ダイポールアンテナとダブルバズーカアンテナ(ストレート結線)とダブルバズーカアンテナ(クロス結線)のMMANAシミュレーションをやりました。
以前から気になっていたダブルパズーカアンテナについてMMANA-GAL_BASICでシミュレーションを行い どの程度の広帯域化とゲインが得られるのかダイポールアンテナと比較してみました。
ダブルバズーカアンテナはエレメントの一部に同軸ケーブルを使うアンテナで2種類存在します。
2つを区別する為に米国オリジナルの結線をストレート，改良版として日本で流行っている結線をクロスと呼ぶことにします。
1)構造
下図左から「ダイポールアンテナ」「ダブルバズーカアンテナ(ストレート)」「ダブルバズーカアンテナ(クロス)」のイメージ図です。
同軸は1/4λに共振する長さにカットし、先端を短絡。
これを2本用意して各エレメントにします。
同軸ケーブルは芯線と網線との間の樹脂により絶縁されています。
この樹脂の影響でアンテナエレメントの1/4λ長さより短くなり3D2Vの場合短縮率は0.67と言われています。
同軸を短絡した先端からアンテナエレメントの1/4λ長さまで電線により延長させればダブルパズーカアンテナのエレメントが完成です。
2本のエレメントと給電部との結線の違いによりストレート結線とクロス結線を作ることができます。
2)等価回路
ダブルバズーカアンテナの同軸は一般に「スタブ構造」と表現されていますが1/4λに同調させることで並列共振回路によるBPFと等価構造になっています。
このことを踏まえてダブルバズーカの結線を等価変換してみます。
ここで、コイルのリアクタンスとコンデンサのコンダクタンスが分かればMMANA-BASICで シミュレーションが可能になります。
今回、同軸として3D-2Vを使う前提で検討してみます。
3D-2Vの芯線と網線間の静電容量は約68pF/mの様です。
正確に求めるなら実測すべきなんですが今回は大体の特性を求めたいだけなので68pFとします。
シミュレーションサンプルとして14.05MHzのアンテナでシミュレーションしてみます。
必要な1/4λの同軸の長さは
300/14.05*0.67*0.25=3.5765m
これに68pF/mを掛けると 243pF です。
243pFで14.05MHzに共振するコイルの容量を計算すると L=0.528uH になります。
これでLC共振回路の定数が決まりました。
次に同軸によるBPFのＱが必要なんですが空芯コイルで作るよりＱは高めだと思われますので仮に500としておきます。
どうてすか、これでMMANA-BASICでシミュレーションする為に必要なデータが揃いました。
早速シミュレーションしてみます。
3)MMANAシミュレーション結果(バンド幅)
3-1) ダイポールアンテナ
Φ1mmの電線5.21mのエレメント2本で作ったダイポールアンテナの特性です。
75ΩにおけるSWRは良好でバンド幅も決して悪くはありません。
3-2) ダブルバズーカアンテナ(ストレート結線)
同軸ケーブル3D-2VとΦ1mmの電線を組み合わせて作った5.21mのエレメント2本によるダブルバズーカアンテナ(ストレート結線)の特性です。
ダイポールアンテナより若干バンド幅が広がっているのが分かります。
3-3) ダブルバズーカアンテナ(クロス結線)
同軸ケーブル3D-2VとΦ1mmの電線を組み合わせて作った5.21mのエレメント2本によるダブルバズーカアンテナ(クロス結線)の特性です。
ダイポールアンテナやダブルバズーカアンテナ(ストレート結線)よりバンド幅が広がっているのがはっきり分かります。
4)MMANAシミュレーション結果(ゲイン)
気になるゲインを確認してみます。
リアルな地表に設置させると高さ等によりゲインが変わってしまうので設置条件をFreespaceにしてアイソロ比で比較することにします。
MMANAシミュレーションの結果のみ
・ダイポールアンテナの共振点のゲインは2.13dBi
・ダブルバズーカアンテナ(ストレート結線)のゲインは2.12dBi
・ダブルバズーカアンテナ(クロス結線)のゲインは2.11dBi
でした。
SWR幅を広げると若干ですがゲインは下がるようです。
-0.01～-0.02dbなのでおそらく実害はありませんね。
みなさん、ダブルパズーカアンテナを自作し利用されている様です。
重い同軸を使う事でHFの場合にはエレメントをピンと張りにくい欠点はありますがSWR幅が広く取れるというのは非常にありがたいアンテナです。
今後、アンテナを作る時の有力な選択肢の一つになります。
MMANA-GAL_BASICのデータを下記に書きます。
コピペして「DP20.MAA」「DoubleBazooka_Straight.MAA」「DoubleBazooka_Cross.MAA」として保存してからMMANA-GAL_BASICに読み込めば動作できるはずです。
※ダイポールアンテナ「DP20.MAA」
------------------ ここから ------------------
DP 20m
*
14.05
