平衡不平衡変換についての疑問


      2分の1波長ダイポールアンテナの輻射インピーダンス
      給電点でのリアクタンス=0とは
      同軸ケーブルのインピーダンス
      平衡不平衡バランの考察

       ダイポールアンテナの長さの決定について
       アンテナの共振とは? どうにも気になったので


 注:まとまりの無い状態に陥ったしまった。その為、上記のようにジャンプ先を設定しました。

 巷では、バラン、バランと言われ、平衡不平衡を変換したので、同軸ケーブルは任意長で良いと聴くので実空間ではどうなのかと思ってネットをさ迷った次第。

 結果的には、良く解らなっかたが、理論空間と実空間では相違があり、理論に従い、いかに実空間で実現させるかの工夫と思う。



 GoogleのAIモードで調べて見た結果******* 幾つか引用させて戴きました。*******+

 同軸ケーブルの特性インピーダンスは、用途に応じて何種類か存在して、我々、アマチュア無線家に取って75Ωの同軸と50Ωの同軸は、切っても切れないしがらみが巻きついている。

******** 50Ωの同軸ケーブル由来 ***********
 高周波信号伝送において電力伝送能力と信号損失(減衰)のバランスが最も良く、実用的な最適値なっている。特に無線通信で多用され、内部導体と外部導体の寸法比を調整した結果、最小損失となる特性インピーダンス(約)に近い値として50Ωが標準化され、覚えやすいように端数が切り捨てられました。これは、75Ωが映像信号(低損失)に適するのに対し、は無線機やデータ通信など電力も扱う用途で理想的な「妥協点」となるためです。

******** 75Ωの同軸ケーブル由来 ***********
 同軸ケーブルで75Ωが使われるのは、テレビ・映像信号の伝送において、信号の減衰が最も少なくなる特性、1960年代のアンテナインピーダンスに合わせた為で、特に低レベルの映像信号伝送に最適だからです。


     

   2分の1λ長のダイポールアンテナの輻射インピーダンスについて



 2分の1波長(半波長)ダイポールアンテナの給電点インピーダンスは、自由空間では理論上約73.1Ωとされ、地上高(アンテナの高さ)によって大地からの反射波の影響を受け、大きく変動する。


 下図の様な資料が有りました

      
     出展: みな空の中で TKA                   出展: hellocqcq ダイポールアンテナW735の設置と調整
     http://take103.blog.fc2.com/
                  https://ameblo.jp/hellocqcq/entry-12568283514.html
     アンテナ線とインピーダンス
     http://take103.blog.fc2.com/blog-entry-36.html


 以下は、2つの上図で説明されていた内容の要約

 アンテナの高さを波長λの倍数で表すと、インピーダンスは周期的に波打ちながら自由空間の値(73Ω)に収束する。 多分、乾燥大地と有るのは地上に建造物、立木等の無い野原の様な大地なのだろう。
 振り返って、我々が住んでいる所は、住宅等の建造物が有り、大小の立木、送電線網等が有る。これらの事から、左右のアンテナエレメントの下側は、均等になっていない場合が、ほとんどで平衡しているとは思われない。



 地上高によるインピーダンス(放射抵抗)の変化
  ( 紛れもなくアンテナは、地表の影響を受けている事を物語っている 

 極めて低い場合(0.1λ以下):インピーダンスは急激に低下し、2030Ω程度まで下がっている。

 0.15λ~0.20λ付近: 約50Ω付近となり、一般的な同軸ケーブル(50Ω)とマッチングしやすくなる「実用的な高さ」。
 0.3λ~0.4λ付近: インピーダンスが上昇し、約90~100Ωのピークに達することがあります。
 0.5λ(半波長)以上の高さ:変動の幅が小さくなり、自由空間の理論値である約73Ωに近づいて安定する。


 多くのアンテナ設置例(特に短波帯/HF帯)では、地上高を高くするのが難しいため、インピーダンスが50Ωに近くなる地上高(約0.15λ0.2λ)で運用されることが一般的らしい。

 リアクタンスの変化:
 地上高が低いと抵抗成分(R)だけでなくリアクタンス成分(X)も変化するため、共振周波数がずれやすくなります。設置後にアンテナエレメントの長さを微調整(切り詰め、継ぎ足す)する必要があります。
(高さが、高かくなると共振周波数は低くなる)

