ZCR/bLOG

このたび、6m用の 5エレスタックを降ろし、6エレスタックに取り替えた。
前の5エレスタックは 2015年04月に上げて 丸4年。ALL JAコンテストでも 4回使った。

いまさら?? 初めから 6エレにしとけば良かったって?? いや、それはそうなんだけどね・・ (^^;)

前の 5エレの時の決め手は・・ 検討の過程で 限られたスタック間隔と他バンドアンテナとの共存を考慮してシミュレーションしてみたところ、5エレスタックと 6エレスタックのゲイン差が わずか0.1dBだったのだ。

これならブーム長もスタック間隔も狭くて済む5エレの方が安全かつリーズナブルであろうということになったのである。もちろん、当家の敷地の狭さという要因もあった。

ところが、納得したつもりだった 5エレだが、やはり長年使うと不満が出てくる。まず 気になったのはノイズ。ノイズから逃れるために F/B比を改善すべき*1だろうと、1年2か月後、スタックの中に 2エレの追加エレメントを配置。*2

そして やはりフロントゲイン、もう少しゲインを絞り出すにはどうしたら・・ もう 止められない止まらない・・ (^^;)

5エレ→6エレというと ゲイン差は 1dB程度のハズだが、十分なスタック間隔がとれないことと、HFの3エレ同居という条件では 前述のとおり 0.1dB止まりとなってしまう。
しかし、6エレのエレメント間隔/エレメント長、HF3エレの位置(高さ)、追加2エレのエレメント間隔/エレメント長と位置(高さ)、これらをすべて変数としてシミュレーションすることで帯域幅やF/B比を悪化させずにゲインを絞り出すことができるのではないだろうか。*3
そう妄想したのが 2017年の秋。明けて2018年春から 実際にシミュレーション計算地獄に突入した。

シミュレーションにあたって問題になったのが ベースとなる 6エレのデータだった。Net検索でクリエートCL6DXの寸法を探すが旧いものしか出てこない。最近購入したという方のBLOGを拝見するとクリエートのサイトやCQ誌の広告に出ている写真とは明らかにエレメント配置が異なっている。*4

とりあえず 旧いと思われるデータのまま進めてみたところ、1dBとまではいかないが なんとか 0.8dBゲインアップ可能という計算結果を得た。
0.8dB=1.2倍か・・ ビミョーだ。実行する意味あるのか・・ 出力50Wが 60Wになってもほとんど変わらないかも・・ QSBの揺らぎも あきらかに 0.8dB超えるわけだし・・

迷ったものの、やはり I'm GO。現物を仮組して採寸するしかない・・ と けっきょく CL6DXを2本発注。これが 2018年12月。

入手した CL6DXは 取説では 8th edition*5 となっている。この版は、ドリヴン・エレメント*6が第一ディレクタとリフレクタの中央よりもリフレクタ側に近接している。
採寸して シミュレーションしてみると、単独アンテナとしては これはこれで優秀なデザインであることが判った。

しかし、個人的に このデザインが好みではない*7 ということもあり、シミュレーションの初期設定としては ドリヴン・エレメントとリフレクタの位置関係のみ固定値とし*8、あとは全部変数とすることにした。

ところで、CL6DXの給電ユニット内には コイルとコンデンサによる Lマッチ回路がある*9。コンデンサが 15PFパラであることやコイルの直径等から 100Ωあたりを50Ωに変換しているのだろうと推測。念のためメーカにも尋ねてみたが、当方では CL6DXのシミュレーション結果から これを 95Ωと設定して計算した。

その結果*10、6エレの第一ディレクタは もっと給電部に近づくことになった。パッと見では、ここが一番オリジナルのCL6DXと違う点だ。

また、追加エレメントの2エレは 撤去の場合も含めてシミュレートしてみたが、明らかに あった方が良いという結果になった。
そして その寸法の計算結果は オリジナルとの違いが 3mm以内だったため、あらためて オリジナルのままの寸法に固定して、位置(高さ)のみを変数として計算し直した。*11

最終的には、以前の試算とほぼ同様の +0.8dBというゲインを確保できる見通しがついたのだが、F/B比については若干低下することとなってしまった。

アンテナ取り替え工事は次のとおり実施*12。CL6DX改の6エレは 事前に自前で組み立てておいた。

1. 5エレを しなっと撤去。

2. 6エレを5エレと同じ位置に設置。スタック間隔は 現状どおり4.5m。スタックの上側アンテナは上にズレても問題ないが、下側アンテナはぴったり同じ位置にする。(下側にスタック間隔を拡げてもゲインは増えない)
  給電部がバック側に 46cmズレるので、同軸ケーブルをの引き回しを少し変える必要あり。(+給電部パッチンコアを5個追加して10個にする)

