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大人の自由研究(実技編)

2020-08-21 05:19:42 | 日記

コロナの影響で、
雨ごい祭りも中止だからか、
先月の末から降雨が全く無い。
このままでは水不足が心配だ。
明日の天気予報「雨」に期待したい。

さて前回のブログ、
あれから「何か間違ってる」と思っていたが、
それが今朝3時目覚めた時に1箇所気が付いた。
前回の
「コイルL1とコンデンサーC1を取り除いて、
抵抗R1の値を10Ω、25Ω、100Ω、250Ωにすると、
青色、水色、黄緑色、緑色の等抵抗円を表示」は、
後の
「抵抗R1の値を50Ωにすると外周円の中心」
と、話の内容が矛盾してる↓↓
  は抵抗だけの時⇒ の様になるのが正解!!

↑↑右グラフの様に直径上に点が並ぶ事になる、
これはPCが表示した画面なので間違いない・・・。
(もっとも私の設定が間違ってたら、これも怪しいけど)

ただ、今ひとつ分かった事。

件の円グラフ、
家電で例えるならテレビ、掃除機とかが
壊れてショートして煙が出て上手く動かなくなる。
これが水平直径線の左端で短絡の状態(上右グラフ紫色の点)
でもこういう時は煙が出る前に、
コンセントのブレーカーが落ちて電気は流れないので、
同じブレーカーの他の家電も止まってしまう。
これが水平直径線の右端で断線の状態(上右グラフ黄色の点)

家電が壊れショートしてブレーカーが落ちて電気が切れるまでは、
連続した現象なので左端と右端が一番調子の良い「1」を中心に、
円で繋がっているのだろうか???
件の円グラフ、中心が一番良く左右どちらへ行っても悪いのは
そんなところなんだろう???

NanoVNAは使う前に「OPEN、LOAD、SHORT」の較正が必要だが、
これは件の右端(断線)、中心、左端(短絡)の点を決定すると、
後はどの様な測定値になってもNanoVNAがガチャガチャ計算して、
円内の何所かに結果を表示する仕組みになっているのだと思う??

怪し話を何時まで続けても埒が明かないから、
直ぐにでも途中放棄状態の実地練習に進みたい。
しかしこのまま間違った事をしてもいけないので、
もう一度、NanoVNAユーザーガイドを良く読んでみる。

『NanoVNA に関する非公式なユーザーガイド』
https://cho45.github.io/NanoVNA-manual/には、
アンテナの調整方法の記述がある。
これを見ながら目標145MHzにアンテナを調整してみた↓↓

↑↑写真、プラスチックケースの左右に銀色のアンテナ棒が付いている。
このアンテナ棒は、
伸び縮みして長さ調整出来るロッドアンテナと呼ばれるもので、
昭和家電(ラジカセ、トランジスターラジオ、ポータブルTV等)や、
昭和のカーラジオ用アンテナはこのロッドアンテナを使っていた。
写真、左右のアンテナ棒は、
プラスチックケースの上側よりNanoVNA付属電線でNanoVNAと繋がっている。

ユーザーガイドによると、
(*ユーザーガイドをそのままコピペもその筋なので適当に要約、
色付き文字の箇所は私が勝手に付け足したコメント*)

アンテナの調整において重要なのは、
1・アンテナが同調=共振状態
  (目的の電波とアンテナが共鳴している)にあるか
  (リアクタンスが目標周波数で 0 に近いか)
「目標点が限りなく件の円グラフ(スミスチャート)の、
水平直径線付近に表示されるという事だろうか」
2・アンテナの SWR が低いか 
  (マッチングがとれているか)
「目標点が限りなくスミスチャートの中心近くという事か」

NanoVNAをアンテナ調整器として使う時は、
0・較正後、CH0にアンテナを繋ぐ。
1・目標周波数をCENTER に設定し、SPAN を適切に設定。
2・リアクタンスが 0 に近い周波数が、
  同調点なので目標周波数が同調点がくる様にアンテナを調整。
3・同調点=目標周波数で、SWRが1に近いかを確認。
  2 以下のSWRを示していない場合、
  スミスチャートを使ってマッチングを行う。
「目標点をスミスチャートの中心に近付ける」

ところで今更だが、
前々回より私が連呼してる「アンテナの調整」。
スミスチャートを見ながら「コンデンサーやコイルの値を増減」
と言っても、
今回の様なシンプルなアンテナは、
     実際のコンデンサーやコイルがぶら下がっていない。
今回の様なアンテナは普通、アンテナの長さを調整して、
同調点を目標周波数に近付ける。
ここで、
「アンテナの長さを長くする事は、
それだけその場を占める面積を増やすので、
コイル、コンデンサーの量(値)を増やす事、
アンテナの長さを短くする事は、
それだけその場を占める面積を減らすので、
コイル、コンデンサーの量(値)を減らす事」
と考えた。

さて、左右のアンテナ棒を伸縮させ
何度か調整を繰り返したNanoVNAで実測の結果は↓↓


↑↑画像の左下SWRのグラフが、
145MHz(赤い点)で最小値1.08を示しているので十分、
アンテナとして使用出来る。
前々回掲載写真の様な道具は、このSWRを測るだけなので、
私の今までのアンテナ調整作業は、これで終わりだった。
しかし左上のスミスチャートを見ると145MHz(赤い点)は、
円の中心より左上側にずれている。
そして円の中心に、より近くて、
アンテナにコンデンサー(成分)も、コイル(成分)も無い、
リアクタンスが0に近い青い点は、
144.6MHzと目標の145MHzより低い事がわかる。
ということは、
「145MHzより低い周波数のアンテナ」なので、
アンテナの長さを短く再調整した結果↓↓

↑↑145MHz(赤い点)がスミスチャートのほぼ中心!
SWRは145MHzで、1.01、
アマチュア無線用の144MHz(緑の点)から、
146MHz(青の点)まで、1.2以下という好成績!
但し実用的性能は再調整前と殆ど変わらないと思う。
しかし、SWRだけの測定では偶然でもない限り、
ここまで追い込むのは難しそうだ。

尚、今回の様に左右にアンテナ棒があるタイプは、
(TV地上波アンテナなどの原型)
普通、左右のアンテナ長は均等なので、
最初の頃は、左右同じ長さだけ伸び縮みさせたが、
SWRの最良点での長さは片側474mm、片側483mmと、
左右の長さが9mm違う結果になった。

ところで上二つのスミスチャート、
前回画像の「仮想アンテナ」の様に、
等抵抗円に沿うきれいな円弧になってない。

「前のはバーチャルな理想のアンテナで、
今回二つは、
実際のアンテナだから色々な周囲の影響とか」
と言い訳も出来るが、
他にも何かまた間違いや勘違いも多いだろうし、
前々回一番最初、
50MHzのアンテナにも再チャレンジしたいので、
ちょっと一休みすることにする。