430MHz HB9CV 5ELスタック ( アンテナ製作 第5弾)

430MHz HB9CV 5ELスタック ( アンテナ製作 第5弾)

144MHzの7EL×2 430MHzの10EL×2と、体力的にオーバースペックの山岳移動をしていました。担ぎ上げたぞ!と言うだけで・・・残ったのは、持って登った!という達成感と、後に残る疲労感。

今回製作の430MHzの5ELアンテナは30cm弱のエレメント長。これをHB9CVとすると・・40cmのブームで!!そのままリュックサックに装着。
山に登るのは、健康維持と体力造り、おまけでアマチュア無線。 このスタイルで次のシーズンはやっていこうと思います。

まずはプロトタイプのHB9CVを作る。

第4弾で3ELHB9CVと告知しまたが、予想のほか小さいので5ELにしました。m(__)m
これは小さい。電波は飛ぶの・・・・・?
3ELも5ELも大差なしと勝手に判断 5ELにしちゃいました
5ELでも・・・・うーん。小さい! これで電波が飛ぶか?
位相給電のクロスバーがMコネクターを回避して迂回した為か、給電部のL成分が 大きくなったようです。
計算値では輻射器が31.5cm反射器が34cmでしたが、最終的には輻射器が29.5cm、反射器が30.5cm。かなり短くなりました。プロトTypeのSWRは1:1.07ですが帯域が狭いんでしょうね?
SWRは1:1.07 インピーダンスは ほぼセンターでGoodです。帯域はSpan10MHzでこのカーブ? いまいちですね
エレメントが短いのでバンド幅が狭くなっていると思います、使用するのは433MHzの付近です。これでもいいのかな?なんたってエレメントが3cm以上も短い。反射器を大きくしないとFB比が悪くなるので、30cmではちょっと辛い?
リピーターを運用する人はエレメントを長くしないと439MHz帯は厳しいかも(もう少し追い込みが必要かな?)
田村市の片曾根山 標高716mから神奈川県足柄山まで飛んで行ってるようです。エレメント短くても大丈夫かな~

プロトタイプでの運用

車載のアンテナ基台に搭載して運用(TV局の業務車両みたいですね)

車載ポイップアンテナ基台に取り付ける延長ポール

小型の八木アンテナを簡易的に取り付ける延長ポールです。
  1. 25φの延長パイプ(VE-25-J2)1m(短すぎると車体の影響あり、長すぎると不安定)
  2. 中継用(PVF-14J)アンテナ結合用(22φ)
  3. コネクタ結合用(22φエンビパイプ50mm)
  4. M♂-M♂同軸ケープル5D2V 1.2m

加工手順

  1. 25φ電工用隠蔽パイプの上部の同軸引き出し用の12mmの穴を上部5cm下に程度に開ける
  2. 同軸コネクターを片側に取り付け塩ビパイプ(5cm)をバーナーなどで温めコネクター押し込む
  3. 塩ビパイプを取り付けたコネクター付き同軸を25φ掩蔽パイプに差し込み同軸を掩蔽パイプ上部の穴から引き出す
  4. 引き出された同軸にM♂を取り付ける
  5. 25φ隠蔽パイプの上部に中継用(PVF-14J)を差し込み
簡単設営のアンテナポールの完成です。ただしこの状態で走行しますとおまわりさんに叱られます。   大きなアンテナは取り付けないでください。倒れると車に傷がつきます。
5ELスタックは大丈夫でした。あくまでも自己責任でお願いします。

 

本題の430MHz HB9CV アンテナ製作に話題を戻します。

5ELSingle プロトTypeのMMANAの分析Data

エレメント長(間隔)
  • 反射器   305mm  (-78mm)

    ずんぐりむっくりの金魚ちゃんのパターンです
  • 輻射器   295mm(87mm)
  • 導波器1 285mm  (110mm)
  • 導波器2 270m(120mm)
  • 導波器3 265mm 

   Gain=9.86dB           F/B=11.43dB

MMANAでの最適値 Data

エレメント長(間隔変化させず)
  • 反射器   340mm  (-78mm)

    少しスマートになった金魚ですね(しっぽの形が)
  • 輻射器   315mm(87mm)
  • 導波器1 300mm   (110mm)
  • 導波器2 287mm(120mm)
  • 導波器3 280mm 