3. F/B比補正用の追加2エレを現状から 6.5cm上に移動。下の6エレからは 2.215m上。
  追加2エレ自体には変更なし。位置移動のみ。

4. 21/28の3エレを現状から 38.5cm上に移動。下の6エレからは 1.635m上。これも同軸ケーブルをの引き回しを少し変えてやる必要あり。(+給電部パッチンコアを5個追加して10個にする)

給電部にフェライト・パッチンコア*13 5個追加して10個とすることでインピーダンスを高め、同軸ケーブル外部導体側からのノイズ流入阻止能力向上を図った。*14

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右図は 前の5エレシステムとの水平面指向性の比較。青が6エレ、赤が5エレ。*15

まぁ、こんなものか。ゲイン 0.8dB増よりも、ビームが少し絞られたことの方が大きいかもしれない。

F/B比は やはり 20dBちょっとあれば 御の字かと・・

左下は 垂直面指向性(同相)での5エレとの比較。右下は 同じく(逆相)での比較。*16

左図は 前の5エレシステムとの自由空間における 垂直面指向性の比較(同相)。青が6エレ、赤が5エレ。

アンテナのナナメ下方面、設置場所近傍の隣家から受けるノイズの考察用。少しだけ改善されてるっぽいものの、五十歩百歩か。*17

左図は 新6エレシステムにおける 同相と逆相の垂直面指向性比較。

実際は 家屋の凸凹があるため これほどシャープなパタンにはならない。また、30度超への輻射は ハッキリいって不要かとも思うが、これ以上は仰角可変機構が必要。*18

SWR対周波数特性は、5エレの時よりも シミュレーション値に かなり近い実測値が得られている。

これだけ似かよっていれば もう 成功といっても良いような気さえする。(^^;)*19

最後にビーム・パタンの実測値の比較。

落合堤防河口付近(距離2.65km 標高5m 309度方向)に置いた FET一石の発振器+地上高1.5mDPの信号を自宅シャックで受信したもの。

赤が10か月前に測った5エレ。青が6エレ。150度方向は 某ビル+タワーの反射波と考えられる。

5エレよりも やたら強くなってるが、発振器の電池が新品だからか??*20

他アンテナへの影響としては、21/28の3エレについては、予想どおり ほんの少し SWRが悪化したものの、大したことはなかった。*21

また、ロウバンド 1.8～7MHz用の スローパーモドキについては、各バンドとも SWR最小周波数が 20～50kHz下がった。これは 5エレ→6エレで エレメントが増えたのとブーム長が伸びたことによるものと思われる。*22

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2019.5.4 追記:

5エレの 50度方向のデータが見つかったので、6エレでも測ってみたのだが、なぜか反射波が盛大になっている。

向能代堤防 水管橋西脇付近(距離1.03km 標高5m 50度方向)に置いた FET一石の発振器+地上高0.4mDPの信号を自宅シャックで受信したもの。ちなみに、この場所からは6エレが直視できる。

メインローブは やはり6エレの方が若干シャープのようだが、フロントゲインの差は 今回の測定環境では 検出できなかった。(^^;)

最後に、一緒に上がっている 21/28MHz 3エレの実測SWR値とシミュレーションの比較。

こちらも ほぼ シミュレーション値に近い測定値となっている。*23

アンテナシステム全体の受風面積を ざっと計算してみた。フロント/バックよりも サイド側の方が 受風面積は小さい。強風時は 風に対し サイドを向くようにすること。

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2019.5.18 追記:

どうしても反射波の影響を取り除きたくて 発振器設置ポイントを再び変更。当方のアンテナよりも高いところ・・を探してロケハンしたら 能代公園が良さそうだった。

送信点 能代公園東端 距離1.00km 標高24m地上高1.5mDP 受信点からみた方位275度 仰角約0.1度。完全見通し。275度をフロントとしたいところだが、円グラフの制限で 280度をフロント方向と設定。
数値はSメータの読み。フロント最大方向でS9となるようアッテネータ*24を調節。

結果・・ なんか 納得のいくパタンになったようだ。上掲のシミュレーションによるものにも 似てるっぽい。*25

サイドは かなり切れ、フロントでS9の信号が消失するポイントがある。
また バックは ほとんどSが振れない状況で、誤差も大きいと思われるが、シミュレーション値の F/B比: 22.38dB はクリアできている・・ような気がする。て ことは フロントゲインも それなり? (^^;)