EFHWアンテナの比較（チューナ編）

前回に引き続きEFHWアンテナの比較です。今回はLC共振器付きチューナとトランスのみのチューナでどの程度差があるのか調べてみました。以前RBNにより比較した結果では大きな差がなかったのですが、WSPRで詳細に調べてみました。

実験準備

前回同様WSPRを使い、30dBmで6フレーム分送信しています。フレーム毎にチューナのみ切り替え、全体のスポット回数を調べてみました。エレメントはBagworm-EFHWで使っているトラップ付きバーチカルを10m竿を使って鉛直方向にフルに展開したものです。

実験結果

今回も伝搬状況が良くVK/ZLから西海岸まで飛んでいます。

総スポット数は58スポット、LC共振器付きチューナが28スポット、トランスのみのチューナーが30スポットになりました。

こちらがLC共振器付きチューナを用いた場合のスポット状況。

こちらはトランスのみのチューナを用いた場合のスポット状況です。

QSBもあるため直接のSNRは比較できませんが大きな違いはないようです。

考察

RBNを使って実験した時と同様、チューナによる大きな違いはありませんでした。
両チューナとも負荷を付けた場合のQまで計測していませんが、選択度の違い以外に大きな相違は無いようです。ハイバンドの運用のみの場合は軽量なトランスチューナを使うのが良さそうです。

EFHWアンテナの比較

正月休み最終日、JG1GPY局のご協力のもと、先日作成したBagworm-EFHWとフルサイズのEFHWアンテナをWSPRを使って比較してみました。

フルサイズEFHWとの比較で検証したかったポイントは以下の２点です。

1. トラップによりエレメントが短縮されているがどの程度影響があるのか？
2. 10mの釣竿で鉛直に展開した場合と、7m程度の釣竿で途中で折り曲げて展開した場合にどの程度差があるのか？

実験方法

14MHzでWSPRを30dBmで送信し、以下のように展開方法を変えたアンテナを交互に切り替えながら6〜10フレーム送信します。

次に各アンテナにおけるレポータからのSNRのレポート回数を比較し(QSBがあるためSNRの値そのものは比較していません）、その結果でアンテナの優劣を判定することにしてみました。実験結果はWSPR.orgのスポットサーチからダウンロードしたものを表計算ソフトに貼り付けたもので集計しています。また送信時刻でアンテナの種別を区別できるようにしました（下表）。レポータのマップはSOTABeamsのDXPLORERを使っています。

実験１

今回の実験で電波の届いたレポーターのグリッドロケータを示したマップです。本日は伝搬状況が良かったようでVR2、VK、西海岸からもレポートがありました。

最初の実験では以下のような条件でアンテナを設営してみました。
・アンテナ１：フルサイズのEFHW（LC共振器付きチューナ）を10m竿で鉛直に展開

・アンテナ２：Bagworm-EFHW(マッチングトランス)を7m竿でL字に展開

結果１

アンテナ１が42回のスポット、アンテナ2が28回のスポットとなりました。いずれのアンテナでもVK/W西海岸まで届いていますが、フルサイズの方が国内も含め、より多くの局からレポートうけています。

実験２

今度はアンテナの展開方法を逆にしてみました。

・アンテナ１：Bagworm-EFHW(マッチングトランス)を10m竿で鉛直に展開

・アンテナ２：フルサイズのEFHW（LC共振器付きチューナ）を7m竿でL字に展開

結果２

アンテナ１が45回のスポット、アンテナ2が41回のスポットになりました。いずれも国内外からのレポートがありますが、前回ほど差は出ていません。

実験３

実験２と同じアンテナの条件で距離が100km以内の直接波で比較してみました。

・アンテナ１：Bagworm-EFHW(マッチングトランス)を10m竿で鉛直に展開

・アンテナ２：フルサイズのEFHW（LC共振器付きチューナ）を7m竿でL字に展開

結果３

下記の表のBagworm3がアンテナ１、Bend2がアンテナ２になります。

スポット数に違いはありますがSNRはそれほど大きな差は無いようです。

実験４

実験２と同じアンテナの条件でDXを中心に比較してみました。

・アンテナ１：Bagworm-EFHW(マッチングトランス)を10m竿で鉛直に展開

・アンテナ２：フルサイズのEFHW（LC共振器付きチューナ）を7m竿でL字に展開

結果４

実験３同様、下記の表のBagworm3がアンテナ１、Bend2がアンテナ２になります。

こちらではスポット数がアンテナ１では17回、アンテナ2では16回となっています。伝搬状態は思ったより安定してるようで同じレポータのSNRに大きな変化はありませんでした。（若干アンテナ１の方が良いSNRになっているような気がしますが微差か？）

