょう。
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ランダムワイアも特定の周波数で1/2波長、或いはその整数倍で動作させることが出来ますが、マルチバンドでという訳にもなかなかゆきません。Half-Squareも一度試してもたいと思っていますが基本的にはシングルバンド用なのでなかなか実現が難しいところです。


2009/7/23
<Counterpoise ? On the Use and Abuse of a Word>

”カウンターポイズ"という言葉の濫用

L.B.Cebic W4RNLが、QRP ARCIが季刊で発行するQRP Quarterlyという小冊子の2008年冬号に投稿した記事の要訳です。私自身も含め"カウンターポイズ"という言葉が当初とは違った意味で使われている現状と、本来の意味で使いましょうと述べています。

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1922年に発行されたPractical Radio (by Henry Smith Williams)に接地(grounding)という言葉が使われていますが、その用途は避雷であり、アレスタとかナイフスイッチで接地棒とか水道パイプに接続するというものです。

1937年に発行されたRadio Handbook(by Frank C. Jones)には、中波送信アンテナの経験から引き出された一定の考え方が述べられています。これが"カウンターポイズ"の本来の意味でしょう。ここで例として示されているのは、所謂逆Lアンテナで必要なアースです。

「良好なアースが期待できない土地では、地表近くに埋められたアースラジアルより地表からごく僅か上に張った1本或いは数本の"カウンターポイズ"のほうが損失抵抗を軽減できる。この場合"カウンターポイズ"はアースから絶縁されていて、"カウンターポイズ"とアース間のコンデンサの役割を果たす。」

ここでのポイントは、"カウンターポイズ"が完全にアースから絶縁されていることと、地面からごく僅かの一定の高さ(0.01〜0.02波長)で張られているということです。”カウンターポイズ"の形状についての記述は明確ではありませんが、長さ1/2波長のワイアを放射状に張ったものが想定されていたようです。

本来の意味でなく"カウンターポイズ"という言葉が使われている例
(1)ATUの入力として任意長のアンテナワイアとカウンターポイズを接続("カウンターポイズ"の先端が接地されている。)
(2)1/4波長垂直アンテナと対になるもう一方のカウンターポイズ
(3)水平アンテナの直下、地面近くに水平アンテナと平行にカウンターポイズを張る

(1)は最近よく使われるアンテナですが、本来の意味からすれば"カウンターポイズ"の先端はアースから絶縁されるべきで、敢えてアースに落とすのであれば別の言葉を使うべきでしょう。
(2)も一般的なアンテナで相応の高さに給電点を持ち上げたGPがこれにあたるでしょう。地面近くに張ったものが"カウンターポイズ"という意味からすればこれも違う呼び方をすべきでしょう。
(3)はあまり一般的ではないかも知れませんが、こうするとよく飛ぶという話もあります。しかし場合によっては反射器となってしまう可能性もあります。アースによる損失抵抗を軽減するのが本来の"カウンターポイズ"であるとするならば、これも違った呼び方をすべきでしょう。



2008/12/31
<Short Vertical Antennas and Ground Systems>

以前、関連すする記事をご紹介しましたが、今回はちょっと古いのですがVK1BRHによる標題の記事の結論だけをご紹介します。彼自身が興味を持っているのは160mバンドでの0.1λ程度の短い垂直アンテナと最適なグラウンドシステムの関係ですが、それをシミュレーションプログラム、NEC-2を使って解析したもです。興味のある方は以下をご覧ください。

http://www.arising.com.au/people/holland/ralph/shortvert.htm

(1)短いアンテナのベース抵抗は低く、有効な輻射抵抗も小さいので、結果的に効率が悪いと思われる。しかし、短いアンテナには短いラジアル(ここではやはり0.1λ程度を想定)を地面より少し持ち上げることで効率を向上させることができる。
ベース抵抗が小さいのでATU等を給電部におきマッチングをとる必要がある。

(2)ラジアルを持ち上げる高さにも最適値がある。地面に這わせると劇的にアース損失が増えてせっかくのパワーは大地を暖めるだけである。中波ラジオの送信アンテナでは地面に120本ものラジアルを這わせている。最適な高さはおおよそ0.05λである。

(3)必要なラジアル本数は数本で十分である。

(4)周波数が低いほど、この持ち上げたラジアルが有効である。

(5)沼地、湖、海辺であれば更に3dBの改善が期待できる。


私の興味は、主として海外でのプチペディで使うアンテナです。過去2回経験しましたが、最初が7階バルコニから突き出した5m強の釣ざおに巻きつけた7m程のアンテナと、バルコニ床に這わせた多数のラジアルでした。次が海辺に建てた1/2λの垂直ダイポールと、釣ざおに巻きつけた5m前後のアンテナとやはり5m前後のラジアルをほぼ地面に這わせたものです。
この海辺に建てた5m前後のアンテナは、7MHzと10MHzで使用し、まずまずの成績を残してくれました。課題があるとすればラジアルを7MHzの0.05〜0.1λ(2〜4m)に持ち上げたラジアルで多少改善できるかも知れないということです。

それにしても周囲に障害物のない海辺の効果は絶大です。大きなアンテナ、リニアを持参するより場所を確保するほうがはるかに良さそうです。