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2012年12月17日月曜日

【HAM】 JA9TTT's NEW Antenna

【JA9TTTの新アンテナ】

アンテナ全景
 アマチュア無線局(HAM局)にとって何が一番大切かと問われれば「アンテナ」という答えが圧倒的ではないだろうか。 或はV-UHF manなら「ロケーション」と答えるかもしれないが、そのFBなロケーションにFBなアンテナを上げればベストであるにちがいない。 無線局にとってアンテナは一番大切だと思っている。オンエア経験を持つお方なら皆さん同じではないだろうか。

 ここで紹介するのは最近リニューアルした当局のアンテナ系である。 世間にはFBなロケーションに広大な土地を持ち、何本ものタワーを建設して楽しんでおられる方もあまたおられる。 だから、こんな例は参考にもならないとは思うが、限られた条件で努力した結果だと思っていご覧いただければ幸いだ。

目標:少ない数のアンテナで可能な限り多くのHAMバンドをカバーし、それぞれローパワーでも実用になる程度の輻射効率・性能を持つアンテナであること。

リニューアルしたアンテナ
 今回リニューアルしたアンテナは、14MHz以上をカバーするものだ。 従来の4エレ・トライバンダ(14、21、28MHz)、またエレメントが脱落していた50 MHzの4エレ、そしてロスが多くなっていた144/430MHz-2バンドGPの全てを撤去し、いずれも新しいアンテナに交換した。

 10MHz以下のHF帯ローバンドについては、既設アンテナの成績が良かったのでそのままの形式を継承することにした。 但し長年の風雪でトラップコイルの劣化が見られるようなので、折りをみて交換・保守を行なう方針だ。 10MHzについては、ロータリーDPの選択肢もあったのだが、今回は見送ってタワーから傾斜型に降ろしたDPで行くことにする。これも国内局相手なら特に悪くないと感じたからだ。

 以上、14MHz以上のアンテナを交換したことになる。 なお、従来は24MHz帯のアンテナはなかった。今回は5バンド八木にしたので18MHzがビーム化されたとともに、新たに24MHzバンドが追加された。

HF帯と50MHzの八木
 各バンドともにフルサイズのビームアンテナが理想であろう。しかし、限られた敷地と1本のタワーではいかんともしがたい。

 どこかのバンドに特化すると言う選択肢もあるだろう。 前のソーラー・サイクルのピーク時に28MHzの8エレだったか(フルサイズのロングブーム型)でばんばん楽しんでいた友人もいた。 しかし、ピークを迎えている今回のソーラー・サイクル(サイクル24)は少々微妙なようで、まんべんなく各バンドに出られる方が良さそうな感じだ。

 この際、14MHzの3エレ程度のフルサイズにでもしようかと思ったのだが、5バンドのトラップ式八木になった。エレメントは9本もあるが、各バンドとも動作するのは4エレで、しかも帯域幅を得るために中心部の2本は位相給電している。 実質的にはナロースペースの3エレ短縮八木に相当すると思えば間違いないようだ。 従って、ばんばんDXを撃ち落とすようなことは無理で、コンディションの良い時に雑魚と遊ぶ程度と思えば落胆もなかろう。ナガラのT-59GXと言うもの。

 50MHzはフルサイズながらも5エレの小振りな物にした。 一応,ロングブームタイプなのでそれなりにビームは鋭い。 今の季節、6mバンドのコンディションは良くないし出ている局も少ないが、聞いて見た感じはまずまずなようだ。地上高もそこそこなので見える範囲には飛ぶのではないだろうか。クリエートのCL-6Aと言うもの。

V-UHFのアンテナ
 基本的に、V-UHFは連絡用と割り切っているのでビームにはしなかった。 それでも多少はゲインがある方が良かろうと言うことで、全長が5mも有る多段コリーニヤアレー式GPにしてみた。 第一電波工業:DiamondのX-7000と言うもの。

 最初は、同じメーカーのX-5000で行こうかと思ったが、X-7000の方が「絶対に良い」あるいは「下手なビームアンテナなど要らない」・・・とか言う、強いサジェスチョンがあったので採用した。

 なにせ、長いので冬の強風や台風が心配で、夏場の雷も恐いのだが、まあ様子を見たいと思う。 タワーの天辺に付けると同軸が長くなって不利なのだが、もちろん見通しは一番だろう。 今日は風があったので写真の様にだいぶたなびいている。