考察

以前の実験の通り、10mの竿で展開したフルサイズのEFHWに比べて、7mの竿で展開したL字型のEFHWは性能が劣化することが判りました。

jl1nie.hatenablog.com

またフルサイズのEFHWはトラップで短縮されたBagwormに比べて途中で折り返した際の影響が若干少ないようです。トラップコイルの影響で電流腹の位置が下がっているため、より影響を受けているのかも知れません。トラップコイルの影響は思っていたより大きかったようです。

一方、Bagwormでも10m竿で垂直に展開すれば、ほぼフルサイズ並みの性能を発揮することも判りました。ただ10m竿を展開するとなると竿の重さに加えてステーやペグ等が必要となるため荷物が増えるのが難点ですね。

今後実際のアクティベーションで使い勝手も含めて各アンテナの評価を続けていきたいと思います。

2019 QSOパーティ参加

新年明けましておめでとうございます。今年もよろしくお願いいたします。

　今年もQSOパーティに参加してきました。今回で3回目の参加です。QSOパーティ当日は親戚回りをしていることが多く20局を確保するのが大変な状況です。今年は比較的電波の飛ぶ自宅の430MHzと、まったく電波の飛ばない住宅密集地の7MHzの組み合わせでどうにか規定局数に達することができました。

こちらは住宅密集地で先日のBagworm-EFHWを展開した様子です。

　地上高4m足らずですのでほとんと鉛直方向に打ち上げていると思います。また地形上、3-4エリアのある西方向が少し高くなっており仰角30度ぐらいまで空が見えない状況です。そんな状況でも2日午後には3-4エリアが入感していたのですが、例年の通り大苦戦。6局QSOするのが精一杯でした。普段近くの小高い公園でアンテナ調整をしている際にはちょっとしたパイルアップでもコールバックして貰えるのですが、同じアンテナでも環境が異なるとまったく状況がちがいます。

　V/UHF帯の見通し距離の通信ではフレネルゾーンを確保できるかが良い伝搬の為には必須になるようです。フレネルゾーンは2点間の最短経路からの伝搬パスの差が半波長以内に収まる伝搬パスが存在する範囲で、この中にある遮蔽物が少ないほど伝搬損失が少なくなります。

山岳移動の際、山頂では遮蔽物がほとんどない状況ですのでV/UHFにとっては絶好の環境となります。電離層反射を用いるHF帯では高さ方向を如何に稼ぐかより、目指す打ち上げ角の方向に遮蔽物がないかということが重要になるかと思います。HF帯で一番飛ぶのは見晴らしの良い海岸沿いと言われていますが、これはフレネルゾーンに遮蔽物がないことに加え、海面における反射をフルに活用できるところがポイントなのだと思います。今回の環境は目指す打ち上げ角の方向は遮蔽物だらけでこのような結果になってしまったと思われます。屋根の上にバーチカルでも上げられればもう少し状況は改善するのかもしれませんが、ノイズや景観の問題もあり都市部の無線家には悩ましいところです。来年のQSOパーティは10mのポールを2階のベランダから生やして様子をみてみようと思います。

マルチバンドEFHW「Bagworm-EFHW」の製作

　先日の大持山でのアクティベーションでは山頂が狭くGlue-EFHWの7/10MHzのエレメントを展開することが出来ませんでした。また木々の多い山頂では、ギボシの付け替えのためアンテナの上げ下げをしていると、枝にエレメントを引っかけてしまうこともしばしばありました。

　少し前からエレメントの上げ下げが不要なトラップ付きEFHWを作っていたのですが、フルサイズでは張れる場所がやはり限定されてしまいます。そこで以前作ったLC共振器付きのEFHWチューナが14MHzのエレメントに7MHzをマッチングできることを利用して、少し変則的なマルチバンドEFHWを作ってみました。トラップがミノムシ(Bagworm)みたいなので「Bagworm-EFHW」と名付けました。作り方の詳細はこちら（P.36から）をご覧ください。

