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20201207 50MHz Dipole Antenna

50MHz のダイポールアンテナを設置。2度目のチャレンジ。

アンテナ日和なので Vitamin D をたっぷりチャージできる!

前回はSWRが明後日の値(*)だったけれど、今度はだいぶまともな数値に入った。

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そもそも以前は調整環境が悪すぎた。7MHz の設定環境をそのまま使用していたため、あちこち遠くに移動するハメになり疲れてやーめた、と言う構図になっていた。50MHz はアンテナ線の長さが圧倒的に短く、そして軽くなるということもあり、片側の滑車操作だけで線の長さ調節できるよう改善。

それと下の写真の仕組みで、アンテナ長を手軽に長くも短くも調整できるように改善。

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で、次の3点を調整。

  1. 給電点の高さ
  2. V字の角度
  3. アンテナ線の長さ

最初に7MHz からやったのは無謀だったと実感。50MHzの調整しやすさを知っていれば、絶対こちらからやっていた。

その甲斐あってか、完璧ではないけれど、実用になるのではないかなという範疇にSWRが落ちた。

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トランシーバーのアンテナチューナー機能も使い、SWR がほぼ1近辺に落ちたので、とりあえず一歩前進。

で、早速、バンド内を聴くが、スペクトラムスコープにもな〜んにも無い!これって 50MHz帯には今は誰も出ていないってことなのか? 無謀でも 7MHz からやったのが正解だったってことなのか?? あらら。。。

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(*) 第一回目の調整が明後日の値だった理由

落ち着いて計算すればわかるところを、舐めてかかって、
300 / 50 / 2 = 3 meters
だから、あ、短くてラッキーと浮かれて、3 meters のラインを「2本」作って取り付けてしまった。片側 λ/4 でなくてはならないので、1.5 meters を2本のところを。なぜか 27MHzあたりのSWRが低いなぁ、変だなぁと思いきや。

下の表は  R for Radio 氏のブログ から

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それと以下の原理原則を整理する。

  • 給電点の角度を180°からV字にずらすとインピーダンスを下げ
  • 地上高をλ/4 にすると約73Ωに(*2)
  • 地上高をさらに低くするとインピーダンス下げ

(*2) 下のグラフは日本アマチュア無線機器工業会 2005/08/20 より。これによると約80Ω。まあ参考として。

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後日、さらにアンテナ長を微調整。その値は以下。もうあと1cm程短くしても良さそうだけれど、まあ、実用上は十分な値かなと。

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20201204 430MHz 3-Way

430MHz アンテナ、3種類を配置してみる。

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左から

  • BC-15: Biconical at 15 meters
  • Y 6-15: Yagi with 6 elements at 15 meters
  • GP-20: Ground plane X-50 at 20 meters

八木は西に向けた固定。この環境で GP が BC を常に凌駕するかというと、さにあらず。直接波で交信するのでなければ XY座標が少し変わるだけで Z座標(高さ)のハンディキャップを逆転することがある。実際のQSOでもそれを実感。

なので、アンテナの種類(ゲイン)の違いもあるけれど、同じ種類のアンテナをXY座標を変えて複数配置すれば、その中でも優劣が出るはず。一方、430MHzのループアンテナは小型なので、人がそれを持ちながら動き回り最適な XYZ座標を見つけるのが最強クラス。私の環境では取り得るXY座標は屋上の敷地そのもの。Z座標は身長+だが、腕を上げ続けるのは時間の限界が。それなりの脚立の上に座る程度の高さかなと。まあ、そこで1 meter を稼いでもたかが知れているので、最適なXY座標を探し当てるので、充分かなという結論に達する。

ある方から伺ったヒントで、ローテーターの上に例えば八木とGround plane をスタックし回せばいいのでは、とのこと。

確かにその通り! 今まで回すアンテナはビームタイプだけだと思っていたけれど、全方位タイプも回す、と言うか正確にはXY移動させるのは、有りだ。特に 430MHz は波長が 約 0.7 metersなので安全に回すことができそうだ。