HF帯Low-Bandのアンテナ
 次回リニューアルする予定のアンテナだが、紹介しておく。 1.9、3.5、7MHzをカバーする逆Vアンテナである。 7MHzはフルサイズである。給電点も1/2λに近いのでなかなか良く飛んでくれるようだ。 なお、ワイヤーアンテナは写真に写り難いので「見える化処理」をしている。hi hi

 少なめのインダクタンスを持ったトラップコイル(自作)を使っているので、3.5MHzや1.9MHzもあまり短縮されておらず、エレメント部分はかなり長くなっている。 3.5MHzはタワーの高さが有るのでエレメントの引き下ろしに問題はない。

 しかし1.9MHzはエレメントが更に長くなるのでそうも行かない。 狭い敷地ではいかんともしがたい所だ。 選択肢は幾つか有るがローディングコイルで短縮する形式はQが高くなりすぎてバンド幅が取れない。それは過去に作って経験済みだ。 そのためエレメントを折り返えすことによって、言わばキャパシティ・ハットのような形式で行くことにした。 幸い、この形式は成功したようでバンド幅も取れているしQも上がらないので良い方法だった。 逆VやDPは左右エレメントが概略対称形で何となくバランスするからローカル・ノイズには接地系より明らかに有利だ。

(注:アンテナのQは低いほどバンド幅が取れる。もちろん、抵抗:Rを入れてQを下げるのはナンセンスだ。抵抗の高いステンレス・ワイヤで作るとそうなるのだが・・・笑)

参考2016年6月、HF帯のアンテナをリニューアルした。 同じくトラップ形式の逆Vアンテナである。 新しいアンテナは1.9MHz、3.5MHz、7MHz、10MHzの4バンド形式で製作した。詳細は以下のリンクでご覧を、→Quad-Band_IV-Antenna

10MHzは課題ありか?
 10MHzは給電点が約10mの傾斜型ダイポールになっている。 ゲインはないし、やや低いので高性能ではない。 しかし、SWRも低く、ノイズの拾い込みも昔使ったGP系よりも少ない感じだ。

 もっと高く上げたいところだが、当面はこれでやってみたい。 希望を言えば短縮でも良いから2エレくらいのビームアンテナが・・・と言ったところ。 10MHzは考えているよりずっとDX向きのバンドなので、良いアンテナさえ上げればとても面白いと思う。今回はやや冷遇した感じだ。

 取りあえず、国内向きに前と同じこれを上げておいた。 そこそこ飛ぶのでJCCサービスのリクエストくらいには十分お応えできるだろう。(笑)

アンテナ・ローテータとケーブル引下し
 アンテナ・ローテータは(株)エモテーターで整備済みの1105-MXを再利用している。 分解オーバーホール済みなので快調だ。 ユニバーサル・カップリングを入れて捩じれによる影響を軽減してある。 なお、タワーにはアンテナ・エレベータが付いているのでローテータはその台車に載っている。

 この部分のオーバーホールではマストベアリングの固着が問題であった。アンテナを上げる直前に発覚したので、急遽分解して清掃を行ない、グリースアップをして何とか間に合わせた。 C社のプラスチック・ボールのマストベアリングが良さそうだが、残念ながら間に合わなかった。

 エレベーター部分からのケーブル引下しには以前から何となく自信が持てなかったのであるが、JE1SLP吉田さんが旨く処理してくれた。こんな感じにバインド線など使って補強して吊り下げておけば大丈夫だそうだ。VY-TNX!

ケーブル接続
 ケーブルは途中で接続するものではなく、つなぎの無いものを使うべきだろう。 販売店に聞いたらサポート金具のような物を作ればFBケーブルをローテータ部分(回転部分)に使っても大丈夫だと言う。 実績もあるようなので詳しく聞きたかったが、今回は「つなぎ式」で行くことにした。

 写真のループ部分でアンテナから来た10D-2Vとシャックに引き込む10D-FBを繋いでいる。このケーブルはV・UHFのGP用なので1200MHzを含むからコネクタはいずれもN型である。

 N型コネクタの良くない点はスッポ抜けが起こることだ。 引っぱり力が掛からないようにループ式にしてみた。 この部分、前のGPでも問題になった部分であり、アンテナ系の中では寿命の短かった部分であった。 アンテナの上げ下げは滅多にしないので繰り返しの屈曲に弱いFBケーブルでも大丈夫だろうと言う判断である。

