d16.　435MHz １４エレメント・摂動励振クロスアンテナの作り方(右旋円偏波)　 　　　　　2015/11/28
　　　　　　　　　　　　         　　　　（せつどうれいしん）　　　　　　　　　　

旧ホームページ（ホームページ・ビルダー）から移植したので、不具合、文字抜け等が有りましたらご連絡ください。2017/11/12　　　　 　　　　　　                                  　　　　　　　　↓再び作りました。2017/12/2↓　　

３本目を作りました。　　         435MHz 6エレメントの作り方も参考にしてください。　　     　　2017/11/30～2017/12/3　

2019/5/18↓↓  435MHz帯 14eleクロスアンテナの軸比（緑線）↓↓　　　　　　　　　

　　　↓ラジエーター（Ra）周辺のブーム加工図　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓ポリカーボネイト板加工図

　　　　　　　　↓ラジエーター（Ra）加工図

1.ブーム加工                                                         ↑右旋円偏波
　　・ノギスで卦がきを入れて、ポンチを打って、指定の穴をあける。　　 　　



　↑下穴φ2.5mm　　ドライバードリルでM3タップ立て　　　↑ステップドリルで長穴開け
 
1.2. ラジエーター部分の加工（下記の5枚の写真は、6エレメントの例）

　　　　　　　ラジエーターと同軸ケーブルのはんだ付けは、組み立てのところで行う。
 
1.3. エレメントの加工

　　　　　　　φ4アルミ棒(A5052)、長さ±0.1mmに仕上げること。26本製作に約2時間　　　ノギスと小型グラインダーを使用した。

1.4. 同軸ケーブル

　同軸ケーブルは2D-LFB-Sを使用した。長さは 435MHzの1/2λ電気長。253mm+半田付け部分

 2.組み立て
　2.1.ラジエーター（下記の5枚の写真は、6エレメントの例、同軸ケーブルは5D-FBの場合）
　　　ポリカーボネイトは比較的熱に強く強度も有るので、はんだごてが直接触れなければほぼ溶けることはない。
　
　　　↑ 芯線をRav銅パイプの中へ　　　　　芯線をはんだ付け↑　　　　　 　　↑ 編組をRav,Rah銅パイプの中に
　　　　　 　　　　　　↑ 編組もRav,Rahの中へ　　　　　　　　　　　　　　　　編組をはんだ付け（向こう側） ↑
手前の芯線側のポリカ板を1枚はずす ↑
← 矢印方向からアクリルラッカースプレー（クリヤー）を吹き付け
て同軸ケーブルとはんだ付けしたところの周囲を絶縁する。
（乾いてから3～4回）
吹き付けが絶対にコネクターに行かないようにすること。
 
 　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓　加工したブーム　↓

　　　　　　　ラジエーター（Ra）と同軸ケーブルの半田付け部分は、一液型RTVゴム（信越シリコーン）KE45Tを充填する。↓↓

                        ↑同軸ケーブルは 2D-LFB-S を使用した。                                                             ドレーン用穴を開けておく↓↓