と言う事で、ローテーターはどれにしようか、と言うことになる。

以下余談。この種のブログ記事の写真の撮影、現像、加工等はいかなる流れが楽か?と言う話。

私の今の環境であればこんなところか。。

  1. 撮影はiPhone で充分
  2. Apple写真ap でiCloud で自動同期されるので、Mac 環境に移る
  3. Adobe Lightroom で現像し書き出し
  4. Apple プレビューap で表示し内蔵されている編集機能で丸印と文字入れ
  5. それをWordpress で使用して完成

Illustrator や Photoshop を使うまでもない加工なので、これが手っ取り早い。将来、変わるかも知れないけれど。

写真の現像はしっかりやったほうがいいので、Lightroom は必須かなと。まあ、一眼レフで撮ったRaw dataを必要とする内容ではないので、お手軽な iPhone で必要充分。この場合には。

便利な時代になったもんだと思う。。。

20201202 A Christmas Tree ?

俗に言うクリスマスツリーアンテナについて。開局するにあたりどんなアンテナ構成にしようかと思案した時に検討。

写真はとある場所でたまたま見かけたとても立派なタワーと八木アンテナ。どちらの局なのかは全く存じず。建物は特定できないように消去処理。

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もし自分が北海道の田舎にいて、100m x 100m のような広大な土地を安く買えるのであれば、バランスの観点から景観もさほど害さないし、そもそも過疎で人が少なく気分を害したりする人もおらず、例え悪天候等で倒れても自分の敷地外に損害を与えず、と言うことでなんとかいけそう。

一方、東京の現在の私の環境でアンテナ設置を計画する場合はどうか? これを最初に検討。その結果、

  1. 逆円錐形はバランスが悪く、猛烈な台風や大雪に耐えられない
  2. 逆円錐形はバランスが悪く、景観を害する
  3. 日々のメンテナンスのためのアクセサビリティが悪すぎる

の3つは如何ともしがたく、これ以外の方法で行くことに決定。

特に(1) の台風は最大の懸念事項。歴史に学ぶ。

まず、気象庁のサイトに台風の基本情報が書いてあるので、それを引用する。台風の強さの階級分の表が以下のようになっている(Sep.18th,2021 時点)。

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余談だが、ノットは英語では knots。knot + s。頭の k は「キロ」ではない。Wiki。1時間に1海里(1,852 meters) 進む速さ。1海里とは、地球の緯度1分(1度の 1/60)に相当する長さで、現在でも航海や航空分野で使用されている。

台風の定義は風速 34 knot 以上。問題は 85 knot や 105 knot などの破壊的な風速があり得る事だ。

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昔の台風は測定技術や記録の問題もあって風速がわからないものもあるが、死者不明者数でその凄さは充分に想像できる。

1951年以降の記録しか現在辿れないが、上の表で最強の伊勢湾台風(1959) は米軍の記録によると

165 knots 85 m/s

だ。残念なことに日本の気象庁の記録は残されていない。クリスマスツリー型アンテナはひとたまりもないだろう。たとえその約半分の 85 knots でも条件によっては耐えられないかもしれない。

一方、最近の台風で記憶に新しいものは、特に千葉県で猛威を振るった令和元年房総半島台風(2019年9月上旬)だ。この記録は2つのソースがある。

  85 knots  45 m/s 気象庁
115 knots 59 m/s 米軍

同じ米軍の記録でも伊勢湾台風には及ばないが、そもそも風速 40 m/s クラスになると状況によってはトラックなどが横転する半端ない強さだ。

2019年なので、多くのYouTubers がこの時の映像を公開している。例えば以下は大型トラック運転手が車内でヘッドギアにビデオカムを装着して撮影したものだ。なおこの映像での風速は誰にもわからない。単にこの時の台風の時と言うだけで、風速は場所にもよるし同じ場所でも時々刻々と変わるのだから。