逆Vアンテナの給電部
 今回のリニューアル対象にはならなかったが、3バンド逆Vの給電部分である。 自作の「強制バラン」が入っていたと思う。 ベーク板の上にコネクタ付きで作った。

 なお、今のところ使えているが、ハンダ付け部分のハンダ痩せが見られた。 おそらく、酸性雨あるいは濡れた時の異金属による電食などで溶け出すのであろう。

 ハンダ付けした上にペイントを塗るとか、そもそもハンダ付けを使わず圧着で組立てるなどの対策をすべきなようだ。 屋外に曝される構造物は耐候性を考えないと長くは使えない。

ケーブルを引き込む
 ビーム系とVUのGP、そしてローテータケーブルは一緒に上げおろしされる関係から束ねておく。 また、逆Vと10MHzのDPは引き込み部分の手前で束ねるようにした。

 束線には「束線バンド」を使っているが、補助的にはアルミ線をも併用して万一、バラバラにならないようにしておいた。

アンテナ工事の補助材料
 アンテナの工事には様々な物が必要になるが、今回使った目新しい物を紹介する。

 束線バンドは従来から存在して来たが、耐候性が無いのが泣き所であった。 最近の例では、工事業者が耐候性のない束線バンドを使って工事をしたら、何ヶ月か経って電線が垂れ下がってしまい電車を止めると言う事故があったほどだ。

 従って束線バンドは屋外使用では信頼性が低いので、使わぬ方が良いのかもしれない。 しかし、屋外用として「耐候性」をうたう製品も出て来ているので今回は積極的に採用してみた。それでも心配はあるので、補助的にアルミ線でも補強しておいた。

 右の二硫化モリブデン・グリース・スプレーは、アンテナエレベータのワイヤー巻き取り部分に噴射して錆び止めを狙ってみた。(下の写真) 浸透して行く感じなので、単純にグリースを塗り付けるよりも良さそう。 引き出された部分にも普通のグリースタイプを塗布してもらった。

気休め・笑】
 アンテナ・エレベータのワイヤー巻き取り部分である。 メンテナンスを怠っていたら、ワイヤーが真っ赤に錆び付いてしまっていた。 今回はワイヤーの交換も行なったほか、防錆のためにグリースの塗布を行なっている。

 巻き取り部分でワイヤーが盛大(?)に錆びたので今回は上の写真のグリースをたっぷり塗布し「気やすめ」にコンビニ袋で被っておいた。 袋に耐候性はないので、すぐに交換は必要だろうと思う。 プラスチック類は紫外線劣化するので選択が難しいと思う。


別のアングルから
 最後に、今回リニューアルした当局のアンテナ系を別のアングルから撮影してオシマイにする。

 ナロースペースなので、エレメント数の割には周囲を威圧する感じが少なくて良かった。 まあ、その分だけ飛びはそこそこであろうが、目的に対して十分そうなので満足している。 簡単なスイッチ切換えで多バンドに出られるのはなかなか便利だ。昨今のリグからは、バンドデータが出ているので自動切換器の製作も可能だと思う。そうなれば増々便利だ。

                ☆ ☆ ☆

 暮れの休日、風は強かったが出掛ける予定もキャンセルになったので「今日しかない」という意気込みで、最後に残っていた作業を済ませて完成まで漕ぎ着けた。風はあったものの、地上の作業がメインだったので助かった。また、思ったより寒くなかったので作業も捗った。なかなかこれで完璧と言う所までは行かない物だが、取りあえず一段落と言った所だ。 これで目標のように少ない(5本)アンテナで多くのバンド(13バンド)をカバーすることができた。それぞれ、QRPでもまずまず実用になるだろう。

                  ☆

 たくさんのバンドに出たいのなら。数条のワイヤーにオート・アンテナ・チューナーがベストではないか?と言われそうだ。 確かに、条件次第ではそれが良いこともある。 しかし、オンエアする周波数に共振したエレメントに乗せるのと、共振していないワイヤーにチューナーで(無理矢理?)乗せるのとでは、聞こえも飛びも全然違ってくる。これはやって見ればすぐわかる。 従って、やむを得ない時の非常手段にオート・アンテナ・チューナーは良いのかもしれないが、固定局の常設アンテナは各バンドに共振したものがベストだと思う。そのうえで、アンテナ・チューナはリグとのマッチング改善に使う程度が良い。