   地上高 (波長比のおよそのインピーダンス特徴


 0.1λ 以下
     約20 ~ 40 Ω  低インピーダンス。地面による損失大

 0.15λ ~ 0.2λ
     約 50 ~ 60Ω 50Ω系同軸ケーブルに最も適合しやすい 0.3λ付近約 80100 Ω理論値より高くなるピーク地点

 0.5λ
以上
     約 73 Ω に収束自由空間の特性に近づく



 ダイポールアンテナの輻射インピーダンスから見ると50Ω同軸で給電するのでは「0.15λ~0.2λ」の高さが良いなる。
  
となると、3.5Mhzならば、地上高12m~16m、7Mhzならば、地上高6m~8mとなる。


 3・5Mhzの地上高12m~16mは、十分実現可能の高さだ。しかし、7Mhzの地上高6m~8mでは、不満に思う高さだと思えるが?。そうなるといわゆるVダイポールをこの位の高さに揚げる事は、理にかなっていると思われる?。

 まだ、バラン、バランと言われなかった時代に3.5Mhzの国内QSOにはアンテナの高さ15m位が良いと聴いていた。50Ωの同軸の直結なので意外と効率良く働いたかも知れないと改めて思い出した。

 7Mhzで地上高20mに揚げると75Ω同軸を使った方が、良いと思うが、どうなんだろうか?。ただ、水平ダイポールを20m以上に揚げるならば、タワーにビームアンテナを設置して分回すだろう?。

 八木宇田アンテナの様なアンテナならば給電部に整合器を持っている、若しくは、調整されているが、2分のλ長のダイポールアンテナでは、整合させる部分「マッチングセクション」を特別に用意する以外、一般的には持っていない。

 このようにアンテナの高さに於ける輻射インピーダンスを考えると給電ケーブルを選択する必要があると思けど?。

 アマチュア無線では可能な範囲で、「アンテナは大きければ大きい程、高ければ高い程」良いはずと信じているが?。


 2分の1λの水平ダイポールを中央から給電して、左右のエレメントに等しい電流が流れているのか甚だ疑問だ?。

 2007年に同軸給電からやっぱり平衡フィーダーでの平衡給電だと思い、平衡給電に変更した時、面白いからやってみようと高周波電流計を2台自作した。絶対値は、不明だけれど2台が同じ値を示す様に校正後、平衡フィーダーの左右に挿入し、計測してみた事がある。たかだか、14mから16m揚げたアンテナの近傍に燐家も有り、庭木もあり、左右の地上の状況が違う。理論空間では、無く、実空間なので、きっと違うだろうと考えていた。案の定、別々の値を観測した。カプラのコイルの巻き数の位置を調整して、そこそこの状態に追い込んだ記憶がある。このアンテナは、台風で2度マストを折り曲げられてしま、降すことになった。

                   
        当局のアンテナ設置状況         地上からの景色
        出展 Googleマップ

 当局のアンテナは、給電点16m両側14mの高さだが、下にはトタン屋根の小屋が三つ有り、立木有り、燐家有りと影響が、無いとは言えない状態。(注:電波防護指針に沿って、2023.8.1 1KW変更検査に合格)

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 理論空間の電流分布図       平衡不平衡の強制バラン   こんな風に左右不平衡ならどうなんだろう?


 バラン、バランの時代なので一応やってみた。(これは、蛇足)
  1:1と1:4と接続を変えられるように巻き、実験した。やってみたが、やはりコイルとコンデンサーを使ったアンテナカプラだと実感した。
  当然、本目は1:1だけど、1:4ではと考えて作っただけに終わった。
         
         自作バラン                1:1と1:4のバラン回路


 給電点に強制バランを接続して、平衡を不平衡に変換する事が推奨され、理論上、このバランによって、アンテナ側の地電流は、不平衡側には流れないと説明されている。それは、コモンモード電流=0を意味するそうだ。但し、アンテナ電流が平衡回路側では、左右同一で平衡が保たれていると言う条件が有るはずと思うが。

 もし、アンテナ側が、平衡でなく両側の電流に差が有れば、両側の電位差に応じた地電流が、流れているはずで、バランではコモンモード信号を止められない事になる。(参考:  http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H20/html/H2008A21_.html)

 理論から行けば、平衡不平衡のバランを使っていれば、コモンモードの電流が流れない。ならば、コモンモードフィルターは、不要になる。しかし、現実には、各局でコモンモードフィルターを入れていると話をよく聞くが?。

 左右のアンテナエレメントの電流が、等しく無い場合、バランは正常に働いたとしても、左右の電流差を補正するとは考えられない。だから、コモンモード電流は、残ったままになっていると思うけど???。



