4SQ アンテナの製作

           4SQ アンテナの製作(7MHz用)  制作中です
                                             最終:2017.04.22
 昨今のHigh bandは、SSNが低下してDXはほとんど聞こえない日々で、運用の中心をLow-Band(3.5,7,10MHz)に シフトしました。
ただ、アンテナが貧弱であまり聞こえない。
現状の 7と10MHzは、地上高17mのSteppIR-4Eleオプションの トロンボーンDPで7MHzの実効長は約λ/4です。
3.5MHzは給電点15mのIVで、ASIA,PACIFICと国内専用?。 うーーん、Low-Bandのビームアンテナが欲しい―――。
1年後のブーベ島(3Y0Z)のDX-Peditionも考慮し4SQを作る事にし、まず7MHzから取り組むことにした。
私も3Y0ZのJA支援チームのメンバーの一人なので、QSO=0の坊主では格好がつかないもんね(^^)
 計画は、7MHzで実験してデーター取得、10MHzも4SQを、3.5~3.8MHzはエンドファイアーです。1.8は、聞こえない・飛ばないSloper(^^)
設計した耐電力は、電波法・設備規則の空中線電力許容偏差の上限+20%内で、1KW免許=1.2KWです。
ちなみに、私が使っているリニアアンプSPEの1.3K-FAにピッタリです。
広島の自宅用にエンドファイアーアンテナも計画中

1.4分配器の製作
  多くの方は、製品が通販で買えることもありQ-HYBを使っているようですが、これは無線のproの私が見ても、とても正常に動作させる
  ことは極めて困難と思いました。皆さん、適当なところで妥協しているのでしょう。
  幸いにも、無線技術の師と仰ぐJA6ARJ/和田守さんから送ってもらった4SQの資料が保存してあったので読み返してみた。
  使われている4Port-HYBは、「トロイダル・コア活用百科」にも書かれているもので、うん、納得である。
 (1) 7MHz用4分配器(4Port-HYB)の製作   使用部品は私のオリジナルです
   書かれているコアのFB-43-1020は国内で入手できそうにないので、AmidonのHPで注文しようとした。
   FB-43-1020は、1個2USDだが20個注文した場合に送料が60USD程度かかり物より送料が高いのであきらめ、手持で作ることにした。
   作ったのがこれです。1組の通過電力は、1.2KWの1/4=300Wで問題なく使えるはず。まだ実負荷運転は未了です。
     4分配用の伝送線路トランス4個           27Ωの反射波吸収用抵抗4個
    

     組み上がった4分配器
   
  
   ①反射波の吸収用抵抗は、計算値28Ωの近くにするのに270Ω5Wの抵抗を10個並列が4組です。27Ω50Wです。
   ②4分配用の伝送線路トランスは、FT140-43に3.5D-QEFVを3Turn+おまけで手元にあったビーズ(2643540302)を両端に追加。
    インダクタンスは実測で、22.9/23.0/23.1/24.2uH、7MHzでのインピーダンスが1007Ωです。同軸(50Ω)の20倍で十分ですね。
    もちろん、おまけで成型用に付けた43材のビーズ(2643540302)は、1個が1uHでなくても問題ないですね。
    同軸ケーブルは、3.5D-QEFVを使いました。この同軸はフジクラ製で耐熱の低損失同軸です。
    コモンモード・フィルターやバランにも使った実績があり、1KW程度では銅損も全く問題にならないです。
    耐熱を考慮して、細いテフロン同軸を使う人(テフロン同軸信者)をよく見かけますが 3.5D-QEFVが損失、耐熱とも細いテフロン
    同軸や5D-2V等より有利です。よく見るRG-316の損失は、10MHzで180dB/Kmもあります。1mで0.18dB!!。

2.90度、180度移相器の製作
  4SQアンテナは、4本のアンテナエレメントの給電に0度、-90度が2本、-180度の移相器が必要です。
  -90度の移相器は同軸ケーブル(λ/4電気長)2本で対応します。-180度の移相器はフェライトコアで作る事にしました。
  同軸ケーブルは5D-FB-LITEを使い波長短縮率80%なので7.1MHz時は、0.8×λ/4=8.45mですね。
  FT140-43がなかったので、FT114-43を4個のスタックに3.5D-QEFVを5Turn+おまけで手元にあったビーズ(2643540302)を両端に
  追加しました。インダクタンスは実測32.2uHでインピーダンスは、7MHzで1416Ω、十分です。3個でも良かったですね。
  -180度の移相器は、同軸ケーブル(λ/2電気長=約15mの邪魔者)でもOKですが場所を取らないのと極力安くするのに
  コアを使用した。


  
3.インピーダンス変換器(50Ω⇒12.5Ω)
  送受信機に接続する、4分配器(4Port-HYB)の出入力インピーダンスは50Ωの1/4=12.5Ωです。これを4倍の50Ωに変換します。
  FT240-43(ヤフオク購入のモドキかも?)を2個スタックにして、保護用にテフロンテープを巻いた上に2mmのホルマル線2本を4Turnです。
  実測25.3uH、7MHzのインピーダンス1112Ωで十分ですね。
  保護用のテフロンテープは、水道の蛇口を取り付ける時に巻く白い薄いテープで、ホームセンターに100円位で売っているものです。  
  
