JE1QMS

アマチュア無線局 JE1QMS のブログです。1972年3月30日、50MHz A3 1W, TR-1200で開局。
14MHz JT65 で22年ぶりに復活後、CW練習や移動運用、自作ダイポール室内アンテナ、ウクレレQRL/ピアノQSY、マンションからJT65/FT8、など・・・ゆる~く模索中(^◇^)

ガンマ・マッチ

MMANA-GALでガンマ・マッチ3エレ八木を設計する

前回はいきなり、マイナーな?MLAを設計してみたのだが、今回はメジャーな?3エレ八木を6mで設計してみる。
というか、これなのよ。もしこのときの下の図のような室内アンテナを考えたとして、磁気ループを止めた場合に、同じスペースに最大限有効に入るアンテナは何か?を考えるに、50MHz3エレ八木になったわけで。
その理由は、やはり3.6mという寸法と、あと、唯一開いているベランダ方向は、さらに唯一周辺の家の建物の隙間になっている上、そっちはなんと!富士山方向という。。。
まあ室内アンテナで飛ぶわけはないけど、「妄想の材料」としては結構楽しい。w

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さらに今回のスペシャルは、MMANA-GALで、複数パラメータ(さらには全パラメータ)の同時最適化がようやく一応できるようになった。なので、それを駆使して実験してみようというのも趣旨だ。

<整合回路なし3エレ八木>

NO_B01まずこれは、マッチング回路を無視した状態で、3エレ八木の寸法を適当に入力しただけのもの。

NO_B02それを絵にしたのがこの左側。そして右側は、複数パラメータ同時最適化を行うための設定だ。

この状態で、「最適化」を実行すると~
特に絵を見ながらやってみると、まるで生き物のようにエレメントの長さが変化したりエレメントの間隔が変化したりして、そのたびに誘起される電流の大きさも変わったりして動画としても十分楽しい
これはすごいな。まさにシミュレーションソフトの独壇場!。単なる計算ソフトだけではなく自動最適化=自動設計を見ていると、本当に20世紀とは隔世の感があるな

NO_A01そうやって感動の結果、こういう寸法になった。

NO_A02それを絵にするとこういう感じ。
導波器と反射器の間隔がかなり広い3エレ八木だ。

NO_A03aではいよいよ!自動設計の成果の実際の特性を見ていこう。
まずはR+jX.
jXはいいけれど、Rは50Ωより低い値になっている。
NO_A03bSWRもまあそこそこ。
NO_A03c利得とF/B比も典型的3エレ八木の様相。
マッチングをしていないからインピーダンスやSWRはそんなに良くないのはごく当然として、エレメントの長さや間隔・利得とF/B比も典型的3エレ八木という感じで、見事に自動設計が機能しているという感じでものすごくすばらしい。

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<ガンママッチつき3エレ八木>

Gm_B01それでは、ガンマ・マッチの回路をつけて、ちゃんとマッチングを取った3エレ八木は設計できるのか?という実験スタート。
まずはこのように設定する。これでガンママッチを付けたつもりなのだが?。

Gm_B02これがその絵と、最適化パラメータだ。

さあいよいよ「最適化」だ!しかしこんどは一筋縄ではいかない。なんかいかにも悩んでるふうな様子が・・・コンピュータでも計算に悩むみたいで、なんと人間的?というか、そういうところまで良くできたすばらしいソフト!

Gm_A01・・・なので、悩んだ結果、なんかこういうことになった。

Gm_A02これがその絵。
ガンママッチのマッチングエレメントと本エレメントの間の距離が莫大なことになっているけど・・・これなんかまだいいほうで、実はこの条件以外で計算すると、例えばガンママッチのマッチングエレメントの長さをもう少し長い状態を初期条件にすると、さらにもっとひどいことになる例が頻発した。なので、この絵はまだいいほうだ。

ソフトの使い方がまだマズイのか?、パラメータが多すぎると原理的に無理なのか?、ガンマ・マッチという方式自体に無理があるのか? 今のところは不明だ。今後ガンマ・マッチ以外でいろいろ実験したらわかるのかもしれない。

Gm_A03aこれが結果。R+jX.
かなりカーブが芸術的?になっているが、50ΩとjX=0に無理やり合っている感じ。相当苦労した形跡があるな~。

Gm_A03bSWR.
これも、「無理して下げました」という感じ。
Gm_A03c利得とF/B比も、「一応3エレ八木ですけど、すごく苦しかったです」・・・というのがありありと感じられる。