***Wires***
3
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, 0.02, 0.0, 0.001, -1
0.0, 0.02, 0.0, 0.0, 5.21, 0.0, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, -5.21, 0.0, 0.001, -1
***Source***
1, 0
w1c, 0.0, 1.0
***Load***
0, 1
***Segmentation***
400, 40, 2.0, 2
***G/H/M/R/AzEl/X***
2, 20.0, 0, 75.0, 120, 60, 0.0
###Comment###
Mod by a, a 2024/06/03 17:03:47
------------------ ここまで ------------------
※ダブルバズーカアンテナ(ストレート結線)「DoubleBazooka_Straight.MAA」
------------------ ここから ------------------
DoubleBazooka Straight 20m
*
14.05
***Wires***
7
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, 0.02, 0.0, 0.001, -1
0.0, 0.02, 0.0, 0.0, 5.21, 0.0, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, -5.21, 0.0, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, -0.02, 0.015, 0.001, -1
0.0, 0.02, 0.0, 0.0, 0.02, 0.015, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.015, 0.0, 0.0, 0.015, 0.001, -1
0.0, 0.02, 0.015, 0.0, 0.0, 0.015, 0.001, -1
***Source***
1, 0
w1c, 0.0, 1.0
***Load***
2, 1
w6c, 0, 0.528058, 243.0, 500.0
w7c, 0, 0.528058, 243.0, 500.0
***Segmentation***
400, 40, 2.0, 2
***G/H/M/R/AzEl/X***
2, 20.0, 0, 75.0, 120, 60, 0.0
###Comment###
Mod by a, a 2024/06/03 17:02:46
------------------ ここまで ------------------
※ダブルバズーカアンテナ(クロス結線)「DoubleBazooka_Cross.MAA」
------------------ ここから ------------------
DoubleBazooka Cross 20m
*
14.05
***Wires***
9
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, 0.02, 0.0, 0.001, -1
0.0, 0.02, 0.0, 0.0, 5.21, 0.0, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, -5.21, 0.0, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, -0.02, 0.015, 0.001, -1
0.0, 0.02, 0.0, 0.0, 0.02, 0.015, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.015, 0.0, 0.02, 0.015, 0.001, -1
0.0, -0.02, 0.0, 0.0, -0.02, -0.015, 0.001, -1
0.0, -0.02, -0.015, 0.0, 0.02, -0.015, 0.001, -1
0.0, 0.02, -0.015, 0.0, 0.02, 0.0, 0.001, -1
***Source***
1, 0
w1c, 0.0, 1.0
***Load***
2, 1
w6c, 0, 0.528058, 243.0, 500.0
w8c, 0, 0.528058, 243.0, 500.0
***Segmentation***
400, 40, 2.0, 2
***G/H/M/R/AzEl/X***
2, 20.0, 0, 75.0, 120, 60, 0.0
###Comment###
Mod by a, a 2024/06/03 17:01:12
------------------ ここまで ------------------