06:00 強風でトラックを停車したが、これだけ揺れる
09:26 トラック横転現場 その1
10:04 トラック横転現場 その2

これは前年の2018年の台風の時の動画だが、アマチュアレベルのアンテナ構造物などひとたまりも無いくらいに破壊されるのが容易に想像できる。

これらに学ぶと、この自然の猛威に私の環境で構築するアンテナ施設が正面から立ち向かうのは明らかに違う、と言う結論になる。伸縮性のマストを極限まで使うのが一つの案。それから「柳に風」よろしく、Vertical Quarter Wave Length Antennas などの最軽量アンテナシステムも良い。

まだ他にも解はありそうで、この探検が面白いところ!

続く。。

20201201 NVIS 7MHz D.P. Antenna

で、標題。

11月の小春日和から引き続き、12月もアンテナ日和。太陽の日差しのもと、屋上での作業&思考、試行錯誤で、Vitamin D が溜まりまくる。

まず、少し作業環境を整える。アンテナ線を長くしたり短くしたりする作業の効率化。要件は次の2点。

  1. 道具なしの手で簡単にできる
  2. 充分な張力に耐える

(書きかけ)

20201117 The second roof tower

小春日和。

写真中央はルーフタワー2台目の Nagara’s NRT-150。背が高くないので扱いやすい。

これに何を載せるべきか、をこれから考えるのだが、さて・・

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やはり、回りものに手を出したいところ。

 

20201112 7MHz DP ant. NVIS & technical data

ネットで見つかった資料。

[1] CQ出版

https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/15/15631/15631_p19-20.pdf

スクリーンショット 2020-11-12 11.19.08-1 スクリーンショット 2020-11-12 11.19.19-1

このグラフから、地上高が9mある値より高くなると、打ち上げ角が低くなっている。NVISPで関東エリアを狙うなら、地上高を高くしすぎてはいけないことになる。

スクリーンショット 2020-11-12 11.19.32-2 スクリーンショット 2020-11-12 11.19.41-3

このグラフから、天頂角が約75度、2つ合わせて150度よりすくなるなると打ち上げ角は90度だ。水平にすればするほど、打ち上げ角がついてしまう。NVISPならば Inverted V で「良い」ということになる。

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上右のグラフから、アンテナ線の太さは標準的なものを使用する限り共振周波数に対して大きなファクターではないことがわかる。

[2] ZL3IS / JA6DFN

さて次にNVIS の技術文書をみてみる。

まず最初に、瑣末?なこと。この文書の「NVISとは?」によると、Near-Vertical Incidence Skywave Propagationの略と書かれている。それがなぜ NVIS で P が抜けるのだろう? 元々は Propagation を付けなかったのだろうか? まあ、おそらくそう

で、本題。

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上は通常のDP ant. の垂直電波放射イメージ図

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上はNVISでの垂直電波放射イメージ図

同文書によると「NVIS用アンテナは (1)水平に  (2)低く設置すること」の2点が重要、とある。

(2) はわかるが、(1) は上の三番目のグラフと異なるので、まずはこの疑問を解く必要がある。

[3] 調べ上げた先人がおられた!

JA1CPAは中村さんの記事「7MHzダイポールアンテナの考察(いろいろ)」。詳細な内容。読み解くのに少し時間が必要。。(続く)

 

 

20201106 Setting a 7MHz DP Ant. ver2

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変更点の概略

  • No.3のポールを 8 meeters 伸縮釣り竿に置き換え
  • No.1と3の間にあったポールによる中間支えを撤去
  • No.1,2,3 の3点を天から見て(X-Y軸方向) 直線に配置
  • No.1のポールのβ、γのステー接続を3点から4点方向支持に

製品の初期の長さは11mx2pcs。SWR調整で結局、各 1m 計 2m をカット。片側で11.0m ちょうど。でも理論値は

300 / 7.1 / 2 / 2 = 10.56m (片側)

写真でもわかるように、現状で給電点のところで角度がついているので、それが関係しているのだろうか?

