AO-40 用 2400MHz
アンテナ
(11エレ八木 & 20ターンヘリカル)
1．2.4GHz の受信用 10 エレ八木アンテナの試作 (Last Update:2000/11/16)
さて、問題はアンテナです。何しろ 2.4GHz などという高い周波数帯を扱うのは初めてで、ＳＷＲ計とかインピーダンスメーターとかの測定機器を持っている訳でもありません。過去に FCZ の 1.2GHz プリンテナを作って使ったことはありますが、あれは「作った」と言うレベルじゃないですからねぇ。調整もしなかったし。とは言え、衛星に使うにしろ地上波に使うにしろ、なにがしかのアンテナが無ければ話しになりません。
市販品では例えば以下のように、ＣＱ誌の広告などで数社が製品を出しています。
ラムダアンテナ Quad Radiator PCQ-2.4 \16.000
アンテナテクノロジー カバー付き８素子八木 YA2412A \17,000
マキ電機 ループ八木 9ele HGL2409 \6,000、15ele HGL2415 \8,000、29ele HGL2429 \10,500、57ele HGL2457 \19,000、ラジエターホーン \6,000
セブロン電子 2.4GHzアンテナパーツ ラジエタ\1,500、エレメント\1,800/10個
クリエートデザイン 5ele X240-5 \?、8ele X240-8 \?、19ele X2419 \?、27ele八木 X2427 \23,500
設計・パーツ製作・調整などの手間を考えれば、これらの市販品を利用するのが一番なのでしょう。が、水晶も込みでたった \4K ちょいのコンバータを使うのですから、アンテナももっと安く上げたいですし、市販品に頼るってのもあまりいい気はしません。まあ、最悪、失敗した場合には市販品に逃げると割り切って、ここは自作しようと思います。
さて、自作と言っても一から設計できるほどの技術力がある訳ではありません。既に公開されている製作記事やデータを「真似」て、それらしく使えるものにするのが近道です。
| JAMSAT-bb で質問したところ、軸モードのヘリカルループアンテナの作成記事（写真→）のある、JH1CMP 井関ＯＭの Web ページ を紹介していただきました。なるほど、これなら私にも作れそうですが、どういう材料が入手できるかによって構造を検討する必要があります。とりあえず、これについては後日挑戦することにします。 | |
次に考え付いたのが、既存の 1.2GHz 用や 430MHz 用のアンテナをスケールダウンする方法です。SHF 帯とは言え 2.4GHz の波長は 12cm、まだ今までの V/UHF 用アンテナの発想と手法で何とかなるレベルだと思います。部品の大きさまで適宜縮小すれば、割とうまくいくのではないかと期待しました。 1. ＣＱ出版社「Ｕ・ＳＨＦハンドブック」に掲載されていた 1.2GHz 12ele 八木のデータから 2400.5MHz 用に換算。
2. JAMSAT の Web ページで紹介されている八木から。 (1) 1296MHz 用 10ele 八木を 2400.5MHz 用に換算。
(2) 435MHz 用 11ele 八木を 2400.5MHz 用に換算。
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そこで、2-(1) のアンテナを手近な材料で作ってみることにしました。エレメントには 2mm 径の銅棒を、同軸には 3D-2V を使用し、3D 用の N-P に接続、ブームをその N-P に固定して、コンバータのＮコネに直接セットして支える方式です。 |
| ブームは当初、木材を使おうかと思いましたが、2.4GHz は水の吸収周波数に近く、水分を含む木材は絶縁物として不適切だろうと考え、スチロールの角材を利用することにしました。2.2mmのドリルで穴をあけ、エレメントを挿しこみ、エポキシ接着剤で固定しました。 できあがったアンテナです（→）。かかった費用は、2mmφ銅棒１本\100、N-P \900、ブームのスチロール棒 \180 です。接着剤や同軸は手持ちのものを使いましたし、電源供給ケーブルなど、コンバータ周りの付属品を含めても \1,500 程度というところでしょうか。ブーム長さは 45cm 程度しかありません。もちろん「作りっ放し」で、調整などは一切行なっていません。SWR 等の測定は、いずれミーティングなどの機会があればやりたいと思いますが。 |
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フラッシュのないデジカメで室内で撮ったので写りが悪いですが、コンバータにセットしてみたところ（←）です。 アンテナの動作確認は、コンバータの調整時に使った簡易ＳＧをやや離れたところに置いて、FT-817 で 50.01MHz を与えて動作させ、それをこのアンテナ＋コンバータ＋C-501 で受信してみることで確認しました。動作利得は、比較するものも無いし、C-501 のＳメータではアテになりませんのでわかりませんが、ビームを振ってみたところ、フロント真正面でＳメーター振りきれで入感していた信号が、45 度でカスカス、60 度ズレた時には受信できなくなるほどでした。サイドローブやバックローブについては、また落ち着いてから測定してみたいと思います。 |