  ネットで調べていると下記の様な表記があった

 アンテナの長さ(波長/2)は、理想値であり、エレメントの太さや地面からの高さ、周囲の金属物などによってインピーダンスは変動します。そのため、設計・製作したアンテナは必ず実測して調整(マッチング)することが重要


 ダイポールアンテナのインピーダンス(給電点インピーダンス Zin)は、主に起電力法(Induced EMF Method)という理論的手法を用いて求められるそうだ。


   理論的な求め方

 自由空間における半波長ダイポールアンテナ(長さ L=λ/2)の場合、理論値は以下の通り計算される。
 実空間 半波長ダイポール(λ/2)の片側エレメント長 = (150 / 周波数(MHz)) ×(短縮率 0.98~0.95)

      基本式:Zin=Rr+jXin

 Rr(放射抵抗)は、アンテナから電磁波として放射されるエネルギーに対応する抵抗。
 Xin(リアクタンス)は、 アンテナ近傍に蓄えられる静電・誘導エネルギーに対応する成分。

 理論値:
       Z≒ 73.13+j42.54Ω
  アンテナの寸法を半波長に寸法を正確に合わせた場合、誘導性のリアクタンス+j42.54Ωが残っている。共振状態では無い


インピーダンス整合:
 アンテナのインピーダンス(例:73Ω)と給電ケーブル(例:50Ω)のインピーダンスを合わせる為に、マッチング回路(L型回路など)を使用して整合させる。アンテナの高さの調整でも或る程度だが可能になるはず?。


 これらの資料の説明から 共振すると、インピーダンスZ≒ R純抵抗73.13Ω+リアクタンス+j42.54=0Ω となるそうだ。従って、アンテナが共振しているならば、リアクタンス=0であり、自由空間では、

       Z≒73.13+0

 となるから、純抵抗での整合が取れている状態となる。その為、アンテナカプラ等の整合器(マッチングセクション)を使って、使用する周波数に於いて「リアクタンス分=0」となるように整合させる。

  もし R=0Ω、+j42.54=73Ωの時 Z=73Ω では、分母=0の式なり、全反射するそうだ。つまり、SWR=∞

 R純抵抗は、電波を輻射する抵抗 虚数部の+j42.54は無効電力で電波の輻射には寄与しないと説明されている


 SWRの計算式

        負荷インピーダンス (ZL) と特性インピーダンス (Z0) から計算する方法
       計算式:(VSWR=|(ZL+Z0)/(ZL-Z0)| または (VSWR)=|(ZL-Z0)/(ZL}+Z0)|

            (ZL): 負荷のインピーダンス(アンテナなど)。
            (Z0): 伝送線路の特性インピーダンス(通常50Ωなど)。?

       負荷インピーダンス (ZL) と特性インピーダンス (Z0)(通常 (50Ω)
        から反射係数 (Γ) を求める式は以下の通り。

              |ZL-Z0|
            |Γ|=――――― 
              |ZL+Z0|

       反射係数 (|Γ|)(絶対値) (|Γ|)がわかっている場合は、以下の式。

               (1+|Γ|)
           (VSWR=―――――
               (1-|Γ|)

 これらの式からSWR=1を測定できる事が解る。
               だが、電波が有効に輻射されているかは判らない



 昔、やっと同軸ケーブルを買える小遣いが出来た時、安いからと言って5C-2V(75Ω)を買って、ダブレットに使った。やがて、5D-2V(50Ω)は無線用だからと聴き5D-2Vに交換し、やっぱり 「 梯子でなければ!! 」 と、2007年に平衡フィーダー用のアンテナカプラを制作した。現在のアンテナの始まりとなる梯子フィーダー給電を開始してから、紆余曲折を経て、現在の形になっている。


 昔は、バランなどは微塵も考えず、2分の1波長のダイポールに適当な長さの同軸ケーブルを繋ぎ実用にしていた。そして、十分な成果を感じてきた。


 難しい事を言うな!。「適当に繋げば電波は出る」と言われれば、「はい!。その通り」ですと答える。ただ、QSOを聴いていると「SWR=1」ですと力んでいる局の状態は。どうなんだろうと思う事がだけ。



 諸先輩方の文献を紐解き、アンテナの給電点のインピーダンスは、フィーダー上に2分の1波長毎に繰り返し現れる。そして、リアクタンス分をコイルとコンデンサーを使った整合装置で限りなく「リアクタンス=0」に近づける。平衡フィーダーの長さは、最低使用周波数(バンド)の4分の1の長さとして、フィーダーへの給電点は、電圧給電として置けば、他のバンドでも電圧給電となり、アンテナカプラの回路を変更しなくても対応できる事に気付いた。


