7MHz短縮ホイップ　　　　　　　 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　もどる

◆はじめに(2022/7/8)
7MHzで移動運用するときはVCHアンテナを使っており、比較的短時間で設営できますが、ちょっとワッチしてみたい時に使えるホイップアンテナが欲しくなりました。「7MHz　短縮アンテナ」でネット検索すると、週刊BEACON（2022/3/31より休刊）にJE1UCI冨川さんの「7MHzミニホイップ」の記事がありました。ロッドアンテナや真鍮パイプを利用したもので、まずはこの記事を参考に実験をはじめようと思います。

試行編

　図１　週刊BEACON No.38 7MHzミニホイップ　のデータ

◆まずは作ってみる(2022/7/8)

　
（左）実験で使用した7H3機　（右）適当に巻いたコイルとリード線で作った短縮ホイップ

製作編

◆全体的な構成(2022/7/8)

  1. よく飛ぶアンテナを目指せば「エレメントは長く、コイルは太く大きく」でしょうが、持ち運びやトランシーバのBNCジャックに接続することを考えると、垂直に伸ばした時の全長は１.5m以内、コイル直径はφ30まで、収納サイズはリュックに入れて運ぶことを想定すると、30cm程度には収めたいところです。
  2. 上部エレメントにロッドアンテナを使うと、長さの微調整が出来るメリットがあります。また下部エレメントはアルミパイプを継ぎ足して使おうと思います。

◆センターローディングコイルの設計(2022/7/15)
計算式については「アンテナハンドブック」　P390-391からの引用です。　またセンターローディングコイルの計算サイトもあります。

　図２　アンテナハンドブック　P390

上部エレメント長h2=870mm、下部エレメント長h1=500mm、エレメント全長h=h1+h2、エレメント平均直径d=6mm、7.1MHzの波長λ=300/7.1*1000=42254mm　とすると

Ka=エレメントの平均特性インピーダンス　、　XL=ローディングコイルのリアクタンス

Ka≒60(loge(2h/d)-1) = 60(loge(2*(870+500)/6)-1) = 307Ω

XL/Ka = cot(2πh2/λ) - tan(2πh1/λ)　　　　　※　右辺の（　）内の角度はラジアン　、　180°=πrad　、　cotθ=1/tanθ

　　　　= cot(2*3.14*870/42254*180/3.14) - tan(2*3.14*500/42254*180/3.14)

　　　　= cot7.41-tan4.26 = 7.69-0.07 = 7.62

XL = 7.62*Ka = 7.62*307= 2339Ω

ローディングコイルのインダクタンス　L = XL/2πｆ = 2339/(2*3.14*7.1) = 52.5μH

空芯コイルの計算式から　φ0.4のウレタン線を外径22mmのボビン(塩ビ水道管のVP16)に60回密巻きすると52.7μHになり、ウレタン線は4.2mほど必要になります。

◆上部エレメント(2022/7/15)
使用するロッドアンテナは全長870㎜（仕舞寸法155㎜）で、基部にはM3のメネジが切ってあります。そこにM3のオネジをねじ込んでナットで固定しました。

◆短縮コイル(2022/7/15)

  1. ガラエポ1.6mmの両面プリント基板を幅16.5㎜×長さ35㎜に切り出し、両端の中央部に幅5.4㎜×15㎜の切り込みを入れ、M3×15㎜の支柱（両端メネジ）を半田付けします。
  2. 両面基板の中央部は幅5㎜ほど銅箔をはがして絶縁します。
  3. 水道管VP16(外径22㎜×内径16.5㎜)を35㎜長に切り、コイル用のボビンとします。
  4. ボビンを万力で挟んで少しつぶし、そこにプリント基板を挿入し、万力を緩めることで固定しました。隙間がある場合は、塩ビに有効な接着剤を流し込んでおくと良いでしょう。

　短縮コイルの部品

　支柱を半田付け

　万力で挟み、ボビンを少しつぶして基板を挿入し、万力を緩めて基板を固定する

　
（左）φ0.4のウレタン線を巻いて短縮コイルを作る　（右）実測値は49.4μHになりました

◆下部エレメント(2022/7/22)

  1. 下部エレメントの電気的な長さを500mmと決め、φ8×250mmとφ7×300mmのアルミパイプを継ぎ足して使います。
  2. φ7の挿入部はアルマイトの被膜を細かいサンドペーパーで磨いて落とし、導電グリースを塗りました。
  3. 挿入長さは30㎜とし、それ以上入らないようにφ8×40mmのアルミパイプをストッパーとして使い、上から軽くパイプカッターで1周抑えてつぶし、抜け止め効果を持たせます。
  4. φ7エレメントと短縮コイルをつなぐ部分はM3×15㎜の六角支柱（片側オネジ、片側メネジ）を圧入し、上から軽くパイプカッターで1周抑えてつぶしておきます。