　　　　↑2tアルミ板を加工した↑　　　ラジエーター（Ra）以外のエレメントは廣杉計器㈱ スペーサー C-420-6 でブームと絶縁すること。　　　　　　　　　　

3. 仮測定

　　　　　　　　↑右の写真の状態（XRa+ XRfe）のSWR及びRX特性　↑　この状態ではかなり低い周波数に合っている。

　　　　　　　　　エレメントと同軸ケーブルの接続状態が正しいことが確認できる。・ 

ブームを立ててエレメントが水平になるようにする。　　　　　　　　　　　　　ブームから約30cmは金属パイプは不可↑↑　                   

エレメントに接着剤（スーパーXハイパー,超多用途,屋外にも使える,ショックに強い,セメダイン㈱）を少量塗布し2～3分経過する。

それからエレメントを回しながらスペーサーに差し込みエレメントを左右均等にする。

ブーム、スペーサー、エレメントを接着剤で固定する。（下にだれ無いように）

塩ビパイプ用チーズ（HI-VP20）ブームにタッピングねじで固定する。                注)HI-VP: 耐衝撃性塩ビパイプ（黒に近い色）

チーズ（HI-VP20）にHI-VP20塩ビパイプ（1m程度）を差し込んで接着剤とタッピングねじで固定する。

ブームから約30cmは金属パイプは不可。（SWR等の性能に影響する）

                                                                            ↑　完成状態　↑　（HI-VP20塩ビパイプ取り付け前）

完成状態でアンテナのコネクター側のブームに塩ビパイプを差し込んで、周囲3～4m開けている場所でアンテナを上に向けてSWRを測定した。

共振点は438MHzとやや高くなった。調整等はしないで作ったままで測定した。（調整は出来ない）              2017/12/3 　3本目完了

アンテナゲインの比較測定とVH比（垂直、水平比）を測定しました。 （↓下写真はクリック拡大）

                                                                                                                  ↑受信用アンテナ      （木は手前にある）　送信用アンテナ↑（黄色）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑手前の垂直偏波（黄色）アンテナが送信用、向こうの X と I が受信用

↑14エレメント・エレメント位相式クロスアンテナの軸比モドキ（垂直・水平偏波の最大電圧、最小電圧のdB差）は0.66dBでした。なお同時に比較測定した10エレメント八木アンテナ（直線偏波設置）の軸比モドキ（垂直・水平偏波の最大電圧、最小電圧のdB差）は13.24dBでした。

この測定でも分かるように直線偏波アンテナ（通常の八木アンテナ）では、衛星に搭載されたアンテナから出る直線偏波が垂直/水平と変化すると受信信号が大きく変化することになります。

一方、14エレメント・エレメント位相式クロスアンテナでは垂直から水平に変化しても0.66dBしか変化しないことになります。（実際には大地反射等が有るので単純ではない）

ここで受信に使用した10エレメント八木（第一電波、A430S10R、13.1dBi）は垂直偏波に設置したものです。

単純にゲイン比較すると、14エレメント・エレメント位相式クロスアンテナがA430S10R、13.1dBiより約7dBもゲインが有るように計算されます。（-34.8）-（-27.24）≒7dB これは大地反射等他に要因が有ると思います。直線偏波を円偏波アンテナで受けると、さらに3dB少なくなります。検討課題とします。

★軸比モドキ（垂直・水平偏波の最大電圧、最小電圧のdB差）のシミュレーションと測定　　2017/12/29

・・シミュレーション

            ↑430MHz軸比モドキ 3.3dB(シミュレーション値差(dB))↑　　　　　　　　　　　　　↑435MHz軸比モドキ 1.2dB↑　　　　　　

　　                       　↑440MHz軸比モドキ  2.8dB↑　　                                  　　　　　↑436.5MHz軸比モドキ 0.3dB↑

・・測定環境

・・測定と結果

受信アンテナに14エレメント・エレメント位相式クロス八木アンテナを使用した。（軸比モドキ測定アンテナ）

送信アンテナに10エレメント八木アンテナ（直線偏波）を使用した。

送信アンテナに 0dBm(430MHz帯)を入力し、軸比モドキ 方向に約180°回転させ、受信レベルの最大値と最小値を求めた。

周波数は430MHz、435MHz、440MHzで測定した。

 シミュレーション　　テキスト　↓


　　特性　　↓

　　パターン（V,H） 　↓
　
　　SWR、R,jX、　↓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑　軸比相当長短差0.5dB以下
　
　　Gain、F/B　↓
　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑　クロス部拡大（F→B）
　1.2.外観寸法図、


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ブーム加工図　↑ ↑  1750を訂正→1825
　　エレメント長 ↓ 　(mm)

　　Ref.D12～D1：φ4.0アルミ棒、Ra：φ4.0銅パイプ、


　エレメント間隔 ↓　(mm)