もしこれで Phase-3D 衛星からのダウンリンクを「充分な強さ」で受信できるならば、最も経済的な受信システムと言うことになります。Ham Journal No.97 にある Phase-3D のダウンリンク回線の計算では、20dBi のアンテナで 26dB の S/N が得られる、となっていますが、10ele 程度のアンテナでは、利得は良くて 12dBi と言うところでしょう。でも、ブロードなビームで雑音が増えることを考えなければ、それでも 18dB の S/N が得られる計算になります。これだけあれば十分イケるのでは…？。
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追記 : (Last Update:2000/12/5) 期待の新星 Phase-3D は、11/16に無事打ち上げに成功、GTO軌道に投入されました。435MHzのダウンリンクの送信にトラブルがある以外は順調で、12/5現在、145.898MHz のミドルビーコン周波数でテレメトリを送信しながら、遠地点高度を上げる推進器を使用するために、姿勢を ALON/ALAT 270/0 に変更中です。無事に打ち上げられたことから、オスカーナンバー４０が与えられ、「ＡＯ−４０」と呼称されることになりました。 この姿勢変更の期間、MA 15〜26 あたりで衛星のビームアンテナが地球方向を向くことから、11/30よりＳモードの送信テストが行なわれることになりました。そこで、急遽、写真のような設備を仕立て上げ、AO-40からのＳバンドビーコンの受信に挑戦することにしました。 コンバータ(a)は水晶を交換して 2400.200→144.080 にしたもの。コンバータ(b)は水晶を交換せず 2400.200→122.100 になるものです。受信親機は FT-817 を使います。 |
| ウィンドゥの関係で、MA=15〜26あたりが見えるのはAOS直後、早朝です。がんばって早起きして、右の時間に挑戦してみました。 結果は右の表の通りで、弱いものの何とか受信できました。他にも受信レポートが JAMSAT-bb / AMSAT-bb にあり、北半球ではさほど強くなかったようです。コンバータが無事に動作していることが確認できてホッとしました。また、コンバータ(a)(b)で受信感度の違いも比較してみようとしましたが、もともとの信号が弱いせいか、殆ど違いを感じられませんでした。 しかし、 AMSAT-bb では VK の局がＳ７で強力に入ったとレポートしています。設備に多少の差はあるにしても、ずいぶん違う結果に驚きました。 |
Ｓバンドビーコンの受信時刻 11/30 6:19〜6:35 S1-GB (2400.200)
キャリアのみ 〜12/08までウィンドゥがあったが、以後なし |
| そこで、VK で強く JA で弱い理由を考えるために、このような図を書いてみました（誤植はご容赦を）。
現在、衛星は軌道変更に備え、姿勢を ALON/ALAT 270/0 に向かって変更中で、受信を行なった時は 260/-9 でした。つまり、軌道面から南に -9 度の俯角がある状態です。MA=20 あたりで衛星のビームアンテナは地球方向を向きますが、その際の高度と衛星のビームアンテナのビーム幅を考慮すると、上図のように、衛星のビームアンテナ群は南半球の南緯20〜30度付近を向いていることになります。なるほど、これなら VK で強いはずです。で、北半球では衛星のビーム軸から離れ過ぎているため、信号が弱くなる、と言うことなんでしょうね。 実際に衛星が最終目標の長楕円軌道に投入され、実運用が始まるときには、衛星の姿勢は３軸制御され、ビームアンテナは常に地球を向くようになりますし、遠地点付近からなら、地球は衛星のアンテナのビームにすっぽり収まりますので、今回みたいな心配をする必要はないでしょうね。ただし、実運用が始まった後も、近地点近くでは衛星のビームアンテナは地球を向いていないため、このような現象が発生するかも知れません。もっとも、近地点ではＳバンドの運用は無いと思いますので、やはり気にする必要はないでしょうけど。 |
2001/10/24
JARL技研で特性を測定してもらいました
2001年ハムフェア会場の、JARL技研出張測定サービスで、リターンロスを測定してもらい
ました。思ったより良かったのにビックリです。ラジエタをほんのちょっと削り込めば、
2401MHz にピッタリ合わせることができそうです。