 他のページにもあるが、送信機側からアンテナ側を見た場合、「SWR=1」を測定出来ても、フィーダーの先に接続されているのは、理想的なダミーロード、もしくは、理想的なアンテナシステムに接続しているかを判定する術は無い。例え、アンテナカプラ等の整合装置を付けていたとしても



今回、参考にさせていただいた各局ホームページの紹介します。

JA1CPA局
  「アンテナ作りのSWR」を検証する!? https://www.ne.jp/asahi/ja1cpa/ja1cpa/newpage20150103.html
 ☆「アンテナ作りのSWR」の結論の結論として、
1.アンテナの調整には、同軸ケーブルを1/2λ整数倍長にする必要が有る。
2.アンテナインピーダンスが、ほぼ50Ωでリアクタンスがほぼゼロの場合は、同軸ケーブル長は任意長で良い。
3。短い同軸ケーブルでSWR計だけでSWRを測定するなら任意長の同軸ケーブルで良い。.



JR4PDP局
  ハム三昧  http://jr4pdp.blog.enjoy.jp/myblog/2012/08/swr-7807.html
 エクセルのリアクタンスを含む計算式がで在りました。 http://jr4pdp.blog.enjoy.jp/myblog/swr_1/ 


  明快な結果にたどり着けなかった。


 しかし、アンテナの共振とインピーダンス整合は、別なものと改めて確信した。電波の波長と地上の状態を考えた時、地形的に特別な環境にすんでいる以外、ダイポールアンテナの左右のエレメントの電流は、異なるはずとの考えに間違い無いだろうとも確信した。
 市販の3.5&7.0MHz用短縮ダイポールを高さ20m付近まで揚げた場合は、良く働くだろうとも想像もできる。


 疑問の一つとして、我々の生活範囲内で、バランに接続された平衡側のダイポールアンテナの両側のエレメントに流れる電流は、等しいと言えるのだろうか?、と改めて思ったことから調べて見たが・・・・???。



 逆Vダイポールも調べてみた

出展: サガ電子さんの3.5(3.8)・7MHz帯 逆Vダイポールワイヤーアンテナ EL-40X 取扱説明書
■ 調整要領 実際に運用する状態にアンテナを設営して行ないます。 まず、アンテナを周囲から少なくともλ/8以上離してください。 アンテナインピーダンスは、エレメントを開く角度で変化します。 120゜で、およそ50Ωになります。アンテナの同調周波数を測定してください。

 開く角度を調整すると記述されている。また、アンテナは、周囲(地上からも含む?)から8分の1波長以上離すとも有り、
 「暗に周囲の影響を受けますよ」言っている



  在った!!!


 Radio-GXKさんのページに在り、一部、記載を引用させて頂きました。

 出展  Radio-GXK プロファイル
     http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/ 
     (http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/index.html)

  無線工学 > 1アマ > R03年12月期 > Aー21
     http://www.gxk.jp/elec/musen/1ama/H33/html/H3312A21_.html ( 図解付きで説明されています)
*********************** 引用部分(コピーペーストさせて頂きました) **********************

 その理由とは、高周波電流は、行きと帰りの電流が囲む面積が最短の経路に流れる、ということです。
 地電流の「戻り」の経路は、同軸の外部導体の中では内側より外側の方が短距離ですから、ここを流れるわけです。電子機器のEMIや、無線機でのインターフェア対策に頭を悩ませた方にはおなじみですが、I22はこの分野でいう、コモンモード電流に他なりません。つまり、不平衡回路と平衡回路を直接接続してしまうと、コモンモード電流が発生するので、「同軸の外部導体からも電波が出る」という表現になるのです。
 ちなみに、半波長ダイポールアンテナは普通はどこにも「接地」していないじゃないか、という疑問がわきますね。これも、イメージが掴みにくいのですが、アンテナは、空間のインピーダンス(120π [Ω])という「経路」を通して無限遠点で接地されている、と考えます。左右λ/4ずつのエレメントが対称に張られていれば、無限遠点の「接地点」までの「経路」はどちらも同じですから、半波長ダイポールは「平衡」負荷になるのです。

 逆に言えば、左右対称に張られていないダイポールや、片側のエレメントにだけ近い所に金属製の物置や柵などがあったりすると、これはもはや完全な平衡負荷ではなくなります。

