試しに３回巻きではどうなるか実験。
共振周波数でRが大きくて下がらない。
jXが±0にならない。かなり+の高いところにある。
Rを下げ、jXも±0にする方法があったかなぁ····。
同軸の入力端子にLとCで共振回路を作っても同軸から先の
SRA本体がずれていれば電力の放射効率は悪くなるだろうし。
やっぱり２回巻きが丁度いいのかな。でもその前に
もう少し３回巻きで実験してみよう。
今回は、同軸を使った静電シールドでマッチングを取ったスーパーラドアンテナの作り方をアップします。自分自身の実験結果の備忘とします。
静電シールドの作り方は、下の図のとおり。
次に、本体の構成はシリンダと共振コイル、それと静電シールドになります。
上記のように組み立てて、再度目的周波数に合わせるため、共振コイル下端を解いたり継ぎ足したりして調整する。（この調整が一番のキモになる）
調整ツールとしては、ＲとImp、SWRを測定できるのがあると便利。AA-54とかMFJ-259B程度の測定器。
実際に組み立てた写真です。
静電シールドに使った同軸は1.5Dタイプを使っています。
最初は共振コイルの下端をフリーにしていたが、50Wを入れたら共振コイルの至る所から放電し、下端からの放電がキレイだった。とんでもない事象だけどね(^_^;)。
対策として、下端を静電シールドの芯線に接続したら放電しなくなった。
試しに網線側に接続したところ、共振周波数に若干の変化があったが放射出力は、芯線に接続した時と変わらなかった。
以上の構成で、外に揚げるが、雨や雪対策としてカバーは必須。
当局の場合はいつも1.5Lのペットボトルの底を輪切りして、２本を組み合わせている。メーカーによって微妙に直径が違うのを見つけて組んでいる。
同じメーカーだと差し込むのはちょっときつい。
あと、外に揚げると共振周波数の変化があるので、再々調整が必要になります。基本的にアンテナ側にはアースを取りません。
その他には、スーパーラドアンテナ本体から約３mくらい下のところにCMC(コモンモードチョーク)を挿入して、若干の下ってきたコモンモード電力をカットします。
前回の投稿でアンテナから3mくらい下にボックスがあるのが見えます。それがCMCボックスです。
その後はリグにつなぐのですが、当局の場合はリグのすぐ近くにもCMCを挿入しています。
7MHz用スーパーラドアンテナ本体の大きさは長さ20cm、直径6cmくらいかな。防水は1.5Lのファンタ空きペットボトルを二個使ってカバーにしている。写真の先っぽにくっ付いているのがスーパーラドアンテナです。
垂直アンテナみたいになっているが、スーパーラドアンテナはこれで水平偏波が出ている。
ポールは4mの単管を組み合わせていて、先端には塩ビ管を繋ぎ高さは約6.5m位。スーパーラドアンテナは釣竿の先っぽに取り付けてポールの滑車で上げ下げしているので高さを6.5～8m変化出来る。。
最初は8m程度の高さにしていたが、下げた方が感度が上がったのでそこで固定した。滑車で吊り上げているので、多少の移動は容易になっている。
静電結合同軸のTX側の芯線には17～8回巻いたコイルを挿入してRの調整をするのだが、空中配線は見栄えが良くないし、ぶらぶら動いてしまうのでショートの危険がある。
そこで、アクリル板にまとめてみたが、jXもRも表示にならなず全くダメになった。
最初AA54が壊れたと思ったがMFJ259Bでも表示にならない。なぜなのか訳が分からず作業中断。じっくり考えるとアクリル板にまとめてから変になったな。という事は、高周波の絶縁が良くないのか·····。
そこでジュラコンに取り替えたら正常に戻った。
へぇ～、アクリル板って高周波の絶縁には不向きだったんだ。
塩ビは使えるのに、アクリル板はダメだと初めて分かった。
今後の勉強になったな。
放電を抑えられた。共振コイルの下端と静電結合同軸を接続したら放電は全く起こらず。しかもSWRの悪化もない。