なので、全然実用になりそうにはないものの、マッチング回路は奥が深そうでまだまだ実験材料には事欠かないという印象であった。

マッチング回路覚書

ところで、アンテナ本体はまあいいんだけど、50Ωの同軸ケーブルとアンテナ本体をつなぐにはマッチング回路が不可欠。
でもいざ調べると、まとまった資料がほとんど無いみたいな。アンテナの製作記事は、「こうやって作った」というのはあるけれど、マッチング回路の原理とかパラメータの変化によるマッチング結果の変動の様子とかまでは書いてない。(この太字のデータが激しく体験的に欲しいんだけど。)
なので、日本・アメリカあたりで少々本を見繕って注文中。なので、まだよくわからない。

ただ、参考になるサイト様は存在する。
給電線とアンテナのマッチング
---このwikiの下のほう。そうそう、まさに給電線とアンテナの間だけに特化したマッチングの資料が欲しいのよ。引用すると、

デルタ・マッチ(Yマッチ)
1/2波長より少し短いエレメントの中心から離れた左右対称の2点に給電する方法。給電線とエレメントが三角形(Y字型)に見えることからこの名がある。調整が難しいため、あまり用いられない。
【Tマッチ】
1/2波長より少し短いエレメントの中心から離れた左右対称の2点に、Tロッド(マッチング・ロッド)と呼ばれるエレメントに平行な導体棒を通して給電する方法。エレメントとTロッドの接続部分(給電点)はショートバーと呼ばれる可動式の摺動子を用いて接続し、この位置を移動してマッチングの調整を行う。調整を容易にするため、Tロッドと給電線の間にコンデンサを挿入することが多い。
【ガンマ・マッチ】
Tマッチの給電点の片側をエレメントの中央に直接接続とした方法。同軸ケーブルでの給電に対応している。エレメントの電位が左右対称にならない欠点があるが、構造が簡単なため広く用いられる。エレメントと平行な導体棒はガンマ・ロッドと呼ばれる。ガンマ・ロッドと給電線の間には可変コンデンサを挿入する。
オメガ・マッチ
ガンマ・マッチでショートバーの位置を固定した場合に用いられる方法。同軸ケーブルの芯線とオメガ・ロッド(マッチング・セクション)の間にコンデンサC1を1個、さらにオメガ・ロッドとC1の接続点と、エレメントの中央の間にコンデンサC2を1個接続する。
Qマッチ
給電線とアンテナの給電点の間に、1/4波長の伝送線路(Qセクション)を接続する方法。アンテナのインピーダンスをZA、給電線の特性インピーダンスをZ0とすると、アンテナと給電線とをマッチングさせるためのQセクションの特性インピーダンスZQはとなる。
スタブ・マッチ
給電点に2本の電線(スタブ)を取り付ける方法。スタブの先端は電圧が最大の条件になることから、給電点における電圧の位相が定まる。2本の電線の先端を開放したものをオープンスタブ、短絡したものをショートスタブまたは【ヘアピンマッチ】と呼ぶ。

あと、その他の参考サイト様の数から見ても、自作するとしたら
Tマッチ, ガンマ・マッチ, ヘアピンマッチ のいずれかが圧倒的に多そうな感触。
それぞれ貴重な参考サイト様を挙げておく。
Tマッチ---1
ガンママッチ---1,2
ヘアピンマッチ---1,2

あとさらに偉大なサイト様にあった図を引用。
hairpin0
これはすばらしいな。
出典「ハムのアンテナ技術」NHK出版局だそうだけど、調べたらもう絶版。なんか日本って、こういう関係の技術本はどんどん絶版になってしかも、その後その分野で代わりになる本が出ないっていう。。。
いろんな意味で日本やばいんじゃないの??単なる一般世間的な流行の技術だけを追っていくと、あとでしっぺ返しが来るのは明白なんだけどな!
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まあいいや。w
それで、そういう調べものよりもまずは手っ取り早く、MMANAの付属ファイルを見てみると・・・
あるある、Tマッチ・600-300Ω変換スタブ・オメガマッチ・Dマッチ・ガンママッチetc...の例が沢山あるみたい。
まずはこの例題から勉強するのが一番手っ取り早そうな予感。

哀愁のTR-1200

リズムがCWで、ホワイト・ノイズが「MIK」ベースが「U」、歌メロが「CQ」、シンセソロが「VVV DE JA1IGY」ですよ。w
ウクレレ/ピアノで
    QRL/QSY

ピアノはこちらです。
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