 すなわち、「平衡」と「不平衡」はデジタルな概念ではなく、アナログな概念です。そのため、「どの程度平衡か」を示す、平衡度というパラメータがありますが、これは1アマレベルではないので、ここでは触れません。


******************************** ここまで ********************************


 出展: JARL.comにあるバラン組立説明書
  https://www.jarl.com/wakayama/pdf/baran2021.pdf

 アンテナ周囲環境による非対称動作となる場合、低い周波数帯でダイポール・アンテナ等を張る場合、立地上の制約等で左右のエレメントが明らかに非対称となる場合、たとえば、左右のエレメントの高さが違っていたり、片側だけを折り曲げたりといった場合に今回のバランでは、せっかくの性能(同相電流の阻止)が活かせない場合があります。できる限り、左右エレメントの動作条件はそろえて左右対称となるようにしてください。



 平衡不平衡を変換する強制バランを使ったとしても、平衡でない平衡入力を不平衡に変換しても、平衡側の不平衡成分は、不平衡側にそのままコモンモード電流として外皮導体に重複されて流れているはず。

 また、リアクタンス成分を含んだままでバランを通した場合、このリアクタンス成分は、どうなるんだろう?。そのまま、通っているのかな?



 アンテナが、共振していなくても給電点でリアクタンス=0となれば、送信電力を無駄なくアンテナに供給できる

      基本式
      Zin=Rr+jXin
  ⇒  Z≒ Rr+j42.54Ω
      リアクタンス+j42.54=0Ω
      Z≒Rr+0


 となり、輻射抵抗=Rr のみならば、供給電力をアンテナから輻射に全てが消費される

 但し、インピーダンス整合が出来ている事が前提であって、この事は、8分の5波長等ののアンテナの場合に当てはまる。



  もう一回!! 難しい事を言うな!。「 適当に繋げば電波は出る 」と言われれば、「はい!。その通り


  理論空間上の話をそのまま実空間とごちゃごちゃにした話が多すぎる?!!!。
  現実には、理論が存在し、その理論に基づき実空間に於いて、どのように実現するのかが、理論の応用と考えるが。


 くどいが、送信機の出力端子で SWR=1 を観測しても、送信機には、理想的なダミーロード、又は、アンテナのどちらが接続されているのは判らない。 ただ、負荷側からの反射電力が、限りなく最小だと言う事は判る。




    思いつくままにネットをさ迷った結果であり、当局の勝手な解釈なので責任を負えない事も添えます。

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********************************** 以下は、蛇足の蛇足 **********************************


 ダイポールアンテナの長さの決定について

    出展;JA1CO菅OMの 「やさしいインピーダンスマッチング」 (CQ誌 1963年11,12 1964年1号)
    記事より下図を改めて作図しました。

    半波長ダイポール(λ/2)の片側エレメント長 = (150 / 周波数(MHz)) × (短縮率)
              



  逆 V アンテナ計算機
        Martin E. Meserve によるJavascriptR 電子ノートブック
        中心周波数等の諸元を入力すると計算するとある( 試しては無い )
        https://k7mem.com/Ant_Inverted-V.html




********** 当局の現在のアンテナ系統 **********

 アンテナカプラは、シャックから10m程離れた倉庫内に設置し、遠隔操作している。それ故、送信機からの同軸ケーブルは、最低周波数の2分の1波長の長さで接続している。

 物は試しだと思い、アンテナ長を1.8MHzで8分の5λにしたら使っているアンテナカプラなら同調するだろう?と、安易な思いから始め、コイルとコンデンサーを調整して簡単に同調した。調子に乗って、1・775MHzでの8分の5λにした。



 当局のアンテナについて

 前述のJA1CO菅OMの記事を参考にして制作

 3・5MHz帯の事を考えて、3・550MHzの2分の1の周波数=1・775MHzで8分の5波長のアンテナの全長106mならどうかと?。やってみた。アンテナカプラの調整範囲に在り、簡単に調整出来た。この全長106mのベントダイポールで2022年12月頃から運用しているが、何ら問題なく快調にQSO 出来ている。つまり、1.8MHz帯では、ほぼ8分の5λのダイポールアンテナ、メインの3・5MHz帯では片側8分の5λのダブルツエップアンテナなる。このまま、7・0MHz帯でも快適に運用出来ている。

