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【みな空の中で TKA目次】

ようこそ  下の “下線のある表題文字” をクリックすると各ページが開きます。 (空の中でja1tka目次)
  オケラ8世 DELICAプラグインコンバータとコイル ペイント圧縮の例(四万十川の沈下橋

---【 1アマ試験 (無線工学)計算問題】---
     ・「第1級アマチュア無線技士 国家試験のコツ」の 目次は
 ⇒ こちら をクリックしてください 

---【 2アマ試験 (無線工学)計算問題】---
     ・「第2級アマチュア無線技士 国家試験のコツ 」の目次は ⇒ こちら をクリックしてください

---【A.ヨット関係 目次】---
A1.ヨット オケラへのプロローグ
A2.オケラ1世の思い出
A3.オケラ2世の思い出
A4.オケラ3世の思い出(オケラ3世の自作と太平洋横断)
A5.オケラ3世の思い出(沖縄海洋博_太平洋横断ヨットレース)
A6.オケラ3世と沖縄海洋博_太平洋横断シングルハンドヨットレースの記事
A7.一人乗り水上飛行機の自作(オケラ番外編)
A8.オケラ5世の思い出-1(第1回BOCシングルハンド世界一周レース)
A9.続:オケラ5世の思い出-2(第1回BOCシングルハンド世界一周レース)
A10.S58年の文春に掲載された第一回BOC世界一周シングルハンドヨットレースで優勝した多田さんの航海
A11.SAILに掲載されたBOC世界一周シングルハンドレースで優勝した多田雄幸さん
A12.S58年のNumberに掲載された植村直己・多田雄幸「オケラⅤ世」世界一周ヨットレース優勝対談
A13.日テレの社報に掲載されたオケラⅤ世と世界一周単独ヨットレース

A14.長距離航海ヨットの通信用アンテナ
A15.続:長距離航海ヨットの通信アンテナ(アンテナ給電線とアース配線)
A16.続2:長距離航海ヨットの通信アンテナ (バックステーアンテナの盲点?)
A17.外洋ヨットの21MHzアンテナと簡易で故障が少ないマッチング方法
A18.ローコスト(500円)で簡単に自作できるヨット用21MHzアンテナチューナー

A19.オケラ ネットのはじまり
A20.ヨットのエンジン冷却排水と排気設計のポイント
A21.ステンレス製のウォーターロックが錆びる原因
A22.ウォーターロックを自作する
A23.FRPパイプの自作(曲げパイプ自作)
A24.オケラⅢ世時代の排気と排水(古い話)
A25.ヴァンデ・グローブ ヨットレース艇の現在位置を調べる

---【B.アマチュア無線のアンテナ技術 目次】---
B1.アンテナと共振周波数
B2.アンテナとインピーダンス
B3.アンテナとフィーダ(給電線)
B4.フィーダー上の高周波電力(進行波と反射波)
B5.SWR値と反射波電力・アンテナへ進む電力(同軸ケーブルとハシゴフィーダの比較)
B6.SWRの測定と問題点
B7.アマチュア用SWR計と注意点
B8.同軸ケーブルの長さを調整するとSWRが下がる?
B9.同調ケーブルと非同調ケーブル
B10.アンテナ チューナー(アンテナ カプラー:空中線整合器)
B11.続:アンテナチューナー(オートチューナー)
B12.アンテナチューナー(カップラー)のコイルとバリコン
B13.アンテナチューナー(カップラー)の自作(例_1)
B14.T型アンテナチューナー(カップラー)の自作-2
B15.14MHz~50MHz T型アンテナチューナー(カップラー)
B16.LCL_T型アンテナチューナー(カップラー)
B17.Tokyo HY-Power HC-500 アンテナチューナー
B18.トランスマッチ方式のアンテナチューナー回路図の例
B19.T型アンテナチューナー回路図の例
B20.パイC型アンテナチューナー回路図の例
B21.DAIWA CNW-818アンテナチューナー回路図
B22.YAESU FC-901アンテナチューナー
B23.エアーダックスコイル自作と7MHz CLC T型アンテナチューナー自作
B24.エアーダックスコイル自作2(アンテナチューナー(カップラー)用
B25.はしごフィーダー用アンテナカップラー(アンテナチューナー)
B26.垂直接地アンテナと同軸ケーブルの整合(マッチング)
B27.垂直接地アンテナとアース抵抗(接地抵抗値)

B29.MMANAで垂直アンテナのインピーダンスの算出と整合回路
B30.「Smith V3.10」でアンテナチューナー(ANT整合回路)を設計
B31.正三角形の1波長ループANT(18MHz)のインピーダンスをMMANAで算出
B32.逆三角形の1波長ループANT(21MHz)のインピーダンスをMMANAで算出
B33.2mの垂直ANTで7MHzを送信する(MMANAとSmith v3.10で計算)
B34.続:垂直ANT(4~10m)の7MHzでの給電点インピーダンスと整合回路・放射効率
B35.1波長ひし形ループANT(21MHz)をMMANAで設計
B36.測定器なしで自作コイルのインダクタンスを調べる
B37.7~28MHz Antenna Tuner アンテナチューナーの自作
B38.移動運用時の,7MHz逆L ANTのインピーダンスと整合回路

