短縮アンテナの放射抵抗 | Issue: 2005.2.13 / Revised:2005.3.2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MV_antenna(EH_antenna)に見る短縮アンテナ・放射抵抗の確認 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
一般的に短縮アンテナ(1/20・λ程度)の放射抵抗は1Ω以下と言われていて、延長(ローディング) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
コイルの損失抵抗が輻射効率を大きく下げる結果となる・・・が、放射抵抗が数十Ωあると | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
輻射効率を大きく改善できる。・・・・・この可能性を探る。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
短縮ANT定数、及び延長コイルの等価回路 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Rr=0.5Ω Rd=1Ω の時 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ce: アンテナ・リアクタンス | η=0.5/(0.5+1)*100= 33% | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rr: 放射抵抗 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rr=20Ω Rd=1Ω の時 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lt: 延長コイル・リアクタンス | η=20/(20+1)*100= 95% | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rd: 損失抵抗 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
<確認方法> | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
森さんのアンテナ・シュミレータ「MMANA」を使い放射抵抗を試算する。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
使用方法には精通していませんが、エレメント径とエレメント長をパラメータに自由空間での試算とする。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
<試算結果> 給電点インピーダンス:Z (周波数= 7.010MHz) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
@1/2λ基本ダイポールのANT定数 (ワイヤーDP) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Φ=2mmのDP_ANT |
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Z= 72 -j 0.7 (Ω) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A極太のエレメントにしたら? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Φ=200mmのDP_ANTでは放射抵抗が大きくなるか? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Z= 79 +j 20 (Ω) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Z= 72 +j 0.3 (Ω) ← エレメント長を10.14mに最適化した時 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
B短縮ダイポールのANT定数 (極太エレメントで確認) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Φ=200mmの短縮DP_ANTでは放射抵抗がどの位になるか? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Z= 0.43 -j 1435 (Ω) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C片側エレメントのみ短縮した場合 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Φ=200mmの短縮エレメントと、Φ=2mmの1/4λエレメントでは放射抵抗がどの位になるか? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Z= 16.3 -j 880 (Ω) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
<結果考察> | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
@A 1/2λダイポール・アンテナの放射抵抗は、エレメントを極太にしても増大するものではない! | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
B 短縮ダイポール・アンテナの放射抵抗は、エレメントを極太にしても1Ω以下と極小! | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
C 短縮を片方エレメントのみとした場合の放射抵抗は、10Ω以上! | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cの形をとる事で、輻射効率の大幅な低下を避けることが出来る。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MVアンテナは、Cの形からの展開と考えます。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MVアンテナの試算 | Issue: 2005.2.20 / Revised:2005.3.13 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
前Sheet「短縮アンテナ・放射抵抗の確認」結果CよりMVアンテナのシュミレーションを実施。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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DMVアンテナをこの形のDP_ANTで考察 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
前述Cの形状を垂直型にして、上側エレメントをMV_ANT実例の | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
寸法としローディングコイルを付加してアンテナ・インピーダンスを計算。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
給電点高さを、12mH とし、リアルGND で計算 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Z= 38 +j 1.8 (Ω) | (周波数= 7.010MHz) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MV_ANTは、このアンテナの下側エレメントを | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
スリーブANTと同様の動作をさせるため | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1/4λ電気長の部分で同軸ケーブルを巻き | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
コイル化して高インピーダンスのコモンモードRFC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
として、それより先(TX側)に波が乗らない | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
様にした物と考えます。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
MV_ANTの給電点からコモンモードRFC迄の | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物理長(製作例)は、1/4λに同軸ケーブルの | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
波長短縮率(67%)を乗じた長さよりも長い。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1/4λ*0.67=7.17→8.3m(MV_ANT)...7.01MHz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
15%程度長いのは、下記Eのように | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
給電点Imp.を50Ωにする為の調整 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
でしょうか? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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EMVアンテナDの結果を受けて給電点Imp.を50Ωにする | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DのANT_Imp. R=38Ωを50Ωにする為、下側エレメント長を | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
少し長くし、それに合わせローディングコイルL値を調整する。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11.6/10.42= 11%up | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Z= 50 -j 1.1 (Ω) | (周波数= 7.010MHz) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
これで50Ω系同軸ケーブルで給電し整合が取れる。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(SWRを1に近づけられる) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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TKS 守山/JA6GANさん | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ローディングコイルLt についてです。 (守山さんの教えを請うて以下に検証しました) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Eの例では、 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lt= 32uH Q= 100 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
で計算しています・・・と言うことは、ローディングコイルの損失抵抗Rdは、 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
XL= 1409 Ω(at 7.01MHz) → Rd=14 Ω | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EのMMANA計算結果は、 | 輻射効率をRdだけで計算すると、 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Z= 50 -j 1.1 (Ω) | 36/(36+14)=0.72 → -1.43dB | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ga= -1.14 (dBi) | Ga差 (-1.14) - 0.3 = -1.44dB…と合致している。 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
EのローディングコイルLtを取り除いたMMANA計算結果は、 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Z= 36 -j 1411 (Ω) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ga= 0.3 (dBi) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ローディングコイルのQが100程度では損失抵抗Rdが放射抵抗Rrに対して無視できない、 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ga差 1〜2dBを容認するならば…このQを調整し給電点Imp.を50Ωに近づけられる事 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
になる…下側エレメント長を短く出来る。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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FMVアンテナEの結果を調整、ローディングコイルのQを上げる。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
上記の結果を基にEのANT・ローディングコイルのQを1000とし、 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
給電点Imp.を50Ωに調整する。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
XL= 1357 Ω(at 7.01MHz) → Rd=1.4 Ω | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Z= 47 +j 1.3 (Ω) | (周波数= 7.010MHz) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ga= 0.2 (dBi) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
GローディングコイルのQは? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
前述EFの結果より…作成したローディングコイルのQが幾らであるかによって | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
下側エレメント長(設計値)が大きく違うことになります。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
となると・・・先ず組合せる(実作成する)ローディングコイルの実効Qを | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
見極めなければなりません。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
コイルの実効Qはどの様に計算すればよいのでしょうか・・・? | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
次の「コイルのQ」で考えてみます。 |