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Results of SWR

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上は給電線の無線機側にてCOMETの測定器で測った結果。7.000-7.200MHz 帯において、もう少し落ちて欲しいなというところ。

一方、下は給電線を接続して無線機本体で測定した結果。

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Textで書くと

MHz      SWR
7.000    1.8
7.050    1.4
7.100    1.2
7.150    1.0
7.200    1.1

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疑問

7.150 MHz において SWRが、COMET測定器で1.5、ICOM機本体で1.0、とはこれいかに?

QSO

実際では、北海道、岩手、秋田、和歌山の各局と交信。送信に問題は見当たらない。関東、北陸局はNVISでは無いので、ほぼ入感しない、、、と思いきや、距離1Kmもない局と交信。まるで430 FMかと勘違いするような(笑)。直接波か地上波かと。

変更点の詳細

No.3のポールを 8 meeters 伸縮釣り竿に置き換え

今回の変更点の中で最大の難所。No.1&2 は共に地上高10mのところからの立ち上げに対して、No.3 は

(1) 地上高7mあたりから立ち上げ
(2) 真上に立ち上げでは給電点から距離10m確保が厳しいので、斜め方向に竿を出す
(3) 生活圏を侵食してしまうので設置&撤去が容易
(4) 地震や強風のXYZ方向の揺れへの耐性

の4点をクリアする必要がある。

釣り竿を安全に固定でき取り外しが容易な基台を自作する。頭の中でプランしたが詳細を詰め切らず、実際にある程度の部品を手にしながらの方が楽のような気がし、試作品と割り切って設計図無しで開始。以下、その概要の完成写真。

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釣り竿のしなりが良く出ている。

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以下の写真は基台の詳細。

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まず、釣り竿は塩ビ管にすっぽり入れる方式。塩ビ管の内径と竿の外径との隙間は、他のサイズの塩ビ管や継手を適宜切断し用い、それでもまだ残る隙間はアルミテープで巻いて埋める。外の塩ビ管から釣り竿は簡単に取り出し可能。

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以下、ポイント。

(1) 基台をウッドデッキの両脇に着脱可能にする強い構造。
(2) 塩ビ管を斜めに基台に取り付けるアタッチメント

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まず、壁部材側への取り付け方法。最初は椅子の座面の厚みの向こう側にフックする方式を検討したが、壁の縦棒がそれを阻むため断念、単純な紐方式を採用。XY方向しか止まらないのでZ方向の上への力には弱いが、その力は竿自体の自重とともに塩ビ管の上方での固定部分で受けることにする。

以下の三枚は塩ビ管を斜めに固定するためのパーツをその場で切り出しながら工作。100mm角の板の円形ホールはハードウェア店の切り出しサービスを利用(100円)。なおその部材はハンパ物コーナーで30円。

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以下、椅子の膝側の構造に悩んだ末に、ボルトを通す部分がスライド可能なコの字金具を採用。蝶ネジで手で締めはずし操作が可能。使用ボルトは8mmφ。これで膝部分のウッドデッキの板の出っ張りにフックできる。出来上がってみるとあっけない。

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全部バラすと以下の写真。

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椅子の膝側留め具

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下は留め具をずらした位置

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下は留め具を入れ込んだ位置

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背もたれ側の紐フック。同じコの字金具。

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裏面から見ると

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塩ビ管の底はキャップに水抜きの穴を開ける

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塩ビ管の継ぎ手をカットしてスペーサーとして使用

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スペーサーをアルミテープで止める

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余談だが、使用した木ネジは長短いろいろ。ワンサイズ約70-90本程度入って100円するかしないかの物なので、一通り揃えておくことにする。

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No.1と3の間にあったポールによる中間支えを撤去

No.3 が 8m の釣り竿になったため、No.1 との中間にあった 4.5m の伸縮ポールは不要になり、撤去。

No.1,2,3 の3点を天から見て(X-Y軸方向) 直線に配置

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7MHz DP Ant. に関して設定しうるXY方向の角度は、今の環境では、ほぼここしかない。米国は Null Point に入ってしまうかもしれない。