 
3.加工寸法、写真等 　
　　ここの部分は、６エレメント・435MHzエレメント位相式　を参照のこと。
　　さらに、この部分も参照のこと。　（ポリカ板A,Bの板幅が違う）
　3.1.ブーム
　　　上図 ブーム加工図による。
　3.2.ラジエーター部分

　3.3.エレメント

　3.4.その他の加工、加工図、写真

4..組立写真等
　4.1.ラジエーターの組立　
　4.2.全体組立 　完成写真　↓
　

5.測定、（調整）
　5.1.測定 （AA-1000で測定）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↑　　　　　今回は特に調整していない　　　　　　　　　↑

　5.2.電波測定 　
　　ダイヤモンド　10エレメント八木（10ele）と比較した。　
　　軸比モドキ  2.0dB
　　測定値　10ele比max+1.9dB
　　　　 　　　10ele比min-0.1dB
　　　　　　　 10eleが13.1dBiなので、このアンテナゲインは、13.1+1.9=15.0dBi(max)　
　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　13.1-0.1=13.0dBi(min)　
　　　　　　　　これは、直線偏波を円偏波アンテナで受けたので、2.5dBロスしているとすれば、
　　　　　　　　max 15.0+2.5=17.5dBi
　　　　　　　　min　13.0+2.5=15.5dBi　平均値は、16.5dBi となりシミュレーション値とほぼ一致した。
　　軸比モドキ が2.0dBになって、シミュレーションの0.5dBより大きくなった。
　　これは、前回測定して1dB程度だった6エレメントも2dBとなったので、測定誤差が同じように出たと思われる。
　　いずれにしても、屋外でアマチュアが測るので、1～2dB程度の誤差は生じると思う。

6.仕上げ
　6.1.防水処理
　　ラッカースプレー（クリヤー）をラジエーターのクロスのはんだ付け部分（同軸ケーブルを含む）に吹き付けて防水
　　絶縁する。さらにKE45Tを充填すると強度と防水性が向上する。
　　アクリルラッカースプレー（クリヤー）が良いが、高いのでラッカースプレー（クリヤー）でも良い。（SWR等は変化なし）

7.製作のポイント
　7.1. ラジエーター周辺の寸法（ポリカ板、Ref、D12間隔等）及びエレメント長は±0.1mmにする。
　7.2. その他エレメント間隔は±0.1mm～±0.1％程度にする。（300mmで±0.3mm、1mで±1mm）
　7.3. 同軸ケーブルは5D-2Vを1/2e長×12倍にした。（300/435/2×12×0.67=2.78m）、AA-1000で測定して長さ調整
した。（e=短縮率）は、電線メーカーやロットによって少し違うので実測が必要）　
1/2e長はアナライザーAA-1000（AA-600）で測って、R=最大（赤線） 、X（jX、緑線）=0
ポイントが、435MHzの1/2λe長（n倍）になる。　
AA-1000等が無い場合は、クラニシBR-510でもある程度推定できる。
MFJ-269はUHFは測れない。

　7.4. ラジエーターのクロス部分のはんだ付けを含む寸法精度Rahは平行、Ravは中心から3±0.1mm程度
　7.5. 以上の要件を満足すれば調整はほとんど不要になるはず。

8.設置　　　工事中

9.使う 　　　工事中

10.コメント
　　ポイントは、
　　① 特にラジエーター周辺の寸法精度をだす。（寸法誤差が少ないほど、調整不要になる）
　　② 同軸ケーブルを1/2e長×n倍にする。（要調整）
　　この2点です。

11. ラジエーター寸法について 　2015/11/28
シミュレーターでは、
RavはZ軸上で Z 0とZ175になるので、長さは175-0=175となる。
RahはY軸上で Y 3とY157になるので。長さは157-3=154となる。
従ってラジエーターは、175+154=329を175と154の間に切れ目
を入れて90°に曲げていた。
これを実際に取り付けると、左側の拡大図のようにラジエーター
の半径（r=2）だけ外側（この図で上と左）に行き、ラジエーター
Rav,Rahが各2mm長くなってしまっていた。
これをここでは、Rav=175-2=173、Rah=157-3-2=152、にして作っ
た。
従って、(173+0.5)+(152+0.5)=326にして、173.5に切れ目を入れて
90°に曲げればよい。なお、0.5+0.5=1mmは金ノコ歯の厚み。