2．軸モードヘリカルアンテナの試作 (Last Update:2000/12/16)
とりあえず 10ele 八木を作って受信できるようにはしましたが、それはそれとして、JH1CMP 井関ＯＭの紹介された軸モードヘリカルアンテナには興味があります。無論、測定機器もありませんし、全くのコピーを繕うにも入手困難な材料もあります。そんな訳で、10ele 八木での実験と並行して、ホームセンター等を中心にパーツを探してみました。
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ヘリカル構造のエレメントを支える一番簡単な方法は、ヘリカルの内径に合う大きな絶縁物の円筒にエレメントを巻いていく方法です。しかし、2400MHz のヘリカルは小さいとは言え、内径 41mm はあります。一番手軽な素材は 40mm の塩ビ管ですが…重いし不恰好だし、受風面積も大きくなってしまいます。複数本の棒を並行に並べてエレメントを通していく方法もありますが、工作が大変です。 |
| そこで、井関ＯＭの試作４号機で採用されている構造（中心に支持ブームを置き、スペーサを適宜な間隔に配置して支える）を、基本的に使用することとしました。 |  |
使えそうな材料として、次のようなものを用意しました。
材料にかかった費用は概算で \1,800 というところでしょうか。 |
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←組みあがったアンテナです。 ヘリカルエレメントは外径 44mm の塩ビパイプに巻きつけて曲げたため多少大きく、取りつけながら直径を縮めました。最終的なターン数は20になり、ブーム先端が余っています（後日切り落とす予定です）。 |
| 給電部分です。→ 75オーム同軸3C-FVRを使ったＱマッチセクションでＺを100オームあたりにして、エレメントに圧着端子をつけた上でハンダで直接固定しました。同軸はステンレス板の穴を通し、外皮はステンレス板に卵ラグ経由で固定してあります。 配線終了後、エポキシ接着剤で全体を固めてしまいました。 |
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 ▲給電部分 |
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←エレメントを支持するスペーサの様子です。 現物合わせでスチロール棒を切り出し、3.2mmの穴をあけてエレメントを通し、４ターン毎に３方向に配置して、ブームが中央に固定されるようにしました。固定はエポキシ接着剤です。反射板側から１組ずつ、寸法調整→接着→次の寸法調整→接着、と繰り返しました。 |
| 反射板の後部には、イレクターパイプを使った短ブームがあり、コンバータを直接取りつけます。また、ブーム支持には４号機と同様、イレクターパイプ用の支持具を利用して横木を出しました。テストではこれを三脚ベースのクロスマウントに装着して、方位を調整できるようにしてあります。 写真では、コンバータのテスト用電源（単３電池×８個）の電池ソケットも抱かせてありますので、ちょっと不恰好ですね。横木を支持しているイレクターパイプ用のソケットの固定はルーズですが、コンバータの重みで特定の方向置に固定されますので問題ありません。 |
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追記 : 2001/10/24
実際に AO-40 からの運用が開始されて以降、この２０ターンヘリカル＆標準改造 2880 の組み合わせでは、ロクにビーコンの受信もできなかったことから、殆ど使わないままだったのですが、プリアンプの入手と、80cm Dish による安定的な受信環境が整ったことから、２０ターンヘリカルの性能評価を実施してみることにしました。
追加図 1. 受信能力の比較
80cm Dish とプリアンプによるものを基準とすると、20 ターンヘリカル＆ JI5MFZ 式高性能 2880 の組み合わせで -10dB、NF 0.7dB のプリアンプをつけた場合に -7dB と言う結果でした。まあ、想定通りの結果と言えなくも無いですね。
追加図 2. 同一アップリンクの比較
ビーコンではなく、同一のアップリンクを受信した場合の比較も行いました。結果は -10dB、やはり、こんなものですか…。
結論として、20 ターンヘリカルのシングルでは、S2 帯のダウンリンクを聞くのは何とかギリギリ、CW では使えなくはないが、SSb ではちょっと無理ではないかな、ってところですね。S1 帯が生きていれば、また違ったと思うのですが…。
Posted and Edited by 今石良寛 Yoshihiro
Imaishi.
mailto:jf6bcc@jarl.com
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