10MHz帯の横長の長方形ループ・アンテナの製作
（2波長共振型アンテナとして21MHz帯でも使用）
(1) はじめに
現在のアンテナは3つ。14MHz帯は同軸ケーブルを放射エレメントとしたクロス給電による1波長ダイポール・アンテナ。10MHz帯と18MHz帯は横長の長方形ループ・アンテナ。これらの中で14MHz帯と18MHz帯のアンテナは、これまでのブログの中ですでに紹介しました。今回は、残りの10MHz帯の横長の長方形ループ・アンテナを紹介したいと思います。なお、このアンテナは、2波長共振型のアンテナとして21MHz帯でも使用していますので、その輻射特性も紹介したいと思います。
当局はデジタル・モードを中心に運用していますが、今回もノイズの少ない、『静かな』ループ・アンテナを選択しました。ただし、これまでに何度か記述して来ましたように、菱形や長方形のループ・アンテナは、縦長に設置しないと高い利得が得られません。しかし、当局の設置環境から横長に設置する選択肢しかなく、横長の長方形ループ・アンテナを選択しました。
(2) アンテナの構造
最上図には、アンテナ全体の構造を示しています。黄色丸は給電点、赤色線は放射エレメント・ワイヤー、褐色線はナイロン製の紐を示しています。水色の破線は『引きバネ』で、立木が強風に煽られた場合、紐に強度の余裕を持たせるためのものです。それぞれの放射エレメント・ワイヤーの長さは、いつものように、アンテナのシュミレーション・アプリMMANA-GAL（CQ誌2020年6月号別冊で紹介されました）を使用し、利得、打ち上げ角、アンテナの入力抵抗値を留意しながらエレメント長の最適化を行いました。給電点の高さは、当局の設置環境に合わせ2.5mです。最適化の中心周波数は、デジタルのFT8/FT4モードを考慮し、10.136MHzです。その結果、縦エレメントが3.70m、横エレメントが11.60mとなりました。
(3) アンテナの作成、設置とその調整
アンテナの入力抵抗値は、これまでと同様に、給電同軸ケーブルの抵抗値の50オームになるようにアンテナ形状の適正化を施していますので、面倒な給電同軸ケーブルの抵抗値(50オーム)とアンテナの入力抵抗値との整合作業は不要です。従って、すでに紹介した21MHz帯の菱形ループ・アンテナと同様に、コモンモード電流対策のための1:1バラン(電圧バラン)やソーター・バラン(電流バラン)の追加のみでOKです。このバランを、アンテナの底辺角の黄色丸の位置で、アンテナの給電点と給電同軸ケーブルとの間に入れます。もちろん、市販の1:1バランやソーター・バランが使えますが、是非、自作をお試し下さい。以前のブログ『自作アンテナの勧め ー21MHz帯菱形(ダイヤモンド)ループ・アンテナの製作法を分かり易く解説』の中で紹介したソーター・バランの作成法を参照下さい。材料は通販で入手できますし、自作が初めての方でも意外にうまく作成できます。是非、試して下さい。
上写真は給電点です。透明なプラスチック製タッパーの蓋を開けた状態で、自作のソーター・バランが入っています。赤色矢印は放射エレメントのワイヤーを、オレンジ色矢印はビニール紐を、黒色矢印は給電ケーブル端を、水色矢印は、紐で固定するために2本の放射エレメント・ケーブルを数本のプラスチック・ナイロン・タイで束ねてループとした部分をそれぞれ示しています。給電点では、2本の放射エレメント・ワイヤー端を束ねて立木に縛り付け、それらのエレメント・ワイヤー端を、タッパーに開けた小さな穴を介してタッパー内に導き、タッパー内のバランに接続しています。バランは必ずプラスチック製のタッパーなどの非金属性の容器に入れて防水処理をして下さい。放射エレメント・ワイヤー端とバラン、もしくは給電同軸ケーブルとの接続は、当局は半田付けをしていますが、市販のバランを利用する場合は、ねじ止めや給電同軸ケーブルのコネクターで接続して下さい。その場合、融着テープ等によるコネクターの防水処理のみでOKです。