---【C.アマチュア無線機器 目次】---
C1.昭和28年 ラジオ アマチュア ハンドブック
C2.デリカ プラグイン コンバータ
C3.TS690/450から音が出ない故障と修理
C4.TVアンテナのステーを利用した21MHzループアンテナ
C5.OMの開局当時のシャック
C6.829B 144MHz SSB トランスバータ
C7.21MHz傾斜型ダイポールANTと調整
C8.ライナー 15BとLiner 15(21MHzSSBトランシーバー)
C9.ACRON 15S 21MHzトランシーバー
C10.ヘッドホン出力を電波で飛ばすミニFM送信機 (炊事,洗濯中もワッチ)
C11.DC12v電源 Daiwa PS304 の修理
C12.DC12v電源 Diamond GS-400A修理

---【D.パソコン関係 目次】---
D1.WindowsXPでのHDDパーティション変更
D2.Cドライブに空きが少ないVistaをWindows7アップグレード
D3.Bufflo ルーター BBR-4MGのファームウエア更新
D4.Windows Vista ディスクのクリーンアップ手順
D5.PCの不要ファイルを定期的に整理/清掃する手順
D6.NEC Lavie CPU交換
D7.Dell Dimension 9150 故障と修理
D8.Dell Dimension C521 起動しない原因と修理(電池交換とBIOS設定)
D9.Dell Dimension C521 メモリ増設,ハードディスク(HDD)交換
D10.Dell Dimension C521 CPU交換,チップセットLSIへの放熱板取付
D11.Old Mac Classic II
D12.Old Mac Color Classic Ⅱを動かしてみました
D13.Old Mac SE/30修理(電源編-1)
D14.Old Mac SE/30修理 ATX電源で動かす【電源編-2】
D15.Old MacSE/30電源修理(続:純正電源の修理)【電源編-3】
D16.Old Mac SE/30修理【ロジックボード電解コンデンサー交換】
D16-2.再び SE/30修理トライ(2017年)
D17.Macintosh PowerBook170の修理
D18.ハードエラーで起動しないPCをLinux-Unbutuで甦らせる
D19.続:ハードエラーで起動しないPCをLinux-Unbutuで甦らせる
D20.Linux-Ubuntu9.04のインターネット接続設定
D21.snap.do・・・ブラウザの起動画面がsnap.doになった時に元にもどす手順
D22.Windows updateの更新プログラムの確認動作が進まない(終わらない)時
D23.Windows updateのダウンロード・インストールが失敗する_BITS破損を修復
D24.Windows Updateで「現在サービスが実施されていないため…確認ができません」の解決
D25.iTunesにCDが取り込めない,音楽CDが聴けない時の解決
D26.Ultimate boot CDの作成と起動方法
D27.Windows PE 起動CDの作成手順(簡単な作り方)
D28.起動しないPCからデータを取り出す(Data Salvage)
D29.起動しないPCをKNOPPIX_CD1枚で起動_KNOPPIX_CDの作成
D30.起動しないPCの原因切り分け,KNOPPIX_CDでHDDのSMART値を調べる
D31.パソコンの動作が遅くなった症状をシステムの復元で修復
D32.iTune 12.01へアップしたらiPodが表示されない…解決
D33.LL750SG 再セットアップは非AFTのHDDでないと完了しない
D34.HP Touch Smart 310のHDD交換,SATAケーブルコネクタ接触不良と修理
D35.ノートパソコンのUSBマウスが動かなくなった時 1つの解決方法
D36.sfc(システム ファイル チェッカー)でシステムを修復する
D37.Windows10へのアップグレード手順
D38.PCが起動しない時,システム修復ディスクで修復
D39.NEC VersaPro VY25AF-7をSSDで復活
D40.NEC Lavie LL800KGをSSDへ交換
D41.NECネットブック VersaPro Ultralite(Celeron U3400)をSSDに交換
D42.東芝 Dynabook N510のHDDをSSDに交換
D43.富士通 FMV-BIBLO NF/C50 SSDへ交換とWindows10アップグレード
D44.Windows10で作成ファイルがデスクトップに表示されない時
D45.NEC Mate MJ32 のHDDをSSDへ交換,Windows10へアップグレード
D46.NEC VK10EB-Bの無線LANカードON・OFF操作スイッチの位置と操作
D47.Lavie LL800KGのWindows10アップグレードとディスプレイドライバー更新
D48.システムの復元ポイントの設定手順
D49.Windows10 Anniversary Updateの実行
D50.NEC VersaPro VK25MX-B へ無線Lanカードの取付け

