軽くて使いやすいカーボン竿を使ったアンテナ。カウンターポイズの長さによって特性がいろいろ変わることもわかってきた。
頂上でワイヤーの長さを調整するのも試してみたが、どうしても繰り返し調整しなければいけないので、あまりスマートにはいかない。そこで、山に登る前にあらかじめ、できるだけSWRが下がるように各バンド用に調整したカウンターポイズを用意した。
21MHzバンド用 長さ：3.8m
14と21MHz用 長さ：3m12cm
28MHz用 長さ： 2m2cm
いずれのバンドもSWRは十分に下がり切っていないので、アンテナチューナーを併用してマッチングをとっている。
どんなもんだろう。
軽くて使いやすいカーボン竿を使ったアンテナ。カウンターポイズの長さによって特性がいろいろ変わることもわかってきた。
頂上でワイヤーの長さを調整するのも試してみたが、どうしても繰り返し調整しなければいけないので、あまりスマートにはいかない。そこで、山に登る前にあらかじめ、できるだけSWRが下がるように各バンド用に調整したカウンターポイズを用意した。
21MHzバンド用 長さ：3.8m
14MHz用 長さ：3m12cm
28MHz用 長さ： 2m2cm
いずれのバンドもSWRは十分に下がり切っていないので、アンテナチューナーを併用してマッチングをとっている。
7MHzはエレメントの長さが足りないので、ローディングコイルを入れてやると塩梅よさそう。
どんなもんだろう。
７メートルのカーボンロッドに3.2mのカウンターポイズを繋げて14と21MHz て使おうとしている。今日は、カウンターポイズを地面においたときと中空に浮かせたときの様子を確認した。
１４のときは、カーボンとカウンターポイズの間にアナライザを入れて共振点を観察。地面においたときと比べてカウンターポイズを浮かせると2MHzくらい共振点が高くなり、設置の仕方が特性に大きく影響することがわかった。
ところが21MHz では様子が異なった。今回は、カーボンとカウンターポイズを繋げて、カウンターポイズの端にアナライザを接続した。（中央にアナライザを入れると共振がうまく観測されない）この場合、カウンターポイズの位置を変えても共振周波数は余り変化しなかった。
この動作の差異は、ワイヤーエレメントが、放射エレメントの一部なのかカウンターポイズとしてアースの一部になっているかということなのではないかと思う。その差が共振点の変化になって現れたのは興味深い。
実際、現場でも21MHz は比較的安定に動作するが、14はなんかまだ上手く行かない。これは、今回の結果のようにワイヤーエレメントの設置状況によりアンテナ性能が影響を受けることによるのではないかと思っている。次回の山行では、アンテナを展開した状態で共振周波数を確認してからチューナーを接続してみようと思う。
前回の仏果山のアクティベーションでは２１でWからパイルといっていいくらいに呼ばれ、７では国内からやはりプチパイル状態で呼ばれて、とても調子が良かった。せっかくなので現状のアンテナの構成をメモしておく。
前の記事で議論したように１４や２１でもコイルをうまく使えないかとやってみたがあまりうまく動作せず、結局これらのバンドにはカウンターポイズの線だけをつなげて動作させている。いずれも長さは３．２１ｍ。
ポールの長さがおよそ7mなので２１ではポールのみでほぼ半波長の共振状態になっていると思われる。また１４ではカウンターポイズを入れた全体の長さがほぼ半波長になっていると考えられる。７ではカーボンポール＋コイルで025波長になっていて、所謂バーチカルアンテナの構成として動作しているようである。コイルがないとちょっとエレメント長が足りない感じ。
カーボンロッドの電気的な長さがちょっとはっきりしないのと、カウンターポイズの線も場合によっては電波を輻射しているので厳密な意味のでカウンターポイズなのかエレメントの一部なのかがはっきりしないため、厳密な意味でのエレメント長さが確定できず現場合わせとなっている。