   Gain=9.96dB             F/B=13.25dB

アンテナブームの長さが40cmと短い為、ゲインは大きく変化がないようですね。エレメントの長さに対しての影響は少ないと考えられます。

さて組み立てです。

ラジェーターマウント部の製作

部品明細
  1. Mコネクターメス(ねじType) 以前に秋葉原でまとめ買いしたもの(最近UHFコネクターなるバッタモンがあります。要注意!!)
  2. アクリル板(ラジェーター基台)100mm×110mm×t5mm (強度を考えるとt3mm以上必要)     
  3. ブームホルダー(VPホルダー両固定) VP13 φ18 1号 グレー色
  4. アルミパイプ (φ9mm×t 1mm)  肉厚1mm 内径が7mm 厳守  輻射器と反射器に使用
  5. 丸端子 (R 8-5) ニチフ 裸端子丸形 内径7mmのアルミパイプに圧入 端子の圧着部は7.05mmです。
  6. 導波器は TVアンテナの残骸φ9~φ10mm(概ね肉厚が薄いのでねじ止めは注意が必要)

アクリル板が100mm×100mmの場合

正方形にすると加工時に穴位置を間違う可能性がありますくれぐれも慎重に!。理屈では 輻射器/反射器の間隔は1/9λでHB9CVの許容範囲。(エレメント間隔は7.7cm)インピーダンスが-jに寄りますので位相給電のクロスワイヤーを少し長めにする必要があります。

組み立て

100mm×110mmアクリル板加工
  1. センターから21mm、輻射器取り付け側の端面から40mmに16φの同軸コネクターの穴をあける
  2. 110mm端面からセンター振り分けでVP13ホルダー取付穴加工(現物合わせ 約42mm間隔)幅が広いとラジェーターユニットがくるくる回ります。狭いとブームが入りません

給電ベース 寸法図

100×110mmt5mmのアクリル板を準備します。(加工に自信があれば10cmの正方形でもOK)
   輻射器⇇左             右⇉反射器
図面は 1/9λ間隔のショートサイズです λ/9=76.66mm 同軸コネ♀取り付け方向は対向方向です。十分注意の上加工してください
Qマッチケーブル取付方向にエレメント 反対方向に位相給電のクロスラインが取り付けられます

アクシデント1

Mコネクターのナットが止められない!5mm厚のアクリル板は強靭だったのですが😭

  23φのホールソーで途中まで彫り込み穴を広げます。
Mコネクターの取付ネジ部は浅いのでアクリルを彫り込む必要あり
今回は23mmのホールソーで追加加工

 

リーマーでコネクターが入るまで加工する

この加工はQマッチ引き出しケーブルの方向を決定しますので十分注意してください

とりあえず仮止め

  • VP13両ホルダーと丸端子を取り付けてみた(エレメント間隔7.7cm)
電工用のVE-14J2(隠蔽パイプ 白色 をブームに使用します)
ラジェーターエレメント(輻射器と反射器のベースに取付)
丸端子(R8-5)にアルミパイプ圧入 ハンマーでトントントン!!

追加加工 アクシデント2

  • 予定外にアルミパイプが厚かったのです。アクリル板を彫り込む加工が生まれました
手作りですこのようなアクシデントは多々あります。

ラジェーター部完成

なぜか2組作りましたスタックにする気持ちが前のめりです。5エレです、スタックでも可愛いもんでしょう。

コネクターの穴はスタックにするときは、同軸引き出し線とエレメントが内側です。要注意!

ここまで来れば完成はもうすぐです。

内側にコネクター挿入部とエレメントが向き合います。

丸端子は柔らかいのでエレメントが変形しますので3mm×15のネジで、アクリル板とエレメントをがっちり固定しましょう。
ここまですればリュックの中でも、山の中でブッシュに引っかかってもエレメントが曲がらないでしょう(リュックの中には分解しないと入りません)

組み立て

部品明細

  1. 電工用のVE-14J2(隠蔽パイプ)  40cmにカットする  (アンテナブーム)
  2. 隠蔽パイプ固定用 S-14(VE-14J2 固定等)両サドル(導波器エレメントホルダー)
  3. T分岐ホルダ VET-16J(長さ調整切断する)
  4. 調整用中継パイプ PVF-14J(長さ調整切断する)
  5. 導波器エレメント (TVの廃材流用)9mm~10mm程度のアルミパイプ
  6. 位相給電用電線 (PV線 芯線2mm) 
  7. 丸端子  (R3.5-4)