 敷地大きさから垂直面で折り曲げたベントダイポールとなっていて、フィーダーも直線に出来ないので、折り曲げて設置している。同軸ケーブルもとぐろを巻かないような配置にしている。


 平衡フィーダーの処理の様子
    現在のアンテナとMMANA解析(水平部約36m 全長118m垂直ベントダイポール(現在は、106m)
        
maroon.dti.ne.jp/~ja2eib/nowANT/20220524ant.html

 同軸」ケーブルの処理の様子
     maroon.dti.ne.jp/~ja2eib/capura160m/160mcapra.html#Coaxial


 8分の5波長のアンテナは、利得があるとは言うが、送信電力が増えるのではなく、仮定として全方向に均一に輻射していたアンテナの輻射パターンが、或る特定の方向へ強く輻射される事になるだけ。当然、輻射パターンの面積は同じなので、輻射強度が減る方向も当然生じる。ただ、受信には、アンテナ長の長い方が、大きな受信面積になるので良いと考えてこのようなアンテナを実験し、そのまま実用している。



   当局現用アンテナの模式図

 実際の運用時、無線機のバンド切り替えをして、S-MACTHカプラがプリセット位置になるのを待っていると、フロアーノイズの上昇と共に信号があれば、ぐっと信号が浮かび上がってくる。そして、SWR=最小(1.2~1.5)になる。(回路の動作Qが、大きいのかも)

       参照(空中線電力1KWへの変更検査の対策)
       http://www.maroon.dti.ne.jp-~ja2eib-1_kilo_watt-inspection-inspection.html
       1・8MHz帯から28MHz帯まで問題なく動作している。
       

 エレメントの長さは、短縮率を想定し物差しで測った物理的な長さ。平衡フィーダーも物差しでの長さで問題なかった。最初の20mの平衡フィーダーは、庭先に展開して、デップ周波数を確認しているので追加で同じ長さ20mに制作し、延長した。同軸フィーダーは、庭先に展開してグリッドデップメーターで使用周波数でデップする事を確認した長さ。

 時代は、アンテナアナライザー、アンテナアナライザーと言うが、この方法で問題を感じた事は全く無い。

 給電点のインピーダンスは、給電するフィーダー上に使用する周波数の2分の1波長毎に繰り返し現れる事を考慮し、同軸ケーブル長を短縮率を考慮した長さにしている。こうすることによって、整数倍のアマチュアバンドで整合し易くなる。基本的に電圧給電となり、いずれにせよ電力に見合うパーツが必要になる。


 余談だが、G5RVと言う短縮アンテナにも平衡ラインがある。 この平衡ラインは、給電の平衡フィーダーでは無く、マッチングセクション(位相ライン?)らしい。アメリカでこのG5RVアンテナのキットを購入し、添付されていた開発者自身のG5RV(ルイス・ヴァーニー)が書いた説明書には、アンテナカプラを介して同軸ケーブルに接続するようにと書いてあったとお馴染み局から聴いている。

 そして、大きな疑問?

 2分の1波長ダイポールからG5RVアンテナに変えたらよく飛ぶ様になった聴くことが多い。「えっ」 どうして?。G5RVアンテナは、考案者のルイス・ヴァーニーも言っているように各アマチュアバンド於いて十分ではないが、それなりのSWR値で使えるアンテナのはず。2分の1波長ダイポールアンテナをどこまで調整したのだろうか?と思わず考えてしまう。フルサイズと言われる2分の1波長のアンテナが、短縮エレメントのアンテナより効率が悪い?。不思議だ???。

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 物は、ついでと調べてみた

同軸ケーブルの規格
  出展:同軸ケーブル.com
  https://coaxial--cable.com/
    JIS規格(参考資料としてお取り扱いくださいと紹介されていた。)
    引用: https://kikakurui.com/c3/C3501-2009-01.html

項目 内部導体 絶縁体 シールド シース 仕上外径 試験電圧 概算質量
記号 素線数 mm 外径 mm 厚さ mm 外径 mm 外径 mm 厚さ mm 標準外径 mm V kg/km
5D-2V 1/1.4 1.4 1.7 4.8 5.5 0.9 7.3 7.3±0.5 2000 80
8D-2V 7/0.8 2.4 2.7 7.8 8.7 1.2 11.1 11.1±0.5 2000 180
10D-2V 1/2.9 2.9 3.4 9.7 10.7 13.1 13.1±0.6 3000 260
5C-2V 1/0.8 0.8 2.05 4.9 5.6 0.9 7.4 7.4±0.5 2000 74
7C-2V 7/0.4 1.2 3.65 7.3 8.2 1.1 10.4 10.4±0.5 2000 140
10C-2V 7/0.5 1.5 3.95 9.4 10.4 1.3 13 13.0±0.6 3000 220