２１と７については十分満足できる性能が得られたが、１４はコンディションなのかアンテナの性能なのかはっきりしないもののやや反応が鈍い感じもある。図の分析からは１４では地面に這わせた電線からも電波が輻射されているはずなので、この電線をもう少し高い位置にもっていってやった方が良い気もする。次回是非トライしてみたいと思う。
２１においてもカーボンだけで共振しているとすると、インピーダンスが非常に高くなってZM2(マニュアルチューナー）ではチューニングできなさそうであるが、実際には問題なくチューニングできている。これもカウンターポイズが幾分アンテナの一部として働いているせいではないかと思うがどうだろうか。
これまでカーボンアンテナをいろいろいじってきたが、今のところこれがベストの構成になっている。１４をもうちょっとどうにかできればちょうど良いのだけれど、SOTA用のアンテナとしては軽量で展開も容易な良いアンテナシステムに仕上がってきた感じがする。
いろいろアナライザーで分析したりしているが、最後は現場合わせ。でもこういう結果オーライを今年は大切にしたいと思っている。まずは電波がちゃんと飛んで交信いっぱいできることからスタート、当たり前だけどね。
前のコンテンツで、７ｍのカーボンロッドにローディングコイルをつけることで１０，７ＭＨｚで1/4波長のバーチカルアンテナとして動作することを確認した。ロッド裸の1/4共振周波数が１３ＭＨｚくらいなので、そのままだと並列共振点は14MHzより高いかもしれない。もしかするとわずかなコイルを付加すれば１４ＭＨｚで並列共振するのではと思い実験してみた。
結果、３ターン位のコイルでちょうど１４ＭＨｚで共振した。ＥＦ用の共振型のマッチング回路をつなげればこれで１４ＭＨｚもうまくいくはず。ただ、２１ＭＨｚはいくらインダクタンスを足してもうまく共振しない。課題は残った。
いろいろカーボンロッドアンテナをいじってきたが、今一つよく理解できずにいた。これまではカーボンロッドにエレメントを追加して半波長のアンテナを考えていた。半波長のアンテナならアースのことを考えなくていいので、取り扱いも簡単ではないかと思ったのだ。アンテナの調整は2階のベランダで行ったのだが、それは実際の山行での状況とは異なることから地面にアンテナを立て、地面にカウンターポイズを設置した所謂1/4波長バーチカルアンテナにしてみたところ、いい感じのデータが得られた。結局はカーボンに何か魔法があるということではなく、単純な導電エレメントであることが改めて理解された格好。もう少し詰めればSOTA用のマルチバンドバーチカルが完成できるかな。
7mのカーボンロッド(正確には先端から給電点まで６．９ｍ）の上から3本を抜いて長さを５．４ｍとした。カウンターポイズは３．８３ｍを地面に転がしてリアクタンスをを測定した。
ほぼ１４MHｚでリアクタンスがゼロになって共振している。もちろん、バーチカルアンテナはカウンターポイズの長さや本数によって大きく影響を受けるのでそれほど厳密な話はできないけど、概ね１４ＭＨｚの1/4波長と一致している。ちなみにカウンターポイズが短くなると、リアクタンスがマイナス側(容量側）に振れる傾向がある。山での運用も考えてカウンターポイズは一本にした。
抜いた三本のエレメントを元に戻して(全長６．９ｍ）もう一回共振する周波数を確認すると１３ＭＨｚくらいになった。
およそ７ｍのカーボンロッドは素のままでは２１や１４ＭＨｚでは長すぎて1/4波長の共振はしないことが確認された。逆に13MHz以下の１０，７MHｚ帯では、コイルを入れてやれば共振させることができる。例えばローディングコイルをいれて７ＭＨｚに共振させたときのリアクタンス特性がこれ。
７ＭＨｚにチューニングした時のコイルのタップ。