---【E.その他の目次】---
E1.薄型テレビの音質改善
E2.地デジアンテナを屋根裏へ設置
E3.地デジをFMラジオで聞く
E4.ETCを自分で取り付ける
E5.ノートPCの電源アダプターで車のバッテリーを充電する
E6.夏休みの工作_ゲルマニュームラジオの製作
E7.デジカメ Cyber-shot DSC-T20の振動トラブルと分解修理
E8.シーリングライトがすぐ消える症状と修理
E9.Asahi Toy 3石 27MHz トランシーバー
E10.テレビのリモコンを分解修理
E11.iPod nano 6世代のスリープボタン(電源ボタン)の修理
E12.航海中の小笠原丸の現在位置を調べる(マリントラフィックで見る)
E13.Windows Updateが自動で実行されているかの確認
E14.パソコンを止めるときに便利な shutdown アイコンを作る
E15.高輝度LEDで低消費電力の常夜灯を作る
E16.2015年年次訪問者調査 Chrome:ユーザー調査 詐欺画面と対処
E17.音が出なくなるONKYO AMP A-922Mの修理
E18.蛍光管ダウンライトをLED電球に交換(口金変換アダプター改善)
E19.横向き蛍光管のダウンライトをLED電球へ交換

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皆空の中で...は,五蘊皆空の中で,一瞬の生を受けて今いる私ができることを…と言う気持ちで書いています。
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  1. 2017/05/04(木) 00:12:00|
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SE/30修理トライ

2017年4月、Wさんから「Macintosh SE/30の電源ONしてもファンの音がせず,画面も真っ暗なまま動かない」と相談がきました。
                           目次のページへもどるは ⇒ こちら

Macintosh SE/30 は1989年発売のコンパクトMacで,Old Macの中でも多くのMacファンを魅了した名機でした。
1989年から28年経過しているので,定期的なメンテナンス無しでは動かなくなると思います。
最も心配な「3.6V電池の液漏れ」が発生していないか尋ねたところ,「液漏れ無し」とのこと。
電池の液漏れが発生し周辺のICまで及んでいる場合は修理不可能ですが,
それが無ければ復旧する見込み全く無しとは言えないので,修理トライをすることになりました。

当該のSE/30が届きました。
20年前にリワーク新品(新品の部品を集めて組立販売されたMac)として購入したが,
ひと月で起動しなくなったとのこと。
そのまま使用されないで保管されていたようで焼けも少なく外見はきれいです。
      (写真はクリックで拡大します)
   001_SE30前

次は裏側です。なぜか裏側に製品を示すラベルがありません。
純正品は製品のラベルやバーコードなどが貼り付けられているのですがね・・・。
      (写真はクリックで拡大します)
   002‗SE30後
純正品は次のようなラベルが貼り付けられています。
   003 背面の銘板が無い

筐体をあけてカバーの裏側を見ると,次の文字がありました。
この文字から,この筐体は福島県のプラスチック成型メーカで作成されたものです。
純正品でない筐体が福島県で作られたのでしょうか?
当時のSE/30ブームの中で作られたのでしょうか?
      (写真はクリックで拡大します)
   004カバー裏の文字

次はカバーを外した中味です。高圧回路などにほこりが全くありません。
      (写真はクリックで拡大します)
   005カバーを外した

次の写真は取り付けられていたSE/30 ロジックボードです。
心配したリチューム電池(赤色)は液漏れしていませんでした。電池の電圧は完全にゼロでした。
      (写真はクリックで拡大します)
   006ロジックボード


ロジックボードを点検すると,丸く白い電解コンデンサから液漏れがしています。
電解コンデンサC7ははずれて無くなっています。
      (写真はクリックで拡大します)
   007コンデンサーが古い


電解コンデンサC3,C4,C5,C6 の付近は漏れた液でパターンが汚れています。
左上のC7が外れた跡は最も汚れています(早くから液漏れしていたのでしょう)。
      (写真はクリックで拡大します)
   008コンデンサーを拡大1



次の電解コンデンサC8,C9,C10 も液漏れしています。
      (写真はクリックで拡大します)
   009コンデンサ拡大2


次の写真を見てください。電解コンデンサC7がありません。
液漏れでコンデンサの足が腐食して半田が外れてコンデンサがとれてしまったのでしょう。
C7の上側のIC(74LS166)の足が漏れた液で腐食して青錆びが発生しています(嫌な予感)。
これらの写真は無水アルコールを綿棒に付けて漏れた液をふき取った後のものです。
      (写真はクリックで拡大します)
   010コンデンサが無い

次いでアナログボードを点検したら,右上のパターンが茶色変色していました。
(P1コネクターの茶色変色は有名な症状です)
      (写真はクリックで拡大します)
   011パタ-ン焼け

茶色変色部を太い銅線で結びました(熱が銅線を伝わって広がることで焼けが発生しなくなります)。
      (写真はクリックで拡大します)
  012パターン接続


電源ユニットが正常に動作しているか確認します。
次の黄色の部分が電源ユニットからのコネクタです。
      (写真はクリックで拡大します)
   013電圧確認

次は上の黄色部分を拡大したものです。
図に記載のように,電圧が確認できればOKですが,測定した結果,すべて電圧ゼロでした。
電源ユニットの故障です。      (写真はクリックで拡大します)
   014電圧確認2

