5/8λエレメント使用時のラジアル線の動作について

アンテナチューナーのエレメント長を5/8λにしたとき、1/4λのラジアル線が必要なのか実験してみた結果。

1.目的
5/8λ電圧給電エレメントを使用するとき、ラジアル線がどのような影響を与えるかを検証する。

2.仮説
5/8λ電圧給電エレメントは1/2λ(4/8λ)よりローインビーダンス側に寄っているため1/4λラジアルの影響を受けるが1/4λ接地型エレメントより影響が少ない。市販の固定用5/8λGPアンテナにラジアル線を持つものが多いことから、ラジアル線は取り付けるほうが安定すると考えられる。

3.検証
6mワイヤーをエレメントとし、2.5mワイヤーのラジアル線がある場合とない場合のVSWRを比較する。6mワイヤーは28MHz付近で5/8λ動作となる見込み。

ⅰ. バラン無し、チューナースルーで2.5mラジアル線を同一長180度(不平衡DPアンテナとする)に接続した場合のVSWR最低は1.5で周波数は27400kHz。以降この周波数で固定する。

ⅱ. 6mエレメント+2.5mラジアル線でL型GPを構成するとチューニングした場合、VSWR最低は1.2。

ⅲ. 6mエレメント+2.5mラジアル線から2.5mラジアル線を取り除くと、再チューニングしてもVSWR最低は1.4。6mエレメント根本に触れるとVSWRが2.5~3.5に悪化することからエレメントは電圧給電動作。2.5mラジアル線先端に触れるとVSWRが2.5~3.5に悪化することからラジアルにはRF電流が流れていることが分かる。ラジアルとして完全に機能する。

ⅳ. 6mエレメントに0.6m(<<1/4λ)のラジアル線を接続してもVSWRは変化しない。ラジアルを触っても変化なし。ラジアルとして機能していない。

ⅴ. 1.5m(<1/4λ)のラジアル線を接続してもVSWRはあまり変化しない。ラジアルを触るとVSWRが1.4から少し低下する。長さ不足のラジアルとして動作。

ⅵ. 9m(>>1/4λ)のラジアル線(多少巻いた状態)を接続してもVSWRは変化しないが、巻き状態を調整するときにVSWRが極端に悪化する場合がある。

ⅶ. 3.5m(>1/4λ)のラジアル線を接続するとVSWRは変化しない。ただし、主エレメントの根本を触ったときのVSWRの悪化の量が少なくなる。ラジアル線はどこを触れてもVSWRが変化しない。この長さは3/8λ付近であり端末部のインピーダンスが高くラジアル線として機能しない。


4.結果

・エレメントが5/8λ付近の電圧給電動作をしている状態で1/4λのラジアル線を接続するとVSWRを改善できる。
・1/4λより十分短いラジアル線は影響を与えない。
・1/4λより長いラジアル線は影響を与えないか、状態により影響を与える。


5.考察

・5/8λ電圧給電は完全な1/2λ動作ではなく低インピーダンス側に寄っているため僅かにアースの影響を受けてVSWRに影響するが(1.4→1.1程度)、1/4λラジアルのように十分な低インピーダンスのRFアースを接続しない限りVSWRに十分な影響を与えない。

・5/8λ電圧給電に1/4λラジアル線を取り付ける場合に1/4λにもRF電流が流れることを考慮すると、1/4λに送信出力の一部もしくは半分が分配されるため主エレメントの放射電力に影響を及ぼす可能性がある。(1/4λラジアル線無しで必要なマッチング状態(1.5以下)を得られるならば、1/4λラジアル線は無いほうがエレメントにかかる電力が分散されない可能性がある。)

電圧給電ではラジアル線が不要かと考えていたが、1/2λの完全な電圧腹での給電ではない5/8λエレメントのVSWR改善のためには1/4λラジアル線を取り付けるパターン、取り付けないパターンの両方を試行するほうが良いと考えられる。また、チューナー筐体の影響もあるが、短いラジアル線があまり影響を与えていないことから、ツェップアンテナで見られる補助エレメントは効果が無いかもしれない。

メーカー製の5/8λ VHF/UHF GPアンテナにもラジアル棒が付いているものが多いし、5/8λ UHF/SHFノンラジアルアンテナにも目立たないようにグラウンド側に計算された長さ(1/4λ)のスリーブでシュペルトップバランを構成しているものもあるし、1/4λのラジアルは5/8λエレメントに対しても効果があるのだろう。

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