無線テクニカル工房（NanoVNAで430×２Tune UP 第2弾）

2020.07.17
EHL工作室

自作アンテナも１年以上使っていると、それなりにどのような特性か検証してみたくなってきました。NanoVNAをフルに駆使すればアンテナにも磨きがかかります。今回は430MHz用の10ELスタックをTuneUpします。

TVアンテナの廃材を使った、ホームセンターパーツ流用の 17ELスタック（最近は17ELは長過ぎなので10ELで使用しています）

**17EL×2は移動用には不向き、風が強いと大変です（ビームがシャープすぎます）**

430MHz 10EL スタックのアウトライン

電気工事用の17φ隠蔽PVパイプをブームとして分岐クランプや壁面の取り付け用両止めサドルを駆使したホームセンター仕様となっています。

TVアンテナの廃材もフルに使用しています。10mmφのアルミパイプとラジェーターBOXを流用しています（BOXをUバランの整合に使用）

10ELアンテナ寸法参考資料 (単位ｍｍ）

輻射器エレメント

設計の計算値はλ/10≒692.8ｍｍ/10mm　λ/ｄ≒69 は下の表から≒58＋ｊ0の線を下に延長して、導線長さ0.46λとしました。輻射器長さは692.8mm×0.46λ≒318ｍｍです。実寸は330mm、12ｍｍ長いです。（ダイポールと八木では条件が違ってくる？）

Mr.Smithでインピーダンスの推移を計算

輻射器インピーダンス58＋ｊ0（輻射器330ｍｍ）

Uバランを0.633λ（693×0.633×0.67＝293.4ｍｍ）引き回すと、１回転ちょいでアドミタンスチャートとクロス。80ｎHパラで整合予定（0.5λでチャート上で１回転します）

ほぼSWRは 1：1.5 エリア内にいるので、このままUバラン接続をせず50Ωの同軸を接続して運用する局長さんが多いのですが、基本的に平行空中線に不平衡の同軸を接続するのはコモンモードの不要ループができます。（同軸の引き回しによってSWRが大きく変化する）これを防止するのが平衡/不平衡のバランです。（アンテナ給電部にUバランを使用）

シングル八木でのNanoVNAでの波形　< Center(433MHz)　Span(30MHz）>

世の中計算通りには行かないですね。シングルでNanoVNAで測定　SWR 1：1.27 ズレていますね。これで1年以上使っていました。しかしズレてるのは間違いないです。

チャートポイント　53.2－ｊ29.7㎊（12.4Ω）です。パラに入れたコイルの補正が少し不足気味です（インピーダンスチャート上にいますのでシリーズの補正も？エレメントが少し短いか？）

-j29.7㎊=12.4Ω?

NanoVNAのｊ表示は抵抗ではなく uHやｐFの表示です。ｊRに換算が必要、はしょってごめんなさい。12.4Ωは「ωL・1/ωC＝抵抗」ある周波数の位相角での抵抗。

L成分＝2πｆL（チャートの上半分+ｊと表現）C成分＝1/（2πｆC）（チャートの下半分-ｊと表現）となります。

計算値は1/（6.28×433MHz×29.7pF）　12.4Ωにならない？計算単位はすべて1です。ｋ/M/GHz ・ｍ/µ/ｎH・µ/ｎ/pFは換算しなければなりません（2πは6.28です　π＝およそ 3 はやめてください😭）

換算表

　　　　　　1/（6.28×433E+06×29.7E-12）=12.38215Ωとなりました

　　　　　　　　高周波の趣味を持つ方なら必ず覚えてほしい！

　コイルは　Z=ωL　コンデンサーは　Z=1/ωC 　で計算されます

アンテナの調整に話は戻る

スタックにするとチャートは-ｊから+ｊに変化してしまいました、うねりも多く2枚の八木のエレメントが影響しあっている様です。とりあえずパラに挿入したコイルを外しました。

スタック状態ででコイルを外すとSWRは1：1.17ですシングル八木と同じレベルに戻しました。－ｊが+2.54uHまで上がった位置にプロットされています。

スタックでのNanoVNAチャート　Center(433MHz) Span(30MHz)

**54.4+ｊ2.54ｎH（54.4+ｊ6.9）の位置にいます。ほぼ50Ωです**

Uバラン上でのインピーダンス推移がスミスチャートのぐるぐるとSWRチャートの波の上下で、適切にUバランの長さを調整すれば、スミスチャートを中央（50Ω）SWRを底に設定することは可能です。

あくまでもスタック前の状態で50Ωに最接近させること。50Ωから外れるとQマッチや同軸の引き回しや長さによって50Ωからずれた範囲で、スミスチャートのくるくるが始まりSWRの大波小波が襲ってきます。

この辺が妥協点として自己満足をするしかないですね。シングルでのアンテナ調整は計算である程度追い込めます。スタックになると計算外の事象が増えてきますが、アナライザーがあれば調整は少し楽になります。

スタックの構成

この項目はブラシアップとは関係ありません参考記事です

ブーム間隔は1λ（70ｃｍ）Qマッチは3/4λ×同軸短縮率0.67≒34.8ｃｍ（5C２V）です。Qマッチの Web記事は沢山ありますので参照してください。短縮率が不安なので5C2Vを40ｃｍで仮り接続させ、終端２か所に50Ωの負荷を取り付けて、SG出力（433MHｚ0ｄB）を無線機側に入力させ75Ωのケーブルを、コモンモードのピックアップセンサーで確認すると分岐から35ｃｍでピックアップの出力ディップ。短縮率は0.67で合っていました。