5ELの組み立て

アンテナ加工
輻射器と反射器および導波器はプロトTypeで寸法決めをして切断しました。
  1. 指定寸法に切断した導波器をセンターから20-20mmに3φの穴をあける(切断はプロトTypeの寸法で加工)
  2. S-14( 両サドル)エレメントにビス止めする —導波器 3種類製作する
  3. エレメント固定は3×15mm  S14(両サドル)にワッシャを忘れずに
  4. T分岐ホルダを左右20mmカットする(輻射と導波器の間隔が狭いためカットが必要)
  5. ブームパイプ(VE-14J2)勘合させるため(PVF-14HI)を挿入してT分岐ホルダ(VET-16J)をカット。
  6. 組み立てたT分岐ホルダをブームパイプ(VE-14J2)挿入
  7. 先に作成した導波器1、2、3 を長い順に指定した寸法でブームパイプ(VE-14J2)に挿入する

 部品組み立て

エレメント(各 導波器)を組み立てる S14(両サドル)取り付け
T分岐ホルダ(VET-16J)を加工後、アンテナブーム(VE-14J2)にラジエーターユニットと一緒に差し込む(VET-16J)の中には(PVF-14HI)が入ってます。
いよいよアンテナらしくなってきた。

概ね完成~!

導波器を取り付け、やっぱり小さい 長い順から導波器挿入(バラバラにすればリュックに入ります ブームはリュックのサイドに)
導波器がほんのり赤いのはアルコール変調の為ではありません。昭和40年代カラーテレビが出始めたころ、何を血迷ったかカラーアンテナが家々に立ちました。今まで使ってたアンテナでも受信できるのに!!「うちにはカラーの受像機があるぞ!」と言う見栄なんでしょうかね?
そのおかげで赤い塗料をヤスリを使って・・余計な手間がかかってしまいました。ヽ(`Д´)ノ
注意!!ネジ類は使われる素材で長さが変化します。長さは目安です。ご注意ください。

アンテナの調整

いよいよアンテナ製作のメインイベント、位相給電のクロスバーの加工です

  1. 両側に丸端子(R3.5-4)を付けた数種類のPV線を数本準備する
  2. 同軸コネクターの芯線を最短距離で輻射器コネクタ側に接続(写真は赤い線)
  3. 同軸コネクターアース側の端子から輻射器のコネクタ反対側に最短距離で接続する(黒い線)
  4. 1.で準備したPV線を輻射器と反射器にクロスで取り付け(白いPV線)

* このクロスバーの形状(長さでインピーダンスの補正を行います)数本準備。

ここからはアナライザー(NanoVNA)を駆使してアンテナの調整に入ります

位相給電の配線

2ELで調整するとクロスバーはこんな感じでSWRが1.1です

この状態で導波器を付けてスタックにするとSWRが1:2.6 容量側に引っ張られるようです
とりあえずプロトTypeと同じようにクロスケーブルを長くしました。
調整済みの位相給電です(クロスした線はコネクターのアースへ)

アナライザー(NanoVNA)等がない場合どうする!!

SWR計だけでの調整は、位相給電のラインにフェライトパッチンコア(できるだけ小さいもの)を入れることにより可能です。給電部(Mコネクタ)よりの見かけ上、直列のL成分を増やしてインピーダンスチャート上の変移を想定してSWRの最適値に追い込む方法です。
  1. コアを挿入してSWRが下がったら位相給電の線を長くする。(Lを増やす)
  2. コアを挿入してSWRが上がったら位相給電の線を短くする。(Lを減らす)
  3. これはスミスチャートのインピーダンスチャート調整で、給電点から直列に付加される条件です。
  4. ある程度SWRが下がっていないと追い込めません
  5. 大きくずれている場合はショートループを作って給電線に並列Lや並列Cを付加します。144MHzのHB9CV 4ELで行った方法です。(144MHzのHB9CVは反射器側にLを並列負荷)
  6. 並列補正はスミスチャートのアドミタンスチャート調整です、NanoVNAでは表示されていませんがスミスチャートのショート側にあるサークルです。(Mr.sumithのフリーソフト参照)
  7. チャート上のどこの位置に、使用する周波数があるかの目安を付けなければ、闇雲にショートバーを入れ替えたりアンテナを切断したり伸ばしたり?・・・・途中でせっかく作ったアンテナもお蔵入りとなります。
* 前に準備した丸端子付きのPV線を入れ替えて最適値を選び出す
パッチンコアを入れてSWRの追い込みをする