※2019/1/4　10MHzのトラップ位置及び全体寸法を見直しました。
※2019/1/5　計測結果を更新しました。

 概要

今回のアンテナではエレメントとトラップの配置はこんな感じにしています。

14/18/21MHzは普通の1/2λバーチカルEFHWとして使います。7MHz/10MHzは1/4λのバーチカルとして使えるように10MHzのトラップを変則的な位置に置いてみました。エレメントサイズは7.2mの釣竿で以下のように展開した場合のサイズです。

使い方

• LC共振器付きEFHWチューナに付けて使う際は14-21MHzは1mのカウンタポイズを7MHzは2mぐらいのカウンタポイズ（ラジアル）、10MHzは7MHzのラジアルを小さく折りたたんだものを付けています。環境によって異なるようですのでカットアンドトライしてみて下さい。
• ハイバンドだけで使う場合には後述するトランス型チューナのみでOKです。面倒なチューニング動作が不要でGlue-EFHW並みにコンパクトすることができます。

EFHW用トランスの強化

今回作成したアンテナではトランス式マッチングボックスのコア材も2サイズ大きいFT82に強化してみました。

以前から1次側に入っているCが謎だったので少し実験してみました。EFHWの共振時の純抵抗が数KΩになるので、二次側に4.7KΩのダミーロードを付けてアナライザでトランスの特性をみてみました。
まず一次側のCを抜いて3.5-30MHzまでスイープした結果がこちら。

次にC(=150pF)を入れてスイープした時の結果はこちら。より高い周波数までSWR=2の円の中に入るようになり、広い範囲でマッチングが取れるようになりました。

アンテナアナライザによる測定

今回の製作では、アンテナアナライザがトラップの製作から完成したアンテナの特性をみるまで大活躍でした。こちらはトラップの共振周波数でのディップを見ているところ。大きな液晶が大変見やすいです。

　またアナライザ本体に測定データを保存することが出来るので自宅に帰ってからPCにデータをダウンロードし詳しく調べることもできます。

スミスチャートによる解析結果

以下が完成版のアンテナ(1/4版)を13MHz～24MHzまでスイープした結果のスミスチャートです。真ん中の二つの円はSWR=1.5（内側)とSWR=2.0の円(外側)になります。

• 周波数を上げていくと赤い軌跡が時計周りに動いていきます。トラップでエレメントを３つに区切っているので共振点の分、３つの円ができます。
• マーカ1　14MHzの運用周波数です。ほぼ共振点で50Ω近くになりました。
• マーカ2　こちらは18MHz。共振点では若干インピーダンス高めですが問題ないレベル。
• マーカ3　21MHzも全般的に高めです。チャートから並列にCを入れると良いことが判りますが、他のバンドに影響を及ぼすのでこれぐらいにしておこうと思います。
• トラップのQがかなり高いので全般的にSWR=1.5の円の範囲に入っている帯域はあまり広くないようです。

考察

　トラップがローディングコイルになる効果でアンテナ自体も多少コンパクトになったようです。基本的にトラップでエレメントを切っただけなので10m竿でフルに展開した時のフルサイズEFHWとの性能差は小さいと想像しています。ただし18MHz/21MHzでも常に14MHzのサイズのエレメントを展開するため、7m程度の短い竿ではエレメントを一部折り曲げたりすることで給電点が低くなり性能劣化が懸念されます。

　重量も若干増加しています。Bagworm-EFHW(右端)が190g、Glue-EFHW(左端) 170g、EFHWチューナ(中央)が170gですので、7-10MHz対応だと190+170=360gになります。これで7-21MHz出られるならまあ仕方のないところでしょうか。

　今後いつものようにWSPRを使ってフルサイズのEFHWとの性能差を検証してみたいとおもいます。

（おまけ）アナライザのキャリブレーション

アナライザを使ってきちんとインピーダンスの計測をする場合はキャリブレーションが必須のようです。どのくらい違いがあるのか3mの同軸の先にRH770を付けて144MHz帯で調べてみました。