その時のＳＷＲ。共振はしているけど抵抗分が５０ΩになっていないのでＳＷＲは2程度にとどまっている。カウンターポイズの工夫をすればもう少し下げることもできるかもしれないけど、再現性もないのであまり深入りはしない。ここはチューナー使ってやることにすればいいと思う。
１０，７MHｚではローディングコイルを入れてアンテナを共振させることができたが、１４，２１ではエレメントが長すぎて共振させることができない。しかし、実際に運用してみるとチューナーを入れるだけで１４も２１も結構問題なく動作してＤＸとの交信もできている。ロッドを減らしてやれば共振周波数を調節できるけど、現場的には面倒くさい。今回は先の方のエレメントを抜いて共振周波数を高くしたが、太い方のエレメントを抜いて調整してみたいと思う。アンテナの長さが短くなるので地上高は低くなるのでどっちがいいか確認してみたい。
ここしばらくの検討で、チューナーをつけていてもエレメントの長さをきちんと共振させた方がいいということが分かった。今回はカーボンロッドに延長エレメントを追加することによって最も感度が高くなるポイントを探してみることにする。
１０ｍのカーボンロッドに延長エレメントを追加、その時のＲＢＮの強度をプロットしたのがこの図。
周波数は２１ＭＨｚ、EFHW用のチューナーを使ってマッチングをとっている。１，２ｍ程度の線をつなげたときには２０dB付近の信号だったのが、4mくらいにするとガクンと１０dB近くアップした。さらに長くするとまた小さくなる。
チューナーを外して共振周波数をみると１．７ｍくらいで共振しているように見えるので、そのあたりで感度も最大になるかと思ったが、結果は４ｍくらいで感度が高くなる。なんでこんな長さで良く電波が飛ぶのかはちょっとよくわからないけど、かなり効果がありそうなのでぜひ山にもっていってやってみたいと思う。とにかく延長線の長さでパフォーマンスにだいぶ差が出ることがわかった。
手書きで汚いんだけど、並列の共振回路(アンテナ）に静電容量がつながったときの特性をポンチ絵にしてみた。
もともとはきれいなS字の共振特性が、コンデンサーC2が直列につながることによって、両者の足し算によって左側に傾いたような特性になるはず。確かにカーボンアンテナ（ロッドアンテナでも）のリアクタンス特性は左側に下がったような特性になっている。多分カーボンロッドの接続部の静電容量やアンテナとアナライザまでのケーブルの容量などが影響していると思う。
この時の共振点はどこか？
共振の定義はCとLのリアクタンスが打ち消しあってゼロになる点である。つまり図の①と②が共振点になる。
教科書的なダイポールアンテナでは、直列共振（②）と並列共振（①）の周波数は2倍になるはずである。しかし、このようにコンデンサが入ると、2つの共振点は接近してしまうのだ。C2の大きさが大きくなると共振点が沈んで見えなくなることだってあるに違いない。
アンテナの共振点を求める
C2がなければ、きれいな対称形のS字カーブになるはずなので、S字カーブの真ん中あたりがアンテナの並列共振点のはずである。したがって、その点におけるマイナスのリアクタンスを求めれば、C2の値を推定することができるはずである。
そしてその値を基に計算した1/2πfC2と計測したリアクタンス特性の交点が、本来の直列共振のポイントになるはずである。図の①，②は余分なコンデンサによって生まれた見かけの共振点である。
カーボンアンテナの場合、実際のエレメントの長さに対して共振周波数が高くなる傾向があるが、その理由はこのようなことが起こっているからではないと思う。
アンテナチューナーの働き
例えばダイポールのようなアンテナは直列共振のポイントで動作させる。注目している周波数が①に一致していればそれでいいが、そうでない場合にはインダクタンスをつなげて、リアクタンスを上に持ち上げて希望の周波数でX=0になるように調整すればよい。このように調整できれば、アンテナ外のコンデンサC2も含めたアンテナ回路全体で共振することになる。もちろん、その時の抵抗分がケーブルの特性抵抗と一致しているわけではないので、抵抗の整合も別途行うことが必要である。