これによって、別の6エレ・エレメント位相式クロス八木、2本も無調整でSWR1.2以下となった。

　11.1. 詳細検討　2015/11/29　


これは、MMANAのラジエーター部分の
テキスト部分で有る。


　　　
このテキスト部分の数字は座標を表しているので、
これを図にすると左図のようになる。
RavはZ0からZ175までなので、175mm
及びZ0～-Z175までなので、175mm
RahはY3からY157までなので、157-3=154mm
及び-Y3～-Y157までなので、154mmとなる。

　
これにエレメントの中心線にエレメントを入れると
線径部分に重なりができてしまうので、実際には
このように設置できない。
ただし、重なる部分をそれぞれ45°に切り込めば
設置可能で有るが実用的ではない。
このMMANAは中心線で長さや太さを出して計算
している。

　
　
実際の加工と設置は、繋がるRavとRahを一本にして
90°に曲げると簡単にできる。
左図の右下のRahとRavも同じ要領で作る。

この状態でRahは0軸上に水平に、Ravは座標中心が
左右に3mmずらすので、左図の位置になる。
すると、Rahは、始まりがZ5.5で、終わりがY157なので
エレメント長としては、Y157-Y5.5=151.5となる。
一方、Ravは、始まりがZ2.5で、終わりがZ175なので
エレメントとしては、Z175-Z2.5=172.5となる。
しかし、このままではY3,Z0は、はんだでつながるので、
Rav,RAh共に2.5ずつ長くなってしまう。

従って、ラジエーターとしては、左図のようにする。

折り曲げた場合は、始まりが中心から3mmがれている
Rahは最大座標から5.5mm短く、中心から離れていない
Ravは2.5mm短くする。

　
シミュレーターでは、ラジエーターを90°に曲げた
2本の間に給電するようになっている。
ここは最短距離、すなわちY3+Y3=6mmで有るが、Rah
が左右に離れて、Y5.5+Y5.5=11mmとなっている。
その間を左図のように同軸ケーブルを繋ぐと、芯線と
編組の合計は11mmを超えて、約20mmぐらいになって
しまう。
その長くなった部分は+リアクタンスとなって、特性に影
響する。
 
 
 
 

このアンテナのシミュレーションでは、R44.395、jX-9.501 となっている。

　　　　　これを、前記のように組み立てて実測すると、下表になった。

これで見ると、jX-9.501が-6.4になっているので、その差　3.101が
同軸ケーブルの長さになっている感じで有る。
もう少し、同軸ケーブルの剝きしろが長くても良い。

それでは、この同軸ケーブルの部分をあらかじめシミュレーション
に入れてみると、どうなるか。

その結果は、下記↓


この結果、給電点の同軸ケーブル相当部分（-X0.006））を6mmにして、6+3+3+6=18mmにしたら実測値と一致した。
シミュレーションの軸比は0.9dB。(少し悪くなった)
また、この時のRも46.455と上昇し、SWRも1.16となり、実測値に近くなっている。
したがって、この同軸ケーブルの接続しろのコの部分を6～10mmにしてシミュレーションするか、又はここをフラットに
してRを45～50程度に、jXを-3～-8程度を見込んでシミュレーションしておけば良い。
以上を整理すると、
1. シミュレーションでは、軸比モドキ を1.0dB以下にして、給電点をフラットにして、Rを45～50 程度に、 jXを -3～-10 程度
　にする。
2. ラジエーター長は、始まりが中心から3mmがれている場合は最大座標値から5.5mm短く、中心から離れていない場
　合は2.5mm短くする。（φ4銅パイプの場合）
  
　　　　　　　　　　　　　おわり