こちらは同軸の先＝アンテナ直下にキャリブレーションキットを付けてキャリブレーションした場合。

こちらはアナライザの手元でキャリブレーションした結果です。

反射波(S11)を測っている場合、同軸の電気長で行って返ってくる分（6m * 0.67= 4.02m)の位相が回ってしまい、j=0となる点が判らなくなってしまいました。

枡形山無線倶楽部例会

久しぶりに枡形山無線倶楽部のメンバーで集まりました。小雨の降る中、生田緑地の枡形山に集合し持ってきたブツを広げます。まずRadix S106をEZB局からGPY局へ贈呈。当局が再開局時に使っていたのですが、あまり使わないのでEZB局にお譲りしたものが巡り巡ってGPY局へ。無線ポタリングで活用される予定とのことです。

早速アンテナを上げて7MHzでQRV。アンテナ調整には新兵器を使ってみました。

GPY局は4エリアのSOTA仲間と7MHzで和文CWでスケジュールQSO。今日がGPY局の和文CWデビューの日となりました。若干緊張気味ですがCWインベータ仕込の大変流暢な和文CWでした。（と言っても当局は和文は分からないのですが。^_^;）

当局は先日入手したアンテナアナライザFA-VA5でトラップ付きのマルチバンドEFHWの調整をしてみました。FA-VA5はとても高機能でアンテナ調整が捗ります。14-18-21MHz 3バンド対応のトラップ付きEFHWの調整が完了しました。詳細はまた別の記事で。

EZB局がFT8に興味があるということで、当局の持参したタブレットでWSJT-X 2.0.0を立ち上げ、完成したばかりのアンテナでデモンストレーションQRV。欧州局を中心にコールしたのですが残念ながらQSOには至らず。PSKReporterでみたところ、そこそこ飛んでいるようで一応アンテナはOKのようです。

久しぶりに無線部らしい活動が出来た午後でした。

（おまけ）こちらが新兵器のアンテナアナライザFA-VA5です。

周波数は10kHz～600MHz。お値段は本体￡145、キャリブレーションキット￡11、日本円にして2万7千円弱と大変お買い得です。暫く品薄状態が続いていたようで当局も入手まで2か月近くかかりました。

キットとなっていますが、表面実装部品は全て半田付け済み。USBインタフェースのドーターボードをつけるのに若干てこずりますが※1、難易度は高くないと思います。

こちらが心臓部。回路はこちらのQEX 2017 May/June号とほぼ同じか？ Si5351の出力を4066のミキサでベースバンドに落とした後、MCP3911でAD変換しています。200MHzが上限のSi5351で600MHzで測るミソは前述のQEXにあるようですが、まだ記事は読めていません。

こちらはオプションのキャリブレーションキットについてくるパラメータ。一つ一つ実測してあります。この値を入力後、Short/Open/Loadの三種類のキャリブレーションを30分近くかけて行います（普段の計測時のキャリブレーションはここまで遅くありません。）

またUSBで接続し、PC側のソフトから制御することもできます。本体でもスミスチャートを表示することができますが、本格的にマーカー等を置いて値をみるにはこちらの方がやりやすいと思います。

液晶がむき出しだと割りそうなのでスマホの保護フィルムを張っています。キャリブレーションキットを一緒に百均のソフトケースに入れて持ち歩けるようにしてみました。

高機能でまだまだ使いこなせていませんが、アンテナ作りにとても役立ちそうです。

※1 ドータボードの取り付け

本体基盤のパッドが熱に弱いので取り付けには注意が必要です。マイカ板をドータボードの下に挟んだところで位置決めをしクリップ等で軽くドータボードを仮止めして下さい。

ドータボードの横にあるパッドは固定専用のようですので、仮止めした状態で先に横のパッドをはんだ付けしドータボードを固定します。

その後、ドータボード下部の信号線のパッドをはんだ付けすると作業しやすいと思います。

SOTA Winter Camp 2018

今年もSOTA仲間の皆さんと、忘年会とアクティベーションを兼ねた「SOTA Winter Camp」を開催しました。開催場所はいつもの河川敷です。

　大変人気の場所で、この寒さにもかかわらず土曜の午後は大混雑です。早めに駆けつけていただいたJH0CJH局・JG1BOK局に場所取りをしていただきました。18時半に到着すると既に皆さんずいぶん出来上がっている様子です。21時過ぎにはメンバが全員集合。JG0AWE局の持ってきた廃材で盛大にキャンプファイヤです。