NanoVNAで測定

調整前のスミスチャート 予想どうり SWRは1:1.5以内で収まっています。
SWRは1:1.37。433MHzで +j に寄っています。帯域が狭い~😢
幸いインピーダンスのチャート近くに乗っていますので、給電点から見たシリーズのL成分を下げることで50Ωの点に落とし込めます。(具体的には位相給電の配線を短く)

Mr.Sumthで検証

2番目に大きいサークル(円の中央を通る円)が50Ωを通過するインピーダンスチャートです。433.0MHzでちょうどチャートの上に重なります。50Ω(SWR1:1)にするには給電点から  シリーズにつながるL成分を減らします。

0点スタート(NanoVNAの測定ポイント)で50Ωへ修正はシリーズに27pF追加 又は行き過ぎたインピーダンスチャートのL成分を2.5nH少なくします。(具体的にはクロスした位相給電の線を短くして50Ωにします)

とりあえずスタックにしてみました

スタックの1λ間隔は「移動運用はコンパクトに!」の主旨違反です。 T分岐ホルダ(VET-16J)と電工用隠蔽パイプ(VE-22-J2)で34.5cmの1/2λスタック間隔に調整(短めにしないと40cmになります)
う~ん小さい! ポールは昔使っていたHF用3バンドの八木アンテナの残骸です、登山時は杖代わりに使用。(運用時はT分岐ホルダにすぽっと差し込むだけです)

車の助士席に同伴できます。同軸をつないでポールに差し込むだけ。(^^♪かんた~ん♪)

スタックにしてSWRは1:1.65でしたもう少し調整が必要です。前記の調整済みの配線に変更。(位相給電線を反射器から同軸のアース側に配線)
最悪SWRが下がらない場合には、導波器1と輻射器の間隔を調整すると改善する場合があります。(アドミタンス補正)給電部に対して並列の補正

最終調整のスタックでのSWRをNanoVNAで確認

SWRは1:1.2以下これで良しとします。
50Ω付近でうまくループが書けています。帯域も申し分ありません

SWR測定にワンポイント

高い周波数でSWRを測定するとNanoVNAとSWR計ではちょっと違う?1.2GHzではすっご~く違う?なぜ??
Nano VNA のCALは付属のターミナルで測定しますが、アンテナのコネクターはMかN当然M-SMA変換かN-SMA変換を使いますね。
ちなみに430MHzでM-SMA変換でSWRが1:1が1:1.26に変化します。1.2GHzでは1:3迄(@_@)変化します。1.2GHzのアンテナSWRがなかなか下がらないのは納得できます。
M-SMAコネクターにShortCapを付けて50Ωのダミーと校正を行う

校正ターミナル ShortCapの製作記事 参考サイト  NanoVNAは正確か?

簡単に出来る治具ですので是非製作してください

スタックの時のMMANA分析

Gain 11.77dBi FB 10.92dB  1/2λのブーム間隔ですと2dB 程度しかGainが上がりませんでした。1波長のブーム間隔にしないと3dBは難しいのかな?
基本的には位相給電の輻射器と導波器のマッチングが取れれば、あとは導波器を足すだけです。コネクターと同軸に少しの材料費(アルミパイプ)他の部品は100均レベル。皆さんでトライしてください。5ELから10ELのバージョンUPも100円ベースの出費でお財布に優しいアンテナです。

さて?運用結果はどうか?

アンテナの指向性はバックでS1~2、サイドでSなし、フロントでS9+で八木アンテナとしてはそこそこ性能は出ているような気がします。

車載のアンテナ(基準アンテナ)39cmの Gain 2.14dBiのアンテナCR77と比較では、受信レベルは5ELアンテナの指向性はサイドと同一レベルでしたので、後は実践のみです。

まずは見てくれ、ジャンク部品で作りましたが少しでも美しく!