出展 JARLのデータライブラリー *同軸ケーブルの損失*
   https://www.jarl.org/Japanese/7_Technical/lib1/coax.htm

減衰量(dB/10m)\型名 3D-2V 5D-2V 8D-2V 10D-2V
30MHz 0.77 0.44 0.3 0.22


出展 keisan 生活や実務に役立つ高精度計算サイト
  デシベルから倍率計算
     デシベル(利得)から電力または電圧の入出力比(倍率)を計算してみた
     https://keisan.site/exec/system/1184132937

 く減衰比)

dB 電圧比(倍) 電力比(倍) 備考
0.22 0.97 0.95 10D-2V 10m
0.3 0.97 0.93 8D-2V 10m
0.44 0.95 0.9 5D-2V 10m
0.77 0.92 0.84 3D-2V 10m
1 0.891 0.794
1.5 0.841 0.708
2 0.794 0.631
2.2 0.776 0.602 10D-2V 100m
3 0.708 0.501 8D-2V 100m
4.4 0.602 0.363 5D-2V 100m
5 0.562 0.316
7.7 0.412 0.169 3D-2V 100m
8 0.39 0.158
10 0.316 0.1


 D形ケーブルの周波数と減衰量標準値
 出展 http://denso.sokei.co.jp/sekkei_kouji_data/5.6.1.html
  D型、C型共に「1MHz~1000Mhz迄の減衰量の表が記載されている
  2026.01.29現在、ページは存在したが、「TOPに戻る」をクリックしても「Not Found」でページが無い


 アンテナの給電点のインピーダンスは、2分の1波長毎に繰り返しフィーダー上の現れる性質を知って、いわゆるHF帯であれば、この性質を利用したフィーダーの長さを決定した方が、整合し易くなる。



  一つの見方

 30MHzでは、同軸ケーブル5D-2Vを100m接続すると損失4・4dBとなり、電力は0・363倍になる。50mだったら、損失0・22dBで電力は0・602倍になる。

 この2・2dBは、現在、市販されているアマチュア無線機のSメーターでは、S一つも変わらない

   受信機のSメーター

 出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
    https://ja.wikipedia.org/wiki/RST%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%89

 異なる受信機間での Sメーターの読みが大きく違わないよう、国際アマチュア無線連合による Sメーター校正に関する勧告が、1981年に合意されている。 S値の 1単位は 6dBと定義され、Sが 1 増えるごとに入力電圧比で 2 倍、電力比では 4 倍になる。また S9 表示時の受信機の入力電力はHF帯で -73 dBm、VHF/UHF帯では -93 dBmと定義されている。通信型受信機の標準的な入力インピーダンス 50オームでの入力電圧に換算すると、それぞれ 50μV、5μV に相当する。即ち、送信電力を4倍変化してS1変化することになる

 実際には、各メーカーに依って違いがあるらしい?。

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   ************************* 余談 ***************************

 昔、昔、その昔のやんちゃ時代(今でもか?)に東京を通る出張の度に「いかに長く秋葉原をさ迷うか」を考えて、出張の日程を打ち合わせた。その時代から集め始めた高圧のタイトバリコン、電力用のセラミックコンデンサー等々が、ここに来て役立っている。

 現在では、梯子(平衡)フィーダーの絶縁材料には、グラスファイバー棒等を使えば、材料事欠かかない。しかし、このような高周波パーツの入手は、ネットオークションでも数少ない。従って、コイルとコンデンサー(バリコン)を使ったアンテナカプラの自作は、一念発起しないと出来ないかも知れない。とは、言っても 画像の様なパーツは、現在ではなかなか手に入らない。いつの日か使うぞと長年に渡って集めた物

 アンテナの整合回路に「コイル、コンデンサー」を使おうと言っても難しい時代になっていると言わざるを得ない。しかし、霊験新たかな事は、間違いない。同調周波数になれば、信号が浮かび上がってくる。

        

 左から S-MACTHアンテナカプラ、試作した1・8MHz帯カプラ、JRC製カプラの2連バリコン、Henry 5K Classicのバリエル

       
 タイト製リレー&ロータリースイッチ  高圧コンデンサー             円板型セラミックコンデンサー


  サイレントキーまでに使う事できるのか?。ボケ防止に頑張らなっくちゃ!!!!。


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       アンテナの共振とは?