ダッチオーブンも二つ登場。自家製味噌のピリ辛韓国風鍋と手羽先の蒸し焼きをご馳走になりました。いずれも絶品。アルコールが進みます。

23時過ぎ、そろそろ飲み疲れてきたので皆さん就寝です。

次の日の朝は6時過ぎに起床。二日酔いのCJH局はまだテントの中です。7時半過ぎにはアクティベーション参加の各局が宮ヶ瀬湖鳥居原園地に集合し始めたので大急ぎで向かいしました。（当日スマホを車に忘れてしまい、残念ながらここからは写真なしです）

　いつものように子供はあっという間に先に登ってしまいます。若干お疲れ気味の親は最後尾からのんびりと。山頂についた頃は既に皆さんアクティベーションを始めていました。

　当局もいつものElevated Radial GPを上げて18MHzからQRV。ZL1BYZから始まり1エリア各局のチェイサーの皆さまからコールいただきました。14MHzは6エリアからコールいただけました。本日はここでQRT。その後、各局と談笑の後、一足お先に下山させていただきました。

　今年のSOTA Winter Campにも沢山のアクティベータの皆さんに参加いただけました。また来年もSOTAを盛り上げていきたいと思います。各局ありがとうございました。

大持山(JA/ST-005)

一月振りのSOTAアクティベーション。今回は秩父の大持山(JA/ST-005)に行ってきました。

中央道から圏央道を抜けて299号を北上し秩父市へ。生川入口の交差点を左折すると目の前に異様な山体の武甲山がみえてきます。

石灰工場の脇を抜けて林道を登り、一の鳥居に着いたのは既に7時半過ぎ。天気も良くハイカーで駐車場はごったがえしています。どうにか停めるところを見つけて登り出したのは8時過ぎ。ほとんどのハイカーは武甲山方面に向かうのですが、こちらは林道を更に先へ妻坂峠を目指します。

妻坂峠に着いたのは9時近く。武甲山をこの角度からあまり見たことがなかったのでしばらく見入ってました（冒頭の写真）。

ここからは急な登り坂が続きます。

へばりながら登っていくと大持山の肩といわれる絶景ポイントへ到着。素晴らしい眺めです。

ここから10分程登ると大持山の山頂に到着。SLIPPERからのWelcomeメッセージも無事に届きました。

山頂は狭く木々に覆われています。向こうには子持山と武甲山。人気の縦走コースでハイカーも沢山訪れます。邪魔にならないよう斜面の途中にシャックを構え18MHzからQRV。

あまり伝搬状況は良くないようで1エリア以外からは呼ばれません。

　　　　　　　　　

　携帯が全く繋がらないので今日はSLIPPERが頼みです。スポット情報で各局のQRV状況をみると皆さん７MHｚでQRVされているようです。ビーコン情報をみるとまだ山頂にいらっしゃる様子。どうにかアンテナを張ろうとしたのですがハイカーも多く難儀しているうちに枝にギボシをひっかけてエレメントが千切れてしまいました。残念ながらここでHFはQRT。残りの時間で430MHzで呼びまわり山頂を後にしました。

中央道も混み始めていたので、帰り道はのんびり下道で。夕焼けに映える富士山がとても綺麗でした。

今日は伝搬状況は今一つでしたが、天気にも恵まれ晩秋の秩父を堪能することができました。本日もコールいただいた各局ありがとうございました。

SOTA山APRSメッセージサービス「SLIPPER」

※本記事の内容は古くなっています。以下の最新の記事をご覧ください。

jl1nie.hatenablog.com
APRSビーコンを出しながらSOTA山に登ると、山頂付近でWelcomeメッセージを送ってくれるサービス「SLIPPER (SOTA Location Information Providing service with automatic PackEt Reporting system）」（略称：スリッパー）の試験運用をはじめました。