アナログボードを取り外しました。
      (写真はクリックで拡大します)
   015アナログ基板

アナログボードから電源ユニットを取外しました。
      (写真はクリックで拡大します)
   016電源外したアナログボード

取り外した電源ユニットです。      (写真はクリックで拡大します)
   017電源ユニット

電源ユニットのケースを外して,内部の点検をします。
20年以上経過しているので基盤裏面のパターンと部品の足を新しい半田を追加して再接続します。
この作業は部品の足の数だけ実施するので時間がかかります。
この半田追加作業で電源ユニットが生き返りました(経年で半田クラックが生じていたのです)。
      (写真はクリックで拡大します)
   018電源ユニット内部

上の電源基板にASTEC製造,1986年とある。SE/30用でなくSE用なのかも?
次はSE/30用の純正の電源ユニットです(Appleの銘板があります)。
      (写真はクリックで拡大します)
   18‗純正SE30電源


電源ユニットとアナログボードの修理が終了したので,ロジックボードのコンデンサ交換をします。
次の写真はロジックボードの古い電解コンデンサを取外した後です。
汚く見えますが,これでも無水アルコールで拭いたあとです。
強く削るとパターンが切れるので汚れ落とし作業は細心の注意が必要です。
      (写真はクリックで拡大します)
   019‗C6取外し跡


電解コンデンサC7の上側のIC(74LS166)の足がC7の液漏れで腐食し青錆び状態です(深刻な状態)。
      (写真はクリックで拡大します)
   020‗C2取外し跡 


新品の電解コンデンサを取り付けました。
C6は1μF/50V,他は47μF/35Vです(47μF/16VでもOK)。
足を短くして半田付けする時に基板側のパターンをはがす虞があるため,
やや足を長くして取り付けました。動作的には問題ありません。
IC UB11のPin-7とPin-15を抵抗1kΩでプルアップしました(CPU起動を助ける手法の一つ)。
      (写真はクリックで拡大します)
   021‗C6取付 


全ての電解コンデンサを新品に交換しました。
      (写真はクリックで拡大します)
   024コンデンサ交換終了

電池を単4電池2個で代用して,SE/30の電源をON時したら「ポーン」と起動音がしました。
冷却ファンも回転します。ハードディスクも動作音もします。
正常に起動できなくても「泣きMac (Sad Mac)」の画面が~・・・と期待しましたが,次の画面となりました。
この画面はロジックボードからビデオ信号が出ていない状態と考えます。

筐体側面の再起動ボタンを押すと,アルペジオのメロディが出ます。
アルペジオはハードのエラーが生じたときにMacが奏でる悲しい和音です。

通常ならアルペジオ音と同時に画面上にSad Mac(泣き顔のMac)が表示されますが,
ビデオ信号回路の不良で「泣きMac」が画面に表示されません。
でも,アルペジオのメロディが出るのでロジックボードの一部は正常に動いているとも言えます。
      (写真はクリックで拡大します)
    025‗ラスター画面がでた 

画面が真っ暗の場合は,アナログボードの次の①をテスターの50Vレンジで測定して
マイナス30~40Vの電圧となっているかチェックします。
測定中に画面が明るくなるなら,アナログボードは正常に動作しています。
      (写真はクリックで拡大します)
   026‗画面が暗い時

あるいは,アナログボードの輝度調整用「半固定抵抗器」をドライバーで回転させてみます。
      (写真はクリックで拡大します)
   026明るさ調整 

今回の修理で,次の画面の状態まで回復しましたが,これから先の修理は簡単ではありません。
      (写真はクリックで拡大します)
   027ラスター画面

記載を省略しましたが,RAMの足の清掃なども行いましたが状態は改善できませんでした。
残る修理作業としては,ロジックボードのICの交換,切れているパターンのジャンピングなどが必要でしょう。
この作業にはロジックボードの回路図が必要です。
古いICの動作品を探すこと,部品が入手できてもアナログ基板(積層基板)が非常に古いこと,
スルホールの導通が心配なこと・・・などを考えると大変な作業になります。
そう考えると,ロジックボードの動作品が入手できるまで待つのがベターでしょう。

ロジックボードが正常に動かないため,ハードディスクHDDからOSが読み込めるかどうか不明です。
OS:KT7.1が起動するか確認できません。
また、FDDの書き込み読み出しができるかも未確認です。

内部を点検中に発見したのですが,HDDマウンターとHDDの取付穴が合っていないため,
HDDの固定が片側ビス1つで止められています(本来は片側ビス2つ,計4個で固定)。
リワーク品は,こんな組立で顧客へ販売していたのでしょうかね~。


今回の修理作業はここまでで中止しました。

これから先は,SE/30の修理に詳しい「丸真商店」などへ相談してみる方法があります。
「丸真商店」のSE/30修理のページは ⇒こちら http://www.marushin-web.com/se30_1.html

但し,お店は修理技術と作業時間で生計を立てているのですから,動作する状態へ回復せずとも
相応の技術料がかかると思います。
(病院における末期段階での脳手術のようなもの・・・成功せずとも手術費はかかります)


目次のページへもどるは ⇒ こちら

  1. 2017/05/03(水) 22:00:05|
  2. Old Mac
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5.SWR値と反射波電力・アンテナへ進む電力

SWR値と反射波電力とアンテナへ進む電力(同軸ケーブルとハシゴフィーダの比較)
          (反射波電力は最終的にどのようになるか・どこへ行くのか)
                                    総目次へもどるは ⇒ こちら
.....................このページは次の1~8の中の「5」です。
     ..........1.アンテナと共振周波数
     ..........2.アンテナとインピーダンス
     ..........3.アンテナとフィーダ(給電線)
     ..........4.フィーダー上の高周波電力(進行波と反射波)
     ..........5.SWR値と反射波電力とアンテナへ進む電力
     ..........6.SWRの測定と問題点
     ..........7.アマチュア用SWR計と注意点
     ..........8.同軸ケーブルの長さを調整するとSWRが下がる?