アンテナの設置後、SWR値を測定して下さい。その値が2以下に収まるはずです。ただし、SWR計の針が振れる場合、リグの終段を保護するためにリグ内臓、または外付けのアンテナ・チューナーの使用をお勧めします。
アンテナ・アナライザーなどをお持ちの場合、給電点につながる、長方形の縦辺と横辺の2本の放射エレメント・ワイヤーのみを、最上図に記載したアンテナ・エレメントの長さよりもそれぞれ40㎝程度長く切り出します。放射エレメント・ワイヤーだけを設置後、10.136MHzで、アンテナの入力インピーダンス(Z)を給電点で測定し、リアクタンス成分(X)がゼロになるように、給電点で2本の放射エレメントのワイヤー端を同じ長さずつ、例えば3、4㎝程度ずつ切り込んで下さい。つまり、切り込んで入力インピーダンス(Z)を測定する一連の作業を繰り返します。少しずつ切り込むと、リアクタンス成分(X)がプラスからゼロに近づいて行きます。リアクタンス成分(X)をゼロにするとレジスタンス成分(R)が50オーム付近になるはずです。その後、バランと給電同軸ケーブルを接続して下さい。
（4）アンテナの輻射特性
上図は、設置したアンテナの輻射特性をMMANA-GALアプリでシュミレーションした結果です。当局のアンテナ設置環境に合わせ、給電点は地上高2.5mです。図の上図はアンテナの上方から、下図は側面から見た輻射強度分布を示しています。図中の青線は水平偏波成分、赤線は垂直偏波成分です。ダイポール・アンテナと同様、いわゆる『８の字特性』で、利得はアンテナの前後方向で最大です。最大利得は打ち上げ角25度で2.6dBiとなりました。
上写真の左図は、アンテナの調整後、給電同軸ケーブルのリグ側で測定した10.136MHzでのアンテナのSWR値と入力インピーダンスです。入力インピーダンスは79.6 - j2.8オームで、SWR値は1.60でした。レジスタンス成分(R)が80オーム程度になり、SWR値が良くありません。地上高が低すぎるためか、MMANA-GALアプリでの適正化が上手く行かなかったようです。なお、アンテナの縦のエレメント・ワイヤーを5㎝程度短くし、横のエレメント・ワイヤーを5㎝程度長くすると、レジスタンス成分(R)が5オーム程度小さくなります。参考までに。今回は、アンテナ・チューナーを使えば対処できますので、このまま使うことにしました。右図はバンド内のアンテナのSWR値(黄色線)です。
(5) このアンテナの21MHz帯での輻射特性
2波長共振型のアンテナとして21MHz帯でも使用できますので、その輻射特性も紹介したいと思います。ただし、このアンテナは、上図の『バンド内のアンテナのSWR値図』に表示されているように、10.116MHz付近(厳密には、リアクタンス成分(X)がゼロの周波数)で共振していますので、2波長共振型のアンテナとしては、2 x 10.116MHz = 20.232MHz(実測は20.223MHZ)で共振します。従って、21MHz帯でのデジタル・モード周波数の21.07MHzでは少しずれてしまい、SWR値が大きくなります。ただし、アンテナ・チューナーで対応できる範囲ですので利用可能だと思います。あくまでも非常用の利用ですが、実際のQSOでは『飛び』や『受け』に問題はなく、上手く作動します。
(6) 最後に
最初に記述しましたように、長方形のループ・アンテナは、縦長に設置しないと高い利得が得られません。今回は、横長に設置する選択肢しかありませんでした。もし、縦長設置がダメな場合、正方形のループ・アンテナを設置することも可能です。もちろん、縦長に設置した長方形のループ・アンテナよりも利得は劣りますが、横長に設置した長方形のループ・アンテナよりも改善されます。
de WJ2T