出展:Bing:CopilotSearch 「アンテナの共振」で検索

アンテナの共振は、インピーダンスが純抵抗のみでリアクタンスがゼロの状態を指し、最大の送信/受信電力を得るために重要です。

アンテナの共振とは

 アンテナが共振している状態とは、**インピーダンスが純抵抗のみでリアクタンスがゼロ(X = 0)**の状態を指します。共振状態では、アンテナに最大の電流が流れ、放射電力が最大化されます。共振周波数は、アンテナの長さや形状に依存し、通常は使用する周波数の波長の1/2(λ/2)に設定されます。


共振の重要性

最大の送信/受信電力:
 アンテナが共振していると、送信または受信する電波の効率が向上します。これは、インピーダンスが整合しているため、エネルギーの損失が最小限に抑えられるからです。

ノイズの低減:
 共振状態にあるアンテナは、周囲のノイズに対しても敏感であり、信号対雑音比が向上します。

設計の柔軟性:
 アンテナの長さが目的の周波数の波長に合っていなくても、コイルやコンデンサを使用することで共振を実現できます。


共振を実現する方法

アンテナの長さ調整:
 アンテナの長さを目的の周波数の1/2波長に調整することが基本です。例えば、半波長ダイポールアンテナは、使用する周波数の波長の半分の長さに設計されます。


LCR回路の利用:
 コイル(L)やコンデンサ(C)を使用して、アンテナのリアクタンスを調整し、共振を実現することも可能です。



測定と調整:
SWR(Standing Wave Ratio)を測定し、最適な共振状態を確認することが重要です。NanoVNAなどの測定器を使用して、リアクタンスの状態を確認できます。

このように、アンテナの共振は無線通信において非常に重要な要素であり、設計や調整において考慮すべきポイントが多くあります。


出展:Google AIモード 「アンテナの共振」で検索

 アンテナの共振とは、特定の周波数の電波に対して、アンテナ内の電気エネルギー(誘導性リアクタンスと容量性リアクタンス)が互いに打ち消し合い、効率よく電波を放射・受信できる状態を指します。

1. 共振の仕組み

エネルギーの相殺:
 回路としてのアンテナには、コイル成分(L)とコンデンサ成分(C)が存在します。共振状態では、これらの抵抗成分(リアクタンス)がゼロになり、純粋な抵抗(放射抵抗)のみが残ります。

定在波の発生:
 アンテナ内で電流と電圧の「腹」と「節」が固定された定在波が生じ、空間へエネルギーを効率よく放出できるようになります。

2. アンテナの長さと波長の関係

 アンテナが共振するには、その物理的な長さ(エレメント長)を送信したい電波の波長(λ)に合わせる必要があります。


  アンテナ形式 基本的な共振長 特徴
 ダイポールアンテナ 1/2 波長  最も標準的。
  中央から給電接地型アンテナ 1/4 波長 地面を鏡に見立てて動作。車両用などに多い



3. 共振周波数の計算

 電波の速度(光速:約3億m/s)を周波数で割ることで波長を求めます。
   波長 [m]≒300÷周波数 [MHz]
   例:300MHzの場合、波長は1m。ダイポールアンテナの長さは約0.5m(50cm)となります。 


4. 共振の確認指標
 VSWR(電圧定在波比):
  1.0に近いほど、アンテナが設計周波数でよく共振しており、エネルギーの反射(ロス)が少ないことを示します。
 インピーダンス: 共振点では入力インピーダンスの虚数部がゼロになります。


     ******************* もう一度 *******************


  アンテナが、共振していなくても給電点でリアクタンス=0となれば、送信電力を無駄なくアンテナに供給できる




 アンテナ給電は、平衡フィーダーを使い、アンテナカプラで整合!!。



 下図のように単連バリコンと一個のコイルで平衡フィーダーに給電できる
     
   詳細 : http://www.maroon.dti.ne.jp/~ja2eib/s_macth/S-Macth.html


  参考 : 当局のS-MACTHカプラは、VC=700pF、VL=24μHで、1・8MHz帯からカバー出来ている 
       アンテナにも因ると考えられるので昔の5球スーパーの2連バリコンなどで実験が必要かも

  下記 PA0FRI局のホームページを参照 
     https://www.pa0fri.com/ATU/Smatch/smatcheng.htm
     http://www.la6nca.net/homebrew/stuner/index.htm
       (2024年にサイレントキーされたとの情報が有りました)







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