No.1のポールのβ、γのステー接続を3点から4点方向支持に

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上の写真、Aはアンテナ(空中線)、Sはステー。COMETの伸縮ポールは上段と中段の2カ所にステー 用のリングがついているが、3穴。一方、タワーは4方面にステーを張る。安全側を取って伸縮ポールも4方向ステーとし、強さと安定を増やす。

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上の写真は屋上から撮ったセンターポールとタワー。ステーが4方向に上中下の3段に貼ってあるのがわかる。

下の写真は、上中下3本のステーが1台のコンクリートフェンスに繋がっている様子。十分な強度がある。

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ちなみに、タワーと床面とのアタッチメントは以下の構造。これもお手軽木工。床面との圧着のためには木の柔軟性が必要。床には固定していない。このタワーの微調整で移動させるため。テベグラスワイヤーの4本のステーで下方向へ圧着させ、十分な強度を確保している。

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下の写真、タワーの真下中心部分は、アンテナマスト(伸縮)の鉛直方向の力を受ける基台。気温の変化でマストが膨張収縮し滑り落ちる可能性をこれで潰しておく。

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伸縮マストとタワーの接続部分は2カ所。下の写真はその下部。マストはアルミなので、Uボルトで潰さないように、塩ビ管とアルミテープでスペースを潰して負荷分散。なので、自重等で下方向に少し滑る可能性があり、上の写真の基台が必要になる。

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下の写真は、上の部分のUボルトの様子。XY方向へのずれは完全に止まっている。

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下の写真は伸縮ポール No.2 の基台の処理方法。考え方は同じで、アルミ製の伸縮ポールに塩ビ管とアルミテープをかませて、U字金具で基台のポールに取り付ける。このNo.2はDPアンテナの端、および屋上のスペースの端でもあるので、欲しい方向にステーを確保できない。なので、この組み合わせでアルミの伸縮ポールを使うのであれば、最長 4.5m 程度が限界かもしれない。

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考察

  1. 独立した外部アンテナアナライザーにおけるSWRと無線機内蔵のSWRメーターで指す値が異なるのはなぜか。調べる必要がある。
  2. 国内は北海道、東北、四国、九州、中国の各地方、および韓国はよく入る。一方、Direct/ground waves を除き、Area 0,1,2,9 の入感が少ない。NVIS のためには、給電点部分のアンテナ角度をもう少し鈍角にした方が良いのかも。とすると、マスト No.3を8m 釣り竿に、そしてマスト No.2 を12m 釣り竿に、という新プランが出てくる。これで3点がほぼ同高度での懸垂曲線になるのが、No.3 の基台を新規に自作する必要がある。どういう構造がいいだろう?
  3. 7MHz帯のDP ant.において各パラメータを変化させた時の影響を概括している文献を探すこと。

20201024 Setting a 7MHz DP Ant. ver1

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Oct-24th, 2020
まずはここまで。10M x 2 は長い。

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もう少しカットすべきか、給電点の角度を緩めるのが先か、、、

北海道、京都府、岡山県、広島県、福岡県の局と交信成立。北海道は帯広の局で、これまでのところ一番良好に交信。

日が沈むと、7,100 より上の海外Contest 局は聴こえても、それ以下の国内交信は聴こえない。全て聴こえなくなるならいざ知らず、そこだけが聴こえる理由は何なんだろう???

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ダイポールの向きはこれ。すなわち、

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日本地図と地球儀ではこの方向。

ここでの環境、ならびに7MHz band において、以下のどちらが優れているのだろう?

(1) fixed direction dipole antenna with 20 meters length
(2) 短縮 rotational dipole antenna

考慮すべき要素は、費用、放射効率、取れるバンド幅、耐台風、Null point。

Near Vertical Incidence Skywave Propagation も入ってくるとより悩ましくなる。そもそもNVISで上手くSWRが下がってくれるものなのかどうかが未知だ。