短時間50W送信で、蛍光管が眩しく光っている。自立させた蛍光管を本体からこのくらい離してもいきなり光るってことは、送信パワーの本体への誘導効率が良いという事だろうな。
フェライト巻きのオートトランスマッチングでも、手持ちした蛍光管の片方の端をもっと近づけて、光ってから少しずつ離して行けばこのくらいの距離でも光ってはいたが·····。
同じ環境下での実験受信信号比較では、フェライトオートトランスマッチングでは、Sメーターで50dBが最高だったが、静電結合では60dBを指している。その差は10dBだが、されど10dB。Sメーターがフルスケールになったのは初めてだ。
ちなみに、共振コイルの下端と静電結合同軸の接続は、最初は同軸芯線と接続してみた。AA54アナライザーの測定出力とSRA本体の側に置いた電界強度計を使ってメーターの数値を読んだ。良い感じに振っている。
次に、同軸網線と接続してみた。共振周波数が数十khz下がる事とRが多少小さくなる。これらを修正してやれば、同軸芯線に接続した場合とほとんど変わらない事が分かった。
結局どっちでもいいみたい。案ずるより産むが易しでした。
放電を抑えるには、SRA本体の共振コイルの線間を開けるか、耐電圧の高い被覆線を使うしかないと思う。静電シールド側の共振コイル線端を厚い被覆で覆うとか。
もし、それでも静電シールドの同軸から放電が続くようなら、一旦保留して空芯オートトランスマッチで試そうと思う。1：2とか1：3とか固定比率の伝送線路トランスとは違うが、マッチングに関しては容易にとれる。
今までのSRAはオートトランスでマッチングを取っても不具合が無かったので、フェライトによるパワーロスを改善するためフェライトは使わず、空芯コイルで試そうと思う。
空芯コイルのImp、抵抗比の一覧表
【追加：11/13 本体共振コイルと静電結合の接線は・・・】
放電防止のアドバイスをいただいたが、共振コイルの下端と静電結合同軸の
①と②のどちらに繋げばいいんだろう？？
ん・・・・。①の網線？ それとも②の芯線？
結果：アドバイスをいただいたＳＲＡ友から、②の芯線に接続すると良いとの事。
早速、週末に実験してみる事とする。
今までずっと、トロイダルコイルによるオートトランス式マッチングを採用してきたが、５０W出力で本体の共振コイルが放電するような事は無かった。
それが、諸事情と、1.5D同軸が少量だが入手できたので静電結合式マッチングにしたところ、共振コイルの下部からやたら放電している。共振コイルの下端から２ｃｍくらいの球体で線香花火のように放電しているし、共振コイル下部から２～３回巻のところと静電結合コイルの間にランダムにバリバリ放電し、火が出てしまう。
フェライコアのオートトランス式よりずっと高効率な電磁誘導なのだと思う。
いままで、簡単にマッチングが取れることからトロイダルコア利用のオートトランス式のマッチングが良いと思っていたのに、本体に供給する出力がフェライトコアでかなりロスしていたことになるな。ガッカリ。
でも、空芯式のオートトランスだったらロスは少ないと思うが・・・。それに、共振コイルに直接結線されているので放電は抑えられるのではないか・・・。
静電シールドマッチングテストで分かったことを備忘のため残す。
（上記の点線はｊX、実線はＲ）
★静電シールドコイルは、共振コイルにピッタリつけた時の共振周波数と比べて、共振コイルとの隙間を少しでも開けると、想定以上に共振周波数は上がる。（開けすぎると誘導効率は下がるので良い事ではない）
この方式も放電現象を抑えられれば、挿入したコイルで比較的容易にマッチングが取れる。
今まではオートトランス（伝送線路的トランス）でマッチングを取ってきたが、マッチング自体はとてもよく取れていた。
しかし、微妙なインピーダンスに合わせるため、オートトランスの（伝送線路的トランス）のバランスはとれていなかった。（一次5回巻、二次１２～３回巻→約1：2.4～2.6・・・１：5.76～6.76・・・50Ω：288Ω～338Ω）