前ページで「アンテナの給電点のインピーダンスがフィーダーの特性インピーダンスと整合していない場合,フィーダ上の進行波電力一部がアンテナの給電点から反射する」ことを書きました。
          前ページ「フィーダ-上の高周波電力(進行波と反射波)」は ⇒ こちら

このページでは「定在波比(SWR)の大きさによって,アンテナへ進む電力がどの程度になるか」を
同軸ケーブルの場合と平行フィーダー(はしごフィーダ)の場合を具体的に計算してみます。
      (まとめは,ページ後半の「ここまでのまとめ」へ進んでください)

次の図 5-1 は7MHz用1/2波長水平ダイポールアンテナへ20m長の同軸ケーブル5D2Vで給電した図です。
アンテナ地上高が12m~14m(3/8波長)の高さではANT中央給電のインピダンスが約90Ωとなるので,その値で計算してみます。
     (公称値75Ωは地上の影響を受けない場合の値です)
ANTインピダンス90Ωへ特性インピダンス50Ωのフィーダで給電するとANT給電点において反射波が生じ,SWRは1.8 となります。
   b01_同軸でSWR1.8の図2
    上図のPtxは送信機の出力電力,PantはANT給電点からアンテナへ進む電力です。

すべてはANT給電点(受端B)での不整合による反射によって生ずるので,この反射点から整理します。
ANT給電点のSWR=1.8, ANT給電点からアンテナへ進んだ電力Pantを仮に50wとして計算してみます。
この点における進行波電力 Pf は前ページの「式4-6」へSWR 1.8 と50wを代入します。
          前ページ「フィーダ-上の高周波電力」は ⇒ こちら
  b02_同軸ケーブル_SWR1.8の説明4
ANT給電点ではSWR=3なのに送信機近くではSWRは1.5と低く表示されます。

以上は,周波数7MHz,ANTインピダンス90Ω±j0Ω,同軸ケーブル5D2V長さ20mの場合の値です。
周波数が50MHzと高くなると同軸ケーブル損失が高くなるため,送信機出力の33%が損失になり,
アンテナへは送信機出力の67%が進むとなります。



はしごフィーダ(600Ω)を使用し, SWR=8の状態で給電した場合を計算してみます。
下図 5-2 ではアンテナインピーダンスZantが75Ωとなる地上高17mにしています。
  b03_はしごフィーダSWR8の図

  b04_ハシゴフィーダSWR8の説明4

下図 5-3 はこれらを絵にしたものです。
   進行波電力の絵2


ここまでのまとめ,
周波数7MHzの場合、
(1) 同軸ケーブル5D2V 20mをSWR= 1.8で使用すると,送信機出力電力100wの88%がアンテナへ
   進む。  (SWR=1.5で計算すると,89%がアンテナへ進む)

(2) 600Ωの「はしごフィーダ 」を使用するとSWR= 8となり,反射率60%となるが,その反射は
   フィーダ上に発生した進行波電力に対するものであり,送信機出力電力に対するものではない。
   はしごフィーダでは送信機出力電力100wをフィーダへ送ると96%がアンテナへ進む。

(3) 以上の(1)(2)より,SWRが高くても「はしごフィーダ」の方が同軸ケーブル5D2Vより多くの電力を
   アンテナへ送り込める
 (同軸ケーブルSWR=1.5で比較しても送込める率が高い)。

このように「はしごフィーダー」は優れた性能があるが,一方で
   ・鉄柱や他のケーブルから離して引き降ろす必要がある
   ・回転させる八木アンテナなどでは鉄柱から離す仕組みが難しい
   ・平行フィーダー用の整合器(アンテナカップラー:アンテナチューナー)の市販品が少ない
   ・フィーダーの平衡度が低いとフィーダーから電波が輻射される(逆に,ノイズを受けやすい)
   ・フィーダ線の間隔が0.1波長を越えるとフィーダから輻射が起きるので30MHz以上で使用
    できる「はしごフィーダ」の自作が難しい。
などから最近はアマチュア無線ではあまり使用されていない。

ですが,「はしごフィーダー」は7.0MHz~7.19MHzなどバンド幅の両端でSWR値が高くなっても損失が
少ないこと,また,1つのアンテナ線で他の周波数のアンテナとしても使用するなどの際に利用できる
ことなどから,一部のアマチュア無線家の間で今も愛用されています。