　挿入部

　短縮コイルを接続するφ7の終端部にはM3×15mmの六角支柱を圧入する

　表面をパイプカッターで軽くつぶし、抜け止めとする

◆基部(2022/7/22)

  1. 外径12.5mm×内径8mmのグラスファイバーパイプを29㎜切り出し、片側の先端部9mm長をヤスリでφ11まで削ります。
  2. グラスファイバーパイプの入手が難しい場合は、ホームセンターで売っているABSパイプを利用するとよいでしょう。
  3. φ8アルミパイプをグラスファイバーパイプに20㎜差し込み、端から5㎜の位置にφ1.5のドリルで貫通穴を開け、M2のタップでネジを切り、M2×15㎜のビスで固定します。
  4. BNCプラグの中心ピンとアルミパイプは1㎜のスズメッキ線で結びます。
  5. BNCプラグとグラスファイバーパイプは、2液性接着剤で接着しておくと強度が増してFBです。

　

◆マッチング回路の必要性(2022/7/22)
アンテナチューナーは様々なインピーダンスのアンテナと整合を取るためバリコンは2個必要ですが、インピーダンスが50Ωより高いか低いかで数を減らすことが出来ます。マッチング回路が必要かどうかは実験で確かめようと思います。

調整編

◆コイルの巻き数を調整(2022/7/22)

  1. 7H3機にSWR計と短縮アンテナを取り付け、またグランド端子には10mのアース線をつなぎました。
  2. 0.4mmウレタン線を62回巻いてから、ロッドアンテナを縮めるとSWRが下がる傾向にあるため、コイルの巻き数を減らした結果、60回巻きで7.06MHzにてSWRが最小値になりました。
  3. 0.5回巻き数を減らすと同調点は約70kHz上がります。
  4. ロッドアンテナを10mm縮めると30kHzほど同調点を上側へずらす事ができるため、7.2MHzまではカバー出来そうです。
  5. 調整が終わればコイル部分には熱収縮チューブを被せ、ライターの炎で加熱して収縮させ、コイルを固定し保護します。
  6. 下部エレメントを送信機につないだ状態でSWRは1.05まで落ちたため、マッチング回路は省略しました。
  7. なおアース線を外すと受信感度は落ち、SWR最低点は下側へ移動します。

　図2


（青色）ロッドアンテナを一杯伸ばして測定、（オレンジ色）10mm縮めて測定、（グレー）20㎜縮めて測定

　３つに分解


7H3機に取り付けた短縮アンテナ（全長1460mm）

◆電波の輻射(2022/7/22)
短縮アンテナを垂直に立て、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赤線で示しました。上部エレメントと短縮コイルからは電波が出ていますが、下部エレメントからはほとんど電波が出ていません。

◆製作を終えて(2022/7/22)
アンテナ関係の製作記事を読んでいると、ローディングコイルについては「何㎜の線を、何㎜のパイプに、何回巻き」と書いてあるだけで、ページ数の関係もあるのでしょうが、なぜその数値に至ったのかが判らず、周波数など条件を変えた時に応用が利きませんでした。

しかし今回はアンテナハンドブックの片隅に書いてあった計算式を参考に、センターローディングアンテナというものを始めて作ったところ、SWR最低点におけるコイルの巻き数が計算値に一致、ただし実測値は計算値の94％という結果になりました。木造家屋の室内という測定環境やアース線の影響などもあるでしょうが、計算で近似値が出ることに今後への期待が膨らみました。

それにしても何十年も前に買った本の一部に書いてあった記事を、興味がわかないままに読み飛ばしていましたが、必要性を感じ読み返して短縮コイルの設計方法を知ることが出来ました。色んなアプリがあって、データを入力すれば答えは一瞬で出てくる世の中ですが、なぜそんな数値が出てくるのかの背景を知っておくことは必要なことと思います。

さて、この短縮アンテナの性能は、フルサイズのダイポールには遠く及びませんが、まあまあ受信できるため条件の良い場所で運用してみたくなりました。またコイルを替えれば21MHzなど他の周波数にも応用できるため、それも作ってみたくなりました。

＜完了＞

参考文献　（＊印）

  1. 週刊BEACON　エレクトロニクス工作室　NO.38　冨川寿夫著
  2. アンテナハンドブック　　CQ出版社