アンバランスだと諸々の不具合が起きるらしい。（まだ実体験はしていないけど）一番問題だと思ったのは、SRAの共振周波数がオートトランス（伝送線路的トランス）のコイルの巻き数まで含められていたこと。
これはとりもなおさず、SRA本体の共振周波数は高めにしておかないといけないという事。
（例えば７MHｚの電波を発射する場合、本体は8MHz、オートトランスで１MHｚ分巻いてマッチングを取っていたという事になる）
これでは、効率が悪い。
という事で、バランスの取れた電力損失のない純伝送線路トランスでインピーダンス変換を行った方が良いだろうと、2段（１：４）～９段まで、いろんな組み合わせを考察してみた。
上表で見ると、7段組の9：49→50：272.2Ωが一番近い。
SRA友の会のOMが実験した結果では、これでｊX＝0、R=45 SWRが最低になったとの事。
作り方によって多少のインピーダンス変動があるので、これも有りだと思う。
以上を踏まえて今回の計画は、ＳＲＡ本体の共振周波数は目的周波数まで巻き、リンクコイル方式を採用してみようと思う。
純伝送線路トランスを7段も組むのは大変なのと、実験目的で３段の１：３（1：9）・・・50：450を使い、リンクコイルを多巻にしてインピーダンスを増大させ、450Ωでマッチングがとれる巻き数を探してみようと思う。
そうすると共振周波数が下がると思うので、SRA共振コイル（メインコイル）の巻き数を解き、リンクコイルと合わせた巻き数で目的周波数にしようかと目論んでいる。
さて、うまくいくかなぁ・・・・。
【追加】
オートトランス(伝送線路的トランス)でマッチングを取ったSRAをオートトランスを外してSRA単体で共振周波数を測定したら、8MHzどころか、9MHzに近い共振周波数でした。つまり、オートトランスの二次巻き数で1～2MHz近い周波数を担っていたと思われる。
とすれば、7MHzの周波数を発射したら、SRA単体の効率はかなり悪化して、オートトランスのロスが相当あるのではと思う。オートトランスからは電波を有効放射していないと思うし。
つまり、展開した回路図は同じでもバイファイラー巻きやトリファイラー巻きの伝送線路的トランスと、一本の線を途中でタップを出して巻ききったオートトランスとは性能がまるで違うようだ。
SRA本体とマッチングコイルと少し離して挿入したCMC迄のブロックで目的周波数の共振を取っていた時点で気がつくべきだったが、面白いように簡単にマッチングが取れるもので、たかを括っていた。
今回の純伝送線路トランスでの実験計画の前段で、こりゃ無視出来ないなぁと····。
とすれば、7MHzの周波数を発射したら、SRA単体の効率はかなり悪化して、オートトランスのロスが相当あるのではと思う。オートトランスからは電波を有効放射していないと思うし。
つまり、展開した回路図は同じでもバイファイラー巻きやトリファイラー巻きの伝送線路的トランスと、一本の線を途中でタップを出して巻ききったオートトランスとは性能がまるで違うようだ。
SRA本体とマッチングコイルと少し離して挿入したCMC迄のブロックで目的周波数の共振を取っていた時点で気がつくべきだったが、面白いように簡単にマッチングが取れるもので、たかを括っていた。
今回の純伝送線路トランスでの実験計画の前段で、こりゃ無視出来ないなぁと····。
回路図的には、伝送線路的トランスを崩していけば、オートトランスと同じになるの
だけれど、動作的にどっか違うのかなぁ？
工作的には、フェライトコアFT114-43にバイファイラ巻きして作るか、一本の線を
グルグル巻いて途中からタップを出す違いがあるけど、そのせいで高周波的に伝送
線路的動作をしないのか、う～ん、分からない。
実際には、バイファイラで巻いても、一本線で巻いても、とてもよくマッチングは
とれているんですが・・・・・。
どなたか、ご存じの方がいらしたら教えてください。
【追加】
レスポンスがないので、気づいた事を・・・・。
オートトランスと伝送路トランスとの違いは、