   JA6ARJ/和田守さんは、この部分についてLCマッチングを推奨されています。高圧のバリコンが手持ちになかったのと
  簡便性からフェライトコアでやって見ることにしました。
  結果は、期待した結果が得られませんでした。LCマッチングに変更します。

4.箱に入れて組み上げ
  使った箱は、日東(NiTO)のOPK14-33Aです。少し大きすぎたかも??
  この状態で4分配出力に51Ωの抵抗を付けて、送信端インピーダンスを測って見ました。
 (1) インピーダンス変換器(50Ω⇒1.25Ω)出力に51Ωの抵抗を4個並列接続。3.5~10MHzまでがSWR=1.7 意外と悪いので4tを3tに減らすと
   SWR=1.2 配線のインダクタンス分(+j成分)も影響しています。うーーーん、こんなものかな。
(2) 4分配器も追加して測定
  3.6MHzがSWR=1.36(56.7+J15.2)、7.1MHzがSWR=1.7(77.5+J22)、10.1MHzがSWR=2.2(108+J7.0)うーーん、思ったよりはるかに悪いです。
  バラックなので、配線長が長くて+J分がかなり出ています。キチンと配線すればいくらかは良くなるでしょう。
 (3) ここまでやって見て
  JA6ARJ/和田守さんが書かれていた「LCマッチングが調整が楽だから推奨」が理解できました。
  少々ラフに作ってもLCマッチング部分で虚数部分がキャンセルできるので、つじつま合わせができますね。
  1KV耐圧のバリコンと電力用チタコンを探してみます。

5.LCマッチング
  2分配と4分配のインピーダンスマッチングは、送信機側にコンデンサーを並列、コイルは回路に直列に入れる。計算値は以下です。
  (1) 2分配 分配器の25Ωを50Ωに変換する
    1.85MHz:Cp=1721PF Ls=2151nH  3.6MHz:Cp=884PF Ls=1105nH
    7.1MHz:Cp=448PF Ls=560nH   10.1MHz:Cp=315PF Ls=884nH
    14.2MHz:Cp=224 Ls=280nH  18.12MHz:Cp=176 Ls=220nH
    21.2MHz:Cp=150 Ls=188nH 24.9MHz:Cp=128 Ls=160nH 29.0MHz:Cp=110 Ls=137nH
   (2) 4分配 分配器の12.5Ωを50Ωに変換する
    1.85MHz:Cp=2980PF Ls=1863nH  3.6MHz:Cp=1531PF Ls=957nH
    7.1MHz:Cp=777PF Ls=485nH   10.1MHz:Cp=5466PF Ls=341nH
    14.2MHz:Cp=380 Ls=238nH  18.12MHz:Cp=304PF Ls=190nH
    21.2MHz:Cp=260 Ls=163nH 24.9MHz:Cp=212 Ls=138nH 29.0MHz:Cp=190 Ls=119nH
  コイルは空芯で簡単に作れますが、コンデンサーは高耐圧の円板チタコン+200PF程度のバリコン使用ですね。
  実際は、接続するアンテナ側が純抵抗12.5Ωまたは25Ωにはならないので、補正分が加わり、若干の調整が必要です。 
  LCマッチングの検証結果は、こちら 
  完成です。足場単管にホースバンド(BREEZE製 H-30032 幅14.4mm)で取り付けます。   

6.進捗状況
 [2017.02.09] 田舎で元寸50mmΦの竹8本を切ってきて、油抜きをしてきました。30,40mの垂直エレメント用です。
 [2017.02.19] ヤフオクで、バリコン(VC)と高圧セラミック(チタン?)コンデンサを入手したので
        4分配とマッチング部分の検証が終わりました。想定していた結果が得られました。満足(^o^)
 [2017.04.22] やっと時間が取れたので、心臓部を組み上げました(上記の写真)。
  5月連休にエレメント4本を作って組み上げる予定です。

   

[追記] 
JA6ARJ/和田守さん  私の仕事人生約40年で一番影響を受けた先輩です
私が20歳代半ばにお会いしたのが最初で、2級無線技術士の予備試験受験のために熊本で4カ月間、教えを受けました。
和田守さんは非常に探究性の強い方で、一番影響を受けたのは、物事を見る時の重要性とポイントのとらえ方です。
おかげで、2技、1技の全科目を一発で合格できました。 その後、職場で勤務終了後に職場の同僚を集めて勉強会、
さらには通信教育?で多くの方に教え、また、30才過ぎには、私自身も社内教育機関の教官をやらされて全国の
(200人近い?)1,2技有資格者を育てることができました。皆さんその後大活躍(^^)。
私自身も仕事で国内から国際に至るまで情報通信技術で係わり、皆さんのお役に立てたと思っています。
私の仕事人生で、和田守さんにお会いしていなかったら、ずいぶん違った人生になったと思っています。
昨年、68才でトライした、USA-FCCのアマチュア無線の国家試験3資格を全て1発で取得できたのも元をたどれば、
和田守さんにお会いした結果と思います。
60才定年でリタイア後の、2010年早春に宮崎のお宅に訪問し、持って行った広島の牡蠣を焼いて一杯飲みながら談笑、
泊めていただいたのも 楽しい思い出として残りました。