アンテナは目立ちます。電波が飛んで。かつ、綺麗に美しくお化粧しました。

化粧部品はすべて流用で600円程度の出費
ホームセンター巡りが趣味の老人の独り言・・・1食抜いたと思えばいいかぁ
アルミパイプの切断面に蓋をする。黄色キャップの余分なものはカット
キャップをしたパイプに絶縁キャップをかぶせます

♪ まぁーなんて言うことでしょう ♪

 あのボロボロだったアンテナが見違えるようになりました。匠の技が光ります ♪

メーカー製品!とは言えませんが、なんとなく気品が見えてきました。Qマッチは3/4λ(10ELスタックで使ったものを流用)

Qマッチはコネクターと同軸があれば安価に制作できます

筋金入りのアマチュア無銭家です。ジャンクとホームセンターが頼りです。最近は黄色のエレメントキャップはビニールテープです。

アンテナ端末処理のお話

アンテナ加工中にジャンクのTVアンテナパイプに蜂の家族が居住していたようで、知らずにカットしたら思わぬアクシデント。蜂の捨て身の攻撃に右手を負傷してしまい、作業が4日ほど順延してしまいました。蜂の住居を破壊した手前もあり休業補償もなく、まんじりとしてましたが、キャップをするという対策を考え上記の様な美しい?アンテナとなりました。

遠足の前夜

いい年をして、孫と同じ心境に陥ってしまいました。
リュックサックにアンテナを括り付け、無線機をバックに入れ、予定もないのに今夜は眠れそうもありません。お弁当は何にしようかな?
リュックに括りつけても恥ずかしくないですね?恥ずかしい?リュックの中身は移動用無線機システムとおにぎり、お茶等が入ります。
サブバックの中身は、Li-ionバッテリー、リニアアンプとハンディ

三菱M57704のパワーモジュールを使ったリニアアンプの製作記事

無線テクニカル工房(アンテナ製作430MHz17EL✕2 他)

追加修正の発生!!

何度かの実証試験でMコネクターのゆるみが発生。接触不良でSWRが悪化して電波が良く飛んでいないことが確認できました。
Mコネクターネジ部とナットを半田付けでしっかりと固定しました。
SWRも安定して電波も飛んでくれます。よかった!(^^)!。
このアンテナを固定局で使用する場合アクリル板をTakachのプラケースで作成して防水加工すれば使えます。導波器はしっかりとブームにねじ止めしないとエレメントが回転してみっともないですよ((´∀`*))
導波器を3本 追加して8ELのスタックぐらいにすれば、自宅の屋根にあげても大丈夫でしょう。

自作される方への製作費用のPart Listは

430MHz HB9CV 7ELスタック (アンテナ製作 第7弾)参照

7ELスタックの参考部品単価です。お財布と相談してTRYしてください

車での運用であれば10EL×2でも大丈夫かな?

ブームパイプ(VE-14J2)を長くしてラジェターユニットを引き抜き、導波器4.5.6.7.8 と5本追加でT分岐ホルダを10ELにした時のバランスの良い場所に移動。あっという間に10EL完成!!!

あれ?本来の趣旨がわからなくなってきました。山に登るんです。

1200MHz アンテナ製作

1.2GHzの 20ELは真ん中から切断して2等分して山に移動しています。
約 2等分したブームを調整用中継パイプ(PVF-14HI)で接続する

1.2GHzでも20ELです。リュックより少しはみ出しますが、八木の威力は抜群です。山に登ると結構飛んでくれます。しかし出ている局が少ない!!この20ELの製作記事。無線テクニカル工房(アンテナ製作430MHz17EL✕2 他

後日 製作記事もWebに掲載  1200MHz 20EL (アンテナ製作 第6弾)

スタック 5ELの成果は?

福島県田村市の片曾根山(標高718m)から西多摩付近のハンディ1W局とも交信でき、ビームもそこそこ切れる様です。これだけ小さくてまずまずの効果、小型なりに山岳反射による交信も楽しむ事が出来ました。

比較しましょう

以前作った10ELスタックとの比較はやっぱりビームの幅が広い、10ELスタックはピンポイントでビームを絞り込むと信号が浮かび上がります。サイドの切れもシャープ。欲が出てきますね。10EL同等を目指すと7ELのHB9CVかぁ!! 70cmのブームに収まりそう。製作意欲がムラムラと出てきました。後日製作記事を公開いたします。

今回は登山のお供のアンテナでした。春が来るのが楽しみです。

これからどんどんアンテナを作ります。6弾7弾と引き続きご期待ください。