50whip

５０MHｚベースローディング短縮ホイップの製作

◆はじめに(2018/11/9)
５０MHｚの１／４λホイップアンテナは長さが１．５ｍになり、ピコなどの小型リグに取り付けるには長くて重過ぎるように思います。１４４Ｈ４機（幅１１１×高１００×奥行４２mm　質量４３０g)に取り付けた電圧給電１／２λロッドアンテナは全長１０５cmであり、この程度の長さであれば使用に耐えたので、多少のゲイン低下は承知の上で５０ＭＨzの短縮アンテナを作ろうと思います。

ローディングコイルの実験

◆ローディングコイルの種類(2018/11/16)
アンテナの長さが波長に対して短い場合はローディングコイルを入れて電気的に長くしますが、コイルを入れる場所によって次の３種類があります。

トップローディング　：　アンテナの先端に入れるため先端部が重くなり構造的にしっかり作ることが必要ですが、電波の飛びは３種類のうちで一番良いです。
センターローディング　：　アンテナの中央部に入れるもので、コイル位置がベースローディングよりは高くなっており電波の飛びはよくなります。
ベースローディング　：　アンテナの基部に入れるため構造的には強くできますが、電波の放射が低い位置に偏るため飛びはよくありません

それぞれ長短はありますが、今回はロッドアンテナを使うため、構造面から③のベースローディングとします。

　３種のローディングコイル挿入位置

◆ベースローディングコイルの計算(2018/11/9)
ベースローディングに使うコイルのインダクタンスを求めるには「アマチュアのアンテナ設計　Ｐ２５、Ｐ８２」によると

導体（ロッドアンテナ）の長さと直径からインピーダンスＺを求める。　Z＝６０ｌｏｇe（２ｈ／ｄ）　(単位：Ω）　【ｈ＝導体の長さ、ｄ＝導体の直径　ｌｏｇe＝自然対数】
電気角で現した導体の長さGを求める。　Ｇ＝３６０×ｌ／λ　(単位：度）　【ｌ＝導体の長さ、λ＝１波長の長さ】
電気角とインピーダンスからリアクタンスＸを求める。　Ｘ＝－ｊＺ／ｔａｎＧ　(単位：Ω）　【ｊ＝虚数単位】
短縮アンテナの場合はリアクタンスが容量性になるため、それを打ち消すコイルのインダクタンスＬを求める。　Ｌ＝Ｘ／（２πｆ）　（単位：H)　【ｆ=周波数】

ロッドアンテナはＦＭラジオ用の長さ８４０mm　平均直径φ４．５（最大直径φ７、最小直径φ２）のものを使います。周波数を５０ＭＨｚとすると

Ｚ＝６０×ｌｏｇe（２×８４０／４．５）＝３５５Ω
Ｇ＝３６０×８４０／６０００＝５０．４°
Ｘ＝－ｊ３５５／ｔａｎ５０．４°＝－ｊ２９４Ω
Ｌ＝２９４／（２×３．１４×５０）＝０．９μＨ

ローディングコイルのインダクタンスとしては　０．９μＨ　との計算結果になりました。

◆コイルを巻いて測定(2018/11/9)

空芯コイルで０．９μＨのインダクタンスを得るには単層コイルの計算式から　φ１のスズメッキ線、直径φ１１で、巻き数１７回、長さ３３ｍｍ　となります。
巻いたコイルを秋月のＬＣＦメータで測定すると０．９μＨでした。
コイルを巻いて８４０ｍｍのロッドアンテナにつなぎ、ＦＣＺ研のアンテナインピーダンスメータを接続し、ＦＴ８１７を送信機にして測定してみると、木造家屋室内での測定環境ですがインピーダンスで１５０Ω、ＳＷＲは３でした。　
ロッドアンテナを少しずつ短くするとＳＷＲが１に近づく傾向にあるため、アンテナ全体が誘導性になっていることが分かります。
ロッドアンテナをいっぱいに伸ばし、コイルの巻き数を１回づつ減らしながら１４回巻きにするとＳＷＲは１、インピーダンスは５０Ωになりました。その時のコイルのインダクタンスは実測で０．８μＨです。
アンテナは周囲の影響を受けやすく、体を近づけたり遠ざけたりするとＳＷＲは変動します。実際に運用するときもその点は意識しておいた方が良いでしょう。

います。

　
（左）インダクタンス測定　(右）ベースローディングコイルの実験

アンテナの製作

◆ボビンの材料(2018/11/16)
ホームセンター(コーナン）で売っている丸パイプ(外径φ１０　内径φ６　長さ１０００ｍｍ　ＡＢＳ樹脂？　１８８円税抜）を使うことにします。色は白と黒の２種類があり、黒はひょっとするとカーボンが入っているかも知れず、損失があるといやなので白を選びました。

　φ１０の丸パイプ

◆ボビンの加工(2018/11/16)
全長３３ｍｍに切り出し、ＢＮＣコネクタ（メス）に入るよう端部より８ｍｍの長さをφ８．５ほどにヤスリで仕上げ、線材を通すφ１．５の穴をあけておきます。

　丸パイプを加工する

◆ボビンにコイルを巻く(2018/11/16)

実験中はφ１のスズメッキ線を使っていましたが、製作時はコンパクトにするためウレタン線（ＵＥＷ）の密巻とします。
実際に巻いてみるとφ１では硬くて巻きにくかったためφ０．８に変更しました。
インダクタンスが０．８μＨになるように計算すると１０回巻きになりました。

　密巻きコイル

◆接着と仕上げ(2018/11/16)

ロッドアンテナの基部はＭ４のネジであったため、φ６のスペーサーの内径にＭ４のタップでネジを切り固定しましたが、購入したアンテナの構造に準じて対応してください。
ＢＮＣコネクタ（秋月にて＠１２０）とボビンは２液性エポキシ接着剤で固定し、ロッドアンテナの基部に固定したφ６スペーサーとボビンも接着します。
ＢＮＣコネクタからロッドアンテナにかけて熱収縮チューブを被せ、ライターで加熱して固定しコイルがずれないようにします。

　熱収縮チューブでコイルを固定・保護

全長は２００ｍｍ弱

◆全体の構造(2018/11/23)

◆電波の輻射(2018/11/23)
ロッドアンテナ垂直に立て、その横を上下に高周波電圧計をスライドさせた時のメータの読みを点線で示しました。

　
（左）電波の輻射　（右）使用した高周波電圧計

◆製作費用は５００円程度(2018/11/23)

ロッドアンテナ　３００円程
ＢＮＣコネクタ　１２０円
ボビン、ウレタン線、スペーサー、接着剤、熱収縮チューブ、卵ラグは手持ちのものを使用　合計で１００円程度

◆製作を終えて(2018/11/23)
アンテナが短かければ(容量性）、インダクタンスを追加して電気的に長くし、長ければ(誘導性）、キャパシタンスを追加して電気的に短くする。参考文献に書いてあった　「アンテナの設計・調整というものは、とどのつまり、リアクタンスを打ち消すことにある」　という言葉が印象的でした。

◆実運用(2018/11/23)
まだ実際に使ってはいませんが、今後５０MHｚのハンディ機を作る予定であり、来年の春頃には評価できると思います。

＜完了＞

参考文献

アマチュアのアンテナ設計　岡本次雄著　ＣＱ出版社
アンテナハンドブック　ＣＱ出版社