同調アンテナとアンテナチューナー
こんな風に考えると、本来のアンテナの共振周波数に比べて極端に低い周波数でチューニングしなければ、特に電圧給電タイプのような端っこには電流が流れないタイプのアンテナの実効長は大して変わらないので、アンテナエレメントで同調してもチューナーで同調してもあんまり変わらないような気がする。もちろんチューナーにおける損失がないとして。
まあ、チューナーから先は共振した回路の一部になるので、その部分が長く地面に這わしてあったりすると効率の良いアンテナにはならない気がするけど。
いろいろ実験しているカーボンアンテナ。今日はカウンターポイズをいろいろ変えてやってみた。
ちょっと不細工だけど、黒いのがカーボンロッド。カウンターポイズ（CP）は巻き尺を使っているところ。例によってクリップをきっちり止めて、アナライザーとの間は最短距離でつないだ。
１．金属巻き尺４．２ｍ
カーボンポールの先端から給電点までの長さは８．５５ｍ。これは金属製の巻き尺をCPにしたときのアンテナ特性。CPの長さは４．２ｍ（ＭＡＸ） 抵抗値が最高になるのが１２．８ＭＨｚくらいで、この値はCＰを短くしてもあまり変化しなかった。共振のＱ(とんがり具合）は、ＣＰを長くするほど大きくなる。やはりアンテナとして考えるとＱが高い方がよいと思われるので、このくらいの長いＣＰがよさげ。１４ＭＨｚにチューナーを入れればよい感じで動作してくれそうな感じ。
２．金属巻き尺４．２ｍ＋電線７．８ｍ
実験１の巻き尺に並行してもう一本電線をつなげてみた結果がこちら。
さらに急峻な共振特性になるかと思ったけど、実際にはほとんど変化せず。若干Ｑが下がったくらい。共振周波数は変化せず。巻き尺は１ｃｍくらいの幅があるので、大地との容量が大きく、こちらの効果が支配的になっているのかもしれない。
３．金属巻き尺４．２ｍ＋電線７．８ｍ＋電線４．２ｍ
さらに電線を加えてみた結果がこちら。明らかに共振は弱く（？）なった。リアクタンスはゼロにならずずっと容量性。
なんでもたくさんＣＰをつければいいというものでもなさそう。
４．金属巻き尺４．２ｍ＋電線４．２ｍ（直列）
金属巻き尺でＱが大きくなったので、さらに長くすればもっと良くなるかと思って４．２ｍの電線をシリーズにつないで見た結果がこちら。長くしてもあまり大きく変化することはなかった。周波数の位置関係はそのままで変化なし。
ということで、10m竿（実効長さ：8.85ｍ）は、ＣＰによらず12.8MＨｚくらいで共振しており、ＣＰの長さは４．２ｍくらいが良さそうという感じになった。この前の記事もみるとＣＰ＝５．５ｍの時にいちばんＱが大きくなっている。
このアンテナを14MＨｚで使うと結構いい感じで動作しているが、１８，２１になるともう少し改善の余地ありという感じがする。エレメントの長さをもう少し短くするなどしてアンテナを目的の周波数の付近で動作させた方がいいのだろうか。地上高を稼ぐ意味では長いままの方がよい気もするが、この辺が今度の検討課題。半波長をエレメントが越えると、不要な輻射も増えるので、やっぱりあんまり長くしない方がいいんだろうなあという気はする。電線エレメントや公称値７ｍの別のカーボンロッドもあるのでこっちでどうなるか比べてみたい。
長さ8.6mの長いカーボン竿でも実験してみた。
給電部の様子。同軸は使わず、できるだけ短距離で接続した。
1.CPなし
短い竿と同じように低い周波数の共振は消えて60MHz付近に共振がみえる。
2. CP=3.3m
14MHz付近に並列共振。
3. CP=5.55m
Qの高い共振が13MHzに。
長さが長い分、共振周波数は低めに出た。
なぜか、CPの長さによって共振のQが大きく変化する。やっぱりアンテナとして使うなら、Qが大きい方がいい気がする