業務用としては,かってNTT名崎無線送信所などで短波送信アンテナへの給電線として平行フィーダ
が使用されました。
現在でも,NHK国際放送の八俣送信所(300kw)のアンテナ用や,ラジオニッケイの短波放送(50Kw)
の送信アンテナの給電線として平行フィーダが使用されています。
(これらの送信所ではアンテナ給電点のインピーダンスが300Ωとなるフォールデット(折り返し)
 ダイポールアンテナを使用し,フィーダとしても片側2線(計4線)の特性インピーダンス300Ωで
 給電するなどしてSWRを低くしているようです。)

「反射波は最終的にどこへゆくのか,どうなるのか」については,
前ページに書いたように「送信機側の送端A(境界点)へもどった反射波電力は,その境界点における
エネルギ-総和 Pf+(-Pr)=Ptx の役割を担っている。
その境界点における進行波電力と不可分の状態であり,境界点(送端A)の整合が完全であれば,
送端Aを通過して送信機側へもどることも,反射波電力が送端Aからアンテナ方向へ再び進むことも
起きない・・・と整理してよいのではと考えます。
   (どこかへ行くには反射電力のみでなく進行波電力も含めてでなければ境界点の条件を満足しない)


【参考】
下図は,ARRLの「The Radio Amateur's Handbook」1964版に掲載されていた同軸ケーブルと
ハシゴフィーダーの損失グラフです。
はしごフィーダーの損失は同軸ケーブルの10分の1です。
下図右は,SWRが発生時の追加損失分のグラフです。
はしごフィーダーはSWR=8程度で使用されるケースが多いですが,下図左のようにハシゴフィーダーの
損失は14MHz帯で100フィート長でも損失は0.07db程度なので,SWR=8による追加損失増加分を
加えてもも0.2db程度でしょう(下図右の図の左側の外側になります)。
          (図をクリックで拡大して目盛をみてください)
     ARRLハンドブックフィーダーロス
     ARRLハンドブック_フィーダー追加ロス


・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
訂正:従前、このページで次の図を示し,
 「反射波はフィーダ上を行ったり来たりしながら,ANT給電点から少しずつアンテナ側へ進む」
と書きましたが,
   (1) 反射波電力を進行波電力でなく送信機出力電力に対するものとした,
   (2) 送信機側の送端Aへもどった反射波が「再びアンテナ方向へ進む」とした,
の点が適切でないとわかりました。
     反射波はフィーダ上を再び進む
仮に「再び進行波電力に加わってアンテナ方向へ進む」としたら,加わった分 進行波電力が
増加します。
増加した進行波電力がANT給電点で反射することとなり,これを繰り返すとフィーダー上の
電力が増大を続けることとなる・・・そのような事はありえないでしょう。


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  1. 2017/04/10(月) 17:11:17|
  2. アンテナと整合
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4.フィーダー上の高周波電力(進行波と反射波)

【4.フィーダー上の高周波電力(進行波と反射波】         総目次へもどるは ⇒ こちら
               反射波は最終的にどうなるのか,どこへゆくのか
................このページは次の1~8の中の「4」です。
    ..........1.アンテナと共振周波数
     ..........2.アンテナとインピーダンス
     ..........3.アンテナとフィーダ(給電線)
     ..........4.フィーダー上の高周波電力(進行波と反射波)
     ..........5.定在波(SWR)とアンテナ電力(試算)
     ..........6.SWRの測定と問題点
     ..........7.アマチュア用SWR計と注意点
     ..........8.同軸ケーブルの長さを調整するとSWRが下がる?



このページは「3.アンテナとフィーダ」の続編です。
このページではフィーダを経由してアンテナへ高周波電力がどのように伝わるかをできるだけやさしくまとめてみます。

直流電力なら発電機から負荷までの電線の抵抗値がゼロであれば電力を100%負荷へ伝えることができます。高周波の場合は電線間の静電容量・電線のインダクタンスが影響するので直流のように簡単ではありません。送信機出力電力がフィーダを経由してアンテナへ進行方向のみの電力となって進むようにすることが課題です。
   a001 フィーダ上の波2
   (このページでは送信機出力電力を Ptx ,フィーダ上を前方向へ進む電力を Pf (Pfront),
    アンテナへ進む電力を Pant とします)


下図4-2~4-4はフィーダを進む送信電力(進行波電力)の波形を海の波にたとえた絵です。
海の中に波より堤防があると(図4-3)堤防で波(エネルギー)が反射して逆方向へもどります。
堤防が低い場合は(図4-4 ),波のエネルギの一部が堤防を越えて進行方向へ進みます。
残りの波のエネルギーは堤防で反射して逆方向へもどります。

    a002 海の波3

フィーダを進む高周波エネルギー(進行波電力)がアンテナ給電点(上図4-1の受端B)からアンテナ方向へ100%進むならば反射は生じません。100%完全にアンテナ方向へ高周波エネルギーが進むためには受端Bにおいてフィーダのインピーダンスと,アンテナ側のインピーダンスが完全に同じ状態となる必要があります。

現実的には,周波数が少し変化しても,また地面が雨で濡れただけでもアンテナのインピーダンスは大きく変化するので,反射波が完全に発生しない状態は少ないでしょう。
わずかでも反射波が生じフィーダ上を逆方向へ進むと,進行波との間で重なったり打ち消したりする状態が発生します。