・使い方

SOTAwatch2にアラートを登録し、APRSビーコンを出しながらSOTA山を登ってください。ビーコンの位置情報からSOTA山を識別し、山頂付近でWelcomeメッセージを通知してくれます。

・お願い

不具合・ご要望等ありましたら当局までご連絡いただければ幸いです。なおメッセージ通知を希望されない方はお手数ですが当局までコールサインをご連絡下さい。

・便利な機能

JL1NIE-10宛にAPRSメッセージでコマンドを送ることでSLIPPERを制御することができます。コマンドは","で区切り複数送ることができます。大文字・小文字は区別しません。

・スポット情報の入手

JA JA国内の直近３スポットの情報を返します。

DX DXの直近３スポットの情報を返します。

例：コマンド：JA,DX

メッセージ１：00:30-JL1NIE/1-14.061

メッセージ２：00:45-VK6AAA/P-14.050

・位置情報の入手

LOC: (LOCate) 直近に受信したビーコンに基づき位置情報を返します。位置によってメッセージの内容が異なります。山頂にいる際は山頂ビーコンの受信時間(UTC)と最寄りのサミットまでの距離と方角（真北からの角度）を返します。

例： LOC

メッセージ(山頂) : JA/KN-006 - Ooyama 1252m 8pts. 51m(120deg).

メッセージ(300m以内): Approaching JA/KN-006, 250m(120deg) to go.

メッセージ(300m以上)： 03:30 KN-006 2104m(120)

・Twitter ＠SOTAwatchspotJAへのメッセージ投稿

M=<メッセージ内容>

     @SOTAwatchspotJAのタイムラインに投稿します

例：コマンド：M=Hello World

         メッセージ:Posted: Hello World

       タイムライン：JL1NIE-7 Hello World

なお同一メッセージの投稿を防ぐため続けて同じメッセージを投稿することはできません。

・タイムラインへの位置情報の投稿

LTON：(Location Tweet ON) 山頂へのアプローチ・ウェルカムメッセージを送る際にSOTAwatchspotJAのタイムラインにも投稿します。

LTOFF：(Locatin Tweet OFF) SOTAwatchspotJAのタイムラインへの投稿を止めます。（既定値）

例：コマンド：LTON

        メッセージ：Set location tweet ON

       到着時のタイムライン： JL1NIE-7 Welcome to JA/KN-006. Ooyama 1252m 8pts.

・ビーコン受信状況の表示

ST：(STatus) 直近2時間のビーコン受信状況を以下のフォーマットで返します。山頂にいる局リストにはビーコンの受信時間が表示されています。

　フォーマット：　On：<山頂にいる局リスト> Near:<山頂付近にいる局リスト> Recv:<ビーコンを受信した局リスト>

　例：On:JL1NIE(01:35) Near: None Recv: None

・コマンド一覧の表示

HELP

 ・FAQ(よくある質問)

Q. いつからビーコンを受信しているのですか？

A. SOTAwatch2のアラートに登録された到着予定時刻(ETA)の5時間前から6時間後までアクティベーション局のコールサインでビーコンを探しています。

Q. SOTAwatchのアラートに登録しないとコマンドは使えないのですか？

A.  スポット情報（JA/DX）、ビーコン受信状況（ST)及びHELPコマンドはアラートを登録しなくてもいつでも使うことができます。

Q. どのタイミングでメッセージを送りますか？またメッセージの意味は？

• 山頂から300m以内のビーコンを受信すると山頂までの距離と方角（真北を0度とした角度）を通知します。
  例： Approaching JA/KN-006, 250m(-90) to go.
  
  
• 山頂から100m以内になるとWelcomeメッセージと共に山頂付近のJCC/JCG、直近にスポットされているJA国内のアクティベーションを通知します。
  例： Welcome to JA/KN-006. Ooyama 1252m 8pts.
             Isehara-city<JCC#1115>
             00:30-JL1NIE/1-14.061 00:46-JA1YCB/1-7.012

Q. メッセージが来ないのですが？又は沢山同じメッセージが来るのですが？

A. 電波状況によってはメッセージが届かない場合があります。また受信局からメッセージ受理通知（ack）が届かない場合、SLIPPERからメッセージの再送を行うため何通も同じ内容のメッセージが届くことがあります。