概要

3.5MHz帯バーチカルアンテナ「マイクロバート」を製作する。
このアンテナはエレメント部が持つ静電容量と、そのCを打ち消すためのコイル
(すなわち同じリアクタンス)で構成される。
また、ラジアルは給電用同軸ケーブルの外皮を使用する。アンテナ本体には芯線しか
接続しない。最適なラジアル長の末端にはRFチョーク(コモンモードチョーク)を挿入し、
そこから先の給電線は任意長となる。
調整は2本のアルミパイプを継いで、全体の長さを伸縮させて行う。
寸法は設計支援シートで計算し、推奨値で製作する事にする。

設計ツール、資料

設計支援シート(Excel)
↑外部リンクです。

DL7PEの設計レポート(PDF)

DL7PE Micro Vert Antenna の動作解析について

設計値と組立

エレメント

  • 固定エレメント:2m 25Φ
    先端を30mm程切り込む。切り込みは弓ノコで4本入れると咥え込めるようになる。
  • 可動エレメント:0.67m 22Φ
    全長1mで、スライドさせて調整する
  • 咥え込みはホースバンド(サイズ10番)で締め付ける。

element_junction.jpg

コイル

  • コイルボビン:38Φ塩ビパイプ(VP30=内径30mm、外径38mm)
  • コイル線材:1Φポリウレタン電線
  • コイルインダクタンス:61.3μH(計算値)
  • コイル巻数:64回 →63回(ほぼ密巻き)
    多めに巻いておいて、Lメータで合わせこみます。ピッチでも変化します。
  • 耐電力は1φ銅線でおおむね150W程度が目安とか。

coil.jpg

ラジアル

  • ラジアル長:16.5m 5D2V

コイル部とエレメントの固定

  • コイル用パイプにVP25を使うとキチキチで入らないと思う。よって、VP30を採用。
    塩ビパイプにはエレメント固定用の貫通穴を開けるが、片方は4mmネジ用に4.5Φを開け、
    反対側はネジの頭とドライバーが通る様に8Φ程度まで広げる。
  • 3本止めしたうちの一番下のネジは導電グリスを塗布しておく。ここにコイルが繋がる。
  • リベット止めの方が確実だが、VP30は厚みが結構あるのでリベット止めは厳しいかもしれない。

加工、製作

  • コイル防水
    コイル部にはエポキシ塗付してから、1.5Lペットボトルでカバーをかける予定。
    やらずにとりあえず設置。雨の日の変化を確認する。

RFチョーク

今回、かなりいろいろと検討している部分。
まず、RFCのインピーダンスZは10KΩ以上を目標にする。(インダクタンス値で455μH)

実はいろいろなサイトを見ると、周波数に関係なく12回巻きという例が多い。
FT240-43に12回ではL=178.5μHになり、1.9MHzではZ=2.1KΩ、3.5MHzではZ=3.9KΩ、
7MHzではZ=7.9KΩになる。
詳細に情報を調べてみると、2つの数字が見つかった。それは、給電線インピーダンス
100倍すなわち「5kΩ以上を目標」というのと、「10KΩ以上を目標」の2つ。
いずれにしても今回製作する3.5MHz用には12Tでは、数字の小さいほうの5kΩすら達成
できない。3.5MHzで5KΩを得るにはL=227μHとなる事から、巻き数に換算すると14Tに
なる。つまり、12Tは7MHz用の例ではないかと予想できる。

RFチョークの近く(エレメントに向かう側)の同軸は、できるだけ直線に配置したほうが良いらしい。
コネクタを下に向けたかったので今は折り返してあるが、それが災いしているのかも。

トロイダルコイルの計算はこちらが便利。
http://jr6bij.hiyoko3.com/coil/calcform001.html

失敗した例(耐電力不足)

MV_RFC144-77.jpg

  • FT-144-#77には18回しか巻けなかった。
  • 100均で買った食品タッパにM-Jを付けて組み込んだ。耐候性が心配。

計算値369.36μH、実測355μH(3R5ではZ=7.8KΩ)。少なめで心配だったが、動作的にはOKだった。
50W長時間キーダウンでSWR上昇。30W程度までしか使えません。200WにはFT240は必須。
このように耐電力の面では失敗だったが、特性としてはFBな結果だと思う。30Wであればこのタイプでいけるのでお勧め。
50W求めるのであれば、FT-140-77を使えば、この特性を再現するはず。
43材はどこでも買えるが、77材は扱っていないところが多いかもしれない。