下図4-5の「波①」は右方向へ進む進行波,「波②」は左方向へもどりる反射波です。
「波③」は「波①」と「波②」の位相が合った状態を示したものです。
波①と波②が重なると,フィーダ上の合成波(赤色波)の電圧が送信機側から送込まれた進行波より高くなります。

時間がλ/4分経過すると波①は右方向へλ/4波長右へ進み「波⑤」の状態になります。
一方,波②はλ/4波長左へもどり「波⑥」の状態になります。
「波⑦」は波⑤プラス,波⑥がマイナスと位相が逆の状態なので打ち消しあってフィーダ上の合成波電圧(赤色波)が低くなります。

   a003_進行波と反射波の合成波電圧の変化3
   注:下図の赤色の波形は合成波です。これから説明する「定在波」ではありません。

上図4-5の波形③の合成波の赤丸点が合成波の最大電圧Vmax,波形⑦の合成波の赤丸点が合成波の最小電圧Vminです。
波形③と⑦は位相が重なったタイミングと,逆位相になったタイミングの波形ですが,次に重なるまでの時間の間の合成波の電圧はVmaxより少しずつ低くなりVminとなり,再びVminより少しずつ高くなりVmaxの電圧となります。
 
次の図4-6は,VmaxからVminへ変化し,再びXminからVmaxへの変化を図示したものです。
これを「定在波」と言います。(進行波でも反射波でもありません)。
            (上図4-5の波③の赤丸の点が下図4-6の赤丸Vmaxと合って見えますでしょうか)
             a004 定在波の形3

次の図は,反射波の大きさによって生じる定在波の例です。
図 4-7 は,ANT給電点(受端B)で断線・短絡が起きた時の定在波です。
この時は全面反射の状態なので,反射波電圧(Vr)が進行波電圧(Vf)と同じになります。
        Vr=Vf
進行波電圧(Vf)と反射波電圧(Vr)の位相が重なった点の電圧(Vmax)は
        Vmax=Vf+Vr ・・・ Vr=Vfだから・・・
        Vmax=Vf+Vf=2Vf (進行波電圧の2倍) となります。

Vminは位相が打ち消す点ですから Vmin=Vf-Vr です。
Vr=Vfだから・・・ Vmin=Vf-Vr=0 (ぜロvとなります)。
   a005 反射波と定在波3

上の図 4-10 は,反射波電圧が非常に小さい(Vr=0)場合です。
従って,Vmin =Vf となります。

VmaxとVminiの比を「定在波比」:SWR(Standing Wave Ratio)と言います(電圧比なのでVSWRとも表示します)。
     a006 定在波比SWR式3

ANT給電部(受端B)が断線・短絡状態の場合は,完全反射するので Vmin = Vf-Vr = 0となり ,上の式の分母がゼロ・・・即ちSWRの値は∞になります。
反射電圧が非常に小さい(ゼロに近い)時は, Vr=Vf ,Vmax=Vf と分母分子が同じ値となるので SWRの値は1となります。

アマチュア無線なので難しい話はさけたいですが,少しだけ数式の話に入ります。
   (数式をスキップして結果を知りたい方はページ後半の「ここまでのまとめ」へ進んでください。)

進行波電圧(Vf)と反射波電圧(Vr)の比を「電圧反射係数」と言い,記号ガンマ「Γ 」を使用します。
反射によって損失がどの程度となるのかが最も気になる点なのでそれを調べましょう。

その前に,SWRと反射係数の関係を整理しましょう。
  a007 電圧反射係数とSWR2_3


ここから主題の「反射波が発生すると送信電力の何%が損失になるか」を整理してみましょう。
そして「反射波電力は最終的にどこへ行くのか」も考えてみましょう。

    送信機出力電力×ANT給電点反射率=損失 ではありません。
    反射波によってフィーダ上に発生した進行波電力(見かけ上の電力)をもとに
    実質的な損失を調べてみましょう。


次の図4-11 は,こページで使用する記号と定義です。
一般に負荷をZrと表示したりしますが,ここではアマチュア風に右側にアンテナZant, Pant, 
左側に送信機Ztx,Ptxとしました。 Pfは P front, PrはP return の略です。
  a008フィーダ上のPfPr説明3

すべてはANT給電点(受端B)の反射が原因なので,受端Bの反射電力Pr,進行波電力Pfの関係を整理します。
  a009 送信電力からpfPrを求3

次いで,送信機側(送端A)の進行波電力・反射波電力などの関係を整理します。
  a011送端Aの計算4

次の図4-13 は以上の計算例の結果を図に書き込んだものです。
  a012 計算例を図示したら2
この図でわかるようにANT給電点のSWR=3が送信機の出側ではSWR=2.3と小さくなりました。
逆に言えば,送信機の近くでSWRを測定してSWR=2.3 だったらANT給電点では 3 と考える必要があります。


ここまでの まとめ
(1) ANT給電点で反射が起きると送信機出力より大きな進行波電力がフィーダ上に発生する。

(2) 反射電力はフィーダ上に発生した進行波電力に対するもので,送信出力電力に対するものではない。

(3) フィーダ上の進行波電力と反射波電力は見かけ上のもので,それぞれを分離して取り出すことはできない。
     (フィーダ上で増大した進行波電力のみを取り出せるなら,
       SWRを高くするだけで増大する電力を取り出し,売電してもうけたい・・・)