①オートトランスは、一本の線を巻いていき、途中でタップを出して、更に巻き続けて巻き切ってしまう。そうすると一次側とする巻き線の倍、倍でない微妙な巻き数でマッチングが取れる。バランスはとれていない。
伝送路トランスは、バイファイラー、トリファイラーで巻くので、一次側巻き数の倍、倍になる。（つまりＮ^2のインピーダンス変換となるので、マッチングが取れない場合が多い）
②オートトランスの巻き数は、共振周波数の一部になるので、ＳＲＡ本体は目的周波数より高い共振周波数となる。
伝送路トランスは、巻き数による電力損失はなく、ＳＲＡ本体の共振周波数にほぼ影響を与えない。
ネット情報に翻弄された感じ。
どちらでもOKという情報だったけど、自分の場合どちらでもOKじゃなかった。
これで、SRA友のやっている実験をマネることが出来ると思う。
しかし、ちょっとした結線違いで、まったく違う動作になるなんて。
見た目は同じなのにシールド効果の網線をどちら側からスタート
させるかの微妙な違い。
もしかしたら、熟練者が作ればどちらでも同じになるのかかなぁ・・・。
疲れるなぁ、高周波の世界！￢(*´▽｀*)y-.。o○
１８ＭＨｚの作り置きと取り替えてみた。（実際は17Mhz だが若干の手直しで済む）
結果は多少改善した。
先ずは電界計の数値は上昇している。
この時のR・ｊX・SWR Ｒが大きいのでSWRは若干悪いが、取り合えずなので
Impは、
SWRは
もう少し精緻に作ればもう少しは改善するかも知れない。
だけれども、前記事の７MHzのような電界の強さになってくれないとなぁ・・・・。
もう少しマッチング回路を改良しなくちゃならないようだ。
結論から書くと、片寄りがある。７はまあまだが、18は不満足。
測定値だけは良いが、電界計でみると18の電界計は７の半分だ。これじゃなんとか受信はするだろうけど、思ったほど飛ばない気がする。
左が18、右が7 （背景がごちゃごちゃなのはご容赦）
７の測定値 ＲとｊX
ＳＷＲ
１８のＲとｊXは
ＳＷＲは
電界計で７では
１８では
１８のＳＲＡは作りが荒いがこれほど差が出ると、作り直せば良い結果が出るのか怪しい。
でも作り直すしかないかな・・・・。
いくらSRA本体の共振コイルを調節して共振周波数を合わせても、給電のための同軸を繋ぐと共振周波数がずれる。
これは同軸からの輻射は少ないものの、どうしても共振電流の一部が同軸に流れるためで、対策としてマッチングコイルの後に少し距離を置いてCMC1を挿入し、ここで共振電流をカットしている。
ということは、アンテナの先っぽからリグ迄みると、SRAシステムの共振周波数はCMC1までが対象になるが、SRAシステム部分で共振を合わせているので、本体のみの単体の共振周波数は、CMC1迄の同軸長の影響で目的周波数より多分に高くなっている。
SRA本体とマッチングコイルのみでリグに繋ぐ場合は、SRA本体の共振周波数と目的周波数はほぼ合致するので、インピーダンス整合だけで事足りる。但しリグもアンテナを構成してしまうので、感電の危険性は大だ。(数十Wでチリチリビリビリした経験あり、リグが破損しないか焦った)
実際は、長い同軸を使って給電するのでCMC1を入れない場合、本体からリグまでの同軸長を含めた全体で同調させる事になり、SRA本体の性能が悪化するばかりでなく、同軸を振り回したり同軸の設置ルートを変えると測定値がころころ変わって不具合なアンテナになってしまう。
なので、SRA本体からある程度離してCMC1を挿入し、この構成は調整時も掲揚時も同じ物を使用して安定化を図る事となる。
CMC1を入れる距離がSRA本体から遠いほど同軸長の影響でSRA本体の共振周波数が目的周波数からずれる事になり、輻射のメインであるSRA本体の性能が悪化するから、距離は短いほうが良いのだが、本体直下とか短すぎるとなぜか受信感度が落ちて聞こえにくくなるので、輻射効率も悪化すると思われる。
今のところCMC1の挿入位置の丁度いい妥協点がマッチング部分から1/10波長くらい離れた所かな。（1.5/20波長だと受信感度がわずだが落ちる為）
いろいろ試してみないと分らない事だらけだ。
デュアルバンドではこの巻き数がＲ、ｊXで最良だった。傍らにある受信機の受信強度もまずまず。
でも不思議だ・・・・。シングルバンドのトランスマッチと違ってこんなに巻き数が変化するなんて。
特に18MHzは本当にこれでいいのか・・・・。
１次巻→50Ω同軸で給電。
これだと、7MHzのインピーダンスは200Ω。R=50数Ω、ｊX=0。
18MHzのインピーダンスは（巻き数比5：6＝1：1.2）72Ωになってしまう。これでR=約40数Ω、ｊX＝0。
今回の実験は、同じような実験を2019年8月1日にもおこなっている。進歩がないな。
https://blog.goo.ne.jp/ja7hlj/e/8e42d639fdfd8c655014dc802a6c7ab8
今日の実験。
スパイダーコイル式平面SRAを本体としてマッチングの実験をした。
・アミドンT-68黒では、巻き数がグルット巻いても足りず、７ＭＨｚのマッチングは無理。
・空芯トランスマッチは、外径48ｍｍのUV塩ビ管に一次7回巻き、二次22回巻きでマッチングが取れた。
SWR1.5ｔ⇔1.5の帯域は30KHｚ・・・狭い。
・試しにFT114-61のトランスマッチでは、43材並みにマッチングがとれる。
SWR1.5ｔ⇔1.5の帯域は40KHｚ・・・まだ狭い。
帯域が狭いという事は、コイルのQが高いからだろうから、この帯域での送受は優れていると思う。
時々、やけに広い帯域のSRAが出来るが、このSRAのQは低いだろうから性能はそれなりになると思う。。。
そもそも、SRAはコイルと放射板の塊なのだから、コイルの特性に左右されると推測している。
帯域が狭いと性能は良いだろうが、バンド内をカバーできないので扱い辛い。
逆に広いのはバンド内をほぼカバーできても性能はそれなりだろう。
どっちがいいのかは、使う側次第だ。
放射板の面積については、シリンダ式程シビアじゃないみたいだ。シリンダ式の許容範囲の最大面積以上で大きすぎると、かえって放射強度が下がる傾向だ。
不思議なもんだなぁ・・・。許容範囲より若干小さいほうが放射強度が強くなる。（小さすぎるのはダメだが）
放射強度が大きくなる放射板の大小の範囲が分かると良いのだが。
その他にもコイルの巻き方や、放射板との重畳、マッチング方式の種類も関係ある。
(2018/2月の日記)
スパイダーコイル式平面SRAを本体としてマッチングの実験をした。
・アミドンT-68黒では、巻き数がグルット巻いても足りず、７ＭＨｚのマッチングは無理。
・空芯トランスマッチは、外径48ｍｍのUV塩ビ管に一次7回巻き、二次22回巻きでマッチングが取れた。
SWR1.5ｔ⇔1.5の帯域は30KHｚ・・・狭い。
・試しにFT114-61のトランスマッチでは、43材並みにマッチングがとれる。
SWR1.5ｔ⇔1.5の帯域は40KHｚ・・・まだ狭い。
帯域が狭いという事は、コイルのQが高いからだろうから、この帯域での送受は優れていると思う。
時々、やけに広い帯域のSRAが出来るが、このSRAのQは低いだろうから性能はそれなりになると思う。。。
そもそも、SRAはコイルと放射板の塊なのだから、コイルの特性に左右されると推測している。
帯域が狭いと性能は良いだろうが、バンド内をカバーできないので扱い辛い。
逆に広いのはバンド内をほぼカバーできても性能はそれなりだろう。
どっちがいいのかは、使う側次第だ。
放射板の面積については、シリンダ式程シビアじゃないみたいだ。シリンダ式の許容範囲の最大面積以上で大きすぎると、かえって放射強度が下がる傾向だ。
不思議なもんだなぁ・・・。許容範囲より若干小さいほうが放射強度が強くなる。（小さすぎるのはダメだが）
放射強度が大きくなる放射板の大小の範囲が分かると良いのだが。
その他にもコイルの巻き方や、放射板との重畳、マッチング方式の種類も関係ある。
(2018/2月の日記)