FT240-43で作り直す

200Wの耐電力を得るには、少なくともFT240を2個使わないと足りないと思われる。
2個直列にする方法と、2個重ねる方法がある。重ねた方が磁気飽和の点で有利。

  • FT240-43で10KΩ得るには、455μHで巻き数は20回。
    →RG58Uでは巻ききれない(14Tが限界)
    →2個に分ける(14Tづつの直列、243μH×2=486μH=10.7KΩ)
  • FT-240-43を2段重ねてRG58Uを巻けるだけ(14T)巻く
    →243μH(Z=5.3KΩ)

どちらも同じ巻き数なので、リングに流れる磁束は同じ。
つまり、磁気飽和を考慮するとどうせ2個使うなら2段にしたほうが耐電力としては有利。

  • コアはヤフオクで頒布しているものを入手した。2個で2500円+送料400円。
    4個買ったので、@1350円。まあまあな値段でした。海外通販を使うともっと安いらしいけど。

RFC-FT240-43.jpg
直列で10KΩ狙い →結局使わなかった。なんとなく。
計算値:1個で243.04μH×2=486.08μH(10.75KΩ)

RFC-FT240-43-2.jpg
2段重ねで5KΩ狙い →とりあえず問題なかったが、Zを大きくしたくなった。
計算値:243.04μH(5.38KΩ)

&ref(): File not found: "RFC-FT240-43-3.jpg" at page "3.5MHz帯マイクロバートアンテナ";
結局、テフロン同軸を使って20ターンで作り直した →SWR特性に不満が残る。
計算値:496μH(11.00KΩ)
※写真は後で追加します。

設置例

MV_Constract.jpg ステンレス伸縮物干し竿(4mで498円)

VSWR特性

実験中

MV_VSWR2.gif
Asutek VA-1で測定。(RFCにFT114-77で18Tのを使用時、設置直後)

現在の設置状態

天候晴れ。エレメントを多少伸ばした。
RFCはFT-240-43の2段重ねに、テフロン同軸を20Tしたものを使用。
ラジアル同軸はなるべく屋根上に展開するようにした。実験中は壁面に結構垂れ下がって U字型になっていた。
全体的にSWRが高くなってしまった。Zが合わないのは、ラジアル同軸の引き回しの関係と思われる。

VA-1で測定

MV_VSWR_Xs.gif

FT-2000Dの内蔵SWRメーターで測定

MV_VSWR_ByFT2000.gif
出力は100W。SWRはおおむね2以下に入っている。FT2K内蔵ATUを併用することでOKとした。
ただし、SWRが下がりきっていないのは気になるので、今後RFCをいじって最良の構成を探す予定。

RFC近傍の同軸引き回しを変更

MV_VSWR_3.gif
RFCに近い部分の同軸(特にラジアル側)をまっすぐに伸ばして測定しなおした。
FT2000のSWRメーターでは良好な特性。VA-1では高めに出ている。

部品リスト

  • エレメント
    • アルミパイプ 25φ 2m 1本
    • アルミパイプ 22φ 1m 1本
    • ホースバンド No.10 1個
  • コイル
    • 塩ビパイプ VP30 50cm
    • UEW銅線 1φ 8m
  • エレメント&コイル組み立て
    • ステンレスビス 4mm×40mm 4本
    • ステンレスワッシャ 4mm 6個
    • ステンレスナット 4mm 7個
  • ラジアル&マッチング
    • 同軸ケーブル 5D2V 16.5m
  • RFチョーク
    • 同軸ケーブル RG58U 3m(?)
    • トロイダルリング FT240-43 2個
    • MJ丸座 2個
    • 食品タッパ(RFCのケース) 1個
  • その他
    • 丸型圧着端子 R2-4 3個
    • 導電グリス
    • 自己融着テープ
    • ビニールテープ
    • エポキシ接着剤
    • 2Lペットボトル
    • Uボルト、V座、ナット、ワッシャ(マストに取り付けるため)

添付ファイル: fileMV_VSWR_3.gif 1418件 [詳細] fileMV_VSWR_ByFT2000.gif 1287件 [詳細] fileMV_VSWR_Xs.gif 1265件 [詳細] fileRFC-FT240-43-2.jpg 1174件 [詳細] fileRFC-FT240-43.jpg 1320件 [詳細] fileMV_VSWR2.gif 1348件 [詳細] fileMV_RFC144-77.jpg 1334件 [詳細] fileMV_VSWR.gif 671件 [詳細] fileMV_Constract.jpg 1467件 [詳細] fileMV_Design.xls 1498件 [詳細] fileelement_junction.jpg 1451件 [詳細] filecoil.jpg 1467件 [詳細]

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Last-modified: 2008-02-22 (金) 21:41:56 (4106d)