(4) 送端Aの反射波電力はその点の進行波電力と実電力との関係をとる役目を担っている。
   (送端Aが整合時)反射波電力は送端Aから送信機方向へもどらず,再びアンテナ方向へ進むこともない。

      (境界点でのエネルギ和 Ptx=Pf+(-Pr)が成立しなければならない)。

(5) フィーダ上に大きな反射波が発生しても(SWRが高くても)フィーダ損失がゼロに近ければ,
   実質的な電力損失は小さい。

      (フィーダ損失の少ない長さ1波長程度の「はしごフィーダ」ではSWRが高くても
        損失が小さいため送信機出力電力の大部分がアンテナへ届く)・・・これは次のページで・・・)


(6) フィーダ損失があるとSWR値に応じて損失が更に増加する。

「反射波は最終的にどこへゆくのか,どうなるのか」ですが,
「反射波電力は送端A(境界点)でエネルギ-総和 Pf+(-Pr)=Ptx の役割を担っている」
としてよいのではと考えます。
  (そこからどこかへ行くには反射電力のみでなく進行波電力も含めてでなければ境界点の条件を満足しない)

図では省略していますが,
送端A点には,フィーダに発生しているリアクタンス分を含む実インピーダンスと送信機側を整合させる機能を設けるので,送端Aから送信機内部へ反射電力がもどることはありません。
    (SWRが完全に1となることは少ないので基本的には整合回路が必要)

「SWRが高く反射波が送信機へ戻って送信機の半導体を破壊した」と言う人がいますが,
それは送端Aでの整合が完全でないため送信機出力部から見た負荷インピーダンスが設計値と異なる値となり
電力増幅回路が効率よく働かないために壊れたのです。
(電力増幅回路に流れ込んだ直流電力の大部分が熱損となり半導体が壊れます)


このページはこの辺までにします。次のページで,
同軸ケーブル・ハシゴフィーダの場合のアンテナとフーダによる損失を具体的に計算してみます。
はしごフィーダは規格損失が非常に小さいのでSWRが高くても電波が好く飛ぶと言われる仕組みを調べててみましょう。

以下は,文中の式の参考です。
     参考1
     40 参考1
    a41 参考3
参考4
下図はSWRと損失の増加分をグラフにしたものです。
SWR=1の損失が1dbのフィーダーを SWR=3の状態で使用すると,損失は0.5 db増加し,総合損失1.5 dbとなると読みます。
「はしごフィーダー」の損失は0.1db/20m以下(SWR=1.0の時)なので,下図では左のメモリより更に左となり,SWR=8 で使用しても総合損失は0.2 db程度です(図の横軸目盛0.2 の更に左外)。
          (出典:昭和28年ラジオアマチュアハンドブック) 
      (図はクリックで拡大します)
     SWRによる損失増加分

参考5
下図は「はしごフィーダーの損失」です。100mあたりなので,10mの場合は十分の一の値になります。同軸ケーブルと比較する場合は長さの換算が必要です。
      (図はクリックで拡大します)
     オープンワイヤーの減衰量

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  1. 2017/04/07(金) 18:00:11|
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H28年12月期 1アマ試験工学(HZ812)の計算問題の解き方(正答の求め方)

H28年12月期 1アマ試験工学(HZ812)の計算問題の解き方(正答の求め方)
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                   1アマ試験の目次は ⇒ こちら    総目次は ⇒ こちら                
     このページには次の計算問題の正答の求め方をまとめて掲載してあります
       ・HZ808 A-2: コンデンサーの電圧・電荷を求める。 
       ・HZ812 A-3: 電池が複数ある回路の抵抗値を求める。
       ・HZ812 A-5: R,RC直並列回路の交流電流を求める。
       ・HZ812 A-8: オペアンプの電圧利得を求める。
       ・HZ812 A-20: 変調度100%時の同軸ケーブルの最大電圧を求める。 
       ・HZ812 A-22: 離れた受信点の電界強度を求める。 
       ・HZ812 A-24: 進行波電力・反射波電力から定在波(SWR)のを求める。
       

                                       合格の勉強方法は ⇒ こちら


【H28年12月 HZ812 A2】

HZ812A2.jpg
 この出題は2アマレベルの問題です。
 計算しないで正答を見つけてみましょう。
   HZ812A2A.jpg
                                   正答は番号2ですね。


【H28年12月 HZ812 A3】

HZ812A3.jpg
  この問題は過去問を少し変更して出題したものです。
  過去問「3.電池が複数ある回路の電圧電流の計算問題の正解を見つけるコツ」は ⇒ こちらです。
  せっかくですから解いてみましょう。
    HZ812A3a2.jpg



【H28年12月 HZ812 A5】

HZ812A5.jpg
 この問題も過去に出題されたものの数値を少し変更したもです。
 過去の出題「RL,RC直並列回路の交流電流の算出コツ」は ⇒ こちら
 せっかくですから 解いてみましょうか。
   【手順通りの解き