 これでまたたくさんのバンドに出られるようになった。メンテナンスしながら維持して行きたい。 これから少しアクティブにオンエアしてみよう。 春先のHF帯ハイ・バンドも楽しみだ。 そう言えば、V・UHFのリグを新調しなくてはいけないのだった。どれが良いかなあ。(笑) de JA9TTT/1

                ☆ ☆ ☆

 末尾ながら、アンテナのリニューアルに当たって、旧アンテナの撤去から複雑なアンテナの組立て、そして建設まで多大なご援助を頂いたJE1SLP吉田さん、JA1CTZ三昌さんに感謝いたします。 またアンテナの選定に当たって、有益なご助言いただいたJA1COU村田さん有難うございました。

(おわり)

2012年12月1日土曜日

【HAM】Repair a Antenna Coaxial Switch

【アンテナ同軸スイッチの修理】


DAIWA CS-401 Coax. Switch
 少ないアンテナでなるべくたくさんのバンドにオンエアできるようにしている。  必然的にマルチバンドアンテナの組み合わせになるから、どのアンテも高性能とは言えない。 それでも自作受信機の実働評価や送信機のテスト・オンエアに各バンドのアンテナは欠かせない。多バンドのアンテナが欲しくなる理由だ。

 アンテナが増えリグも増えたら切換えが必要になる。 いちいち同軸コネクタの接続替えをするようでは面倒であろう。 写真は当局のアンテナ側の切換え器である。 このスイッチで切り替えて、1.9〜50MHzの10バンドを4本のアンテナでカバーする。 なお、144〜1200MHzは別のアンテナがあってこのスイッチは通さない。 結局全5本のアンテナでMF帯〜UHF帯の13バンドをカバーをしていることになる。

 便利に使って来たのだが、暫く前から接触の悪いポジション(接点)が目立つようになって来た。 すり減るほど切り替えてもいないのだが、所詮はアマチュア用なので機械的な強度が不足していて劣化した(=壊れた)のだろうと思っていた。

しかし、意外に安くないのがこの種のアンテナ・スイッチだ。直せるものを捨てては勿体ない。この際メンテナンスを試みることにした。

CS-401の外観
 1入力で4出力の同軸切換器だ。
DC〜500MHzまでがSpecだったと思うが、まあアマチュア用なのでAgilentの同軸スイッチのようにフラットなインピーダンスとは行かないだろう。 但し、耐電力だけはタップリあってkWでも大丈夫なはずだ。

 修理不能を想定しネットで交換用を探していたのだが、すでにこの形式は製造中止らしかった。 しかも国産のHAM用品メーカーは元気が無いようで、殆ど製品を出していなかった。 しっかりしていて良さそうな4wayアンテナ同軸切換器ともなるとMFJあたりの輸入品しかないようだ。

・・・となれば、これを直したいものだ。ダメもとでやってみよう。

CS-401の裏面
 Passedのシールが貼ってあるが、この際無視して開けるしかない。上手に開けたのでシールを切らずに開けられた。(笑)

 底面の4つのネジを外せば良い。 このフタは単なるフタであって、内部にホコリが入らぬようにしているだけの物だ。 このスイッチは防水構造ではないようだから、屋外使用は無理である。

買ってから何年になるのだろう・・・などと思いながら作業を進める。

CS-401の内部
 裏蓋を開けるとこのようになっている。 ガラエポ基板上に接点構造が組み付けてあるらしく、このままでは見ることもできないし、もちろんメンテナンスも不可能である。

 しかし、十分な数のネジでしっかりケースにアースしてあり、端子間のクロストークが少なく、各ラインのインピーダンス不整合が少なくなるような配慮が見られる。

 機械的なガタもなさそうだ。 内部は奇麗であって接点の状態を確認してメンテすれば十分復活するのではないかと思えた。 そのためには、各コネクタへハンダ付けされている銅の接片を外さなくてはならない。 容量の大きなハンダ鏝とハンダ吸取器を使いピンセットで接片を持ち上げるようにしてハンダを外した。 なお、ハンダ吸取器がなければハンダ吸着リボンでも良いと思う。

 同軸コネクタの絶縁物は高周波特性に優れるスチロール樹脂である。但し耐熱性に劣るので、十分な熱容量のあるハンダ鏝で手短に済ませる必要がある。 中途半端な熱容量のコテを長く当てているとコネクタの絶縁物が溶けて変形してしまう。ここだけは要注意だ。

CS-401の接点構造
 写真をクリックすると良くわかるが、接点はこのような構造になっている。 最短距離で接続されるようになっており、うまく考えてあると思った。 接片の矢印部分が押されると該当の接点が閉じるようになっている。

 操作の感触から見て、普通のロータリースイッチではないだろうとは思っていたがこのような構造とは思わなかった。 これなら周波数特性も良好だろう。

 接触が悪くなっていたのは、この各接点が汚れて来たからだ。 銀系の接点らしくやや硫化が見られ色がくすんでいた。 なお、写真は清掃後の状態だ。

 清掃はまず無水アルコールを綿棒に浸して丁寧に汚れを除去する。洗うつもりくらいが良い。綿棒の先がグレーになるくらい汚れていた。

 その後コンタクトスプレー(接点復活剤)をごく少量だけ綿棒に付け、接点の部分にだけ薄く伸ばしておく。 これで接点の摺動が滑らかになり摩耗もしにくい。 なおコンタクトスプレーを直接噴霧してはいけない。 液が滴るほど噴霧する人がいるが多く掛ければ効果が良くなる訳ではない。むしろ逆だ。

 洗浄と潤滑は別と考え、揮発性の溶剤で良く洗浄してから、あらためて潤滑剤を使うべきだ。

プッシュ・ロッド
 ツマミの回転で、写真に矢印で示した樹脂製の押し棒(プッシュ・ロッド)が飛び出し、上の写真の接点バネを押し付ける仕組みになっている。 それで接点が閉じる訳だ。

 周波数特性を良くするのが目的のスイッチでは良くある構造だ。 プッシュ・ロッドの動きが良いよう、当たり部分に摺動グリース(モリブデン・グリース)を少しだけ塗っておいた。 ロッドの軸受け部分も軽く潤滑した方が良いかもしれない。

 更にこの先まで分解する必要はなさそうだったのでここで分解は終わりにした。 あとは奇麗にした接点を汚さぬよう、逆の手順で再組み立てを行なう。

 コネクタのハンダ付け前に念のため接触状態をテスターで確認しておいた。 接触状態は接片のところで測れば良い。 各々mΩ(ミリオーム)オーダーの接触抵抗を示し、安定していたので修理は成功である。

 その後、手早くかつ確実にコネクタ部分のハンダ付けを行なって裏蓋を閉めれば作業は完了だ。

参考:この際、ネットアナに掛けて調査したらどうかと言うご意見もあろう。しかし、それでわかるくらいならマズ不合格だ。受信機に繋いで空間ノイズの入感状況で見れば十分だし、それがアマチュア的だと思う。何でも高級なことをするのが良い訳はでない。

前と同じように
 前と同じ場所に戻して終了である。 これで暫くは接触不良に悩まされることもないだろう。

 写真のように各アンテナを接続して切り替えてみた。 リグから発するノイズの状態で安定して切換えできているかどうかわかる。 ガサゴソ言わず「スパッ」と同じ状態に切り替わるなら合格だ。 もちろん各バンドでVSWRの測定も行なってみたが問題はなかった。 スイッチを通す前と変わりはない。

                ☆ ☆ ☆

 只今、全面的なアンテナの整備中である。アンテナは屋外に曝されるだけに年数が経過すれば劣化してくる。ハンダ付け部分も酸性雨によって徐々に溶けて行くらしく、だいぶ痩せていたほどだ。 アンテナの完全リニューアルにはもう少し時間が掛かりそうだ。

 屋内にあったアンテナ切換器も年数の経過で接触不良が我慢できなくなっていた。 電位差ができる関係だろうか、密閉状態でも接点には汚れの付着が見られた。 頻繁に切り替えていれば自然に接触状態が保たれるのかもしれない。切り替えずに置いたのが良くなかったのだろうか。 しかし清掃も済んで接触状態も安定したから暫くは大丈夫だろう。 開けてみて接点に摩耗や傷などはなく奇麗なことが確認できた。 表面の薄い汚れさえ除去すれば支障は無かった訳だ。僅かの手間で捨てずに済んだ。 浮いた費用は他の充実に回そう。hi

 年数が経過しまた接触が不安定だと感じたならオーバーホールしよう。 見てのように、慎重にやれば特に難しい作業ではない。リニューアルしたアンテナの話しはまたいずれ。 de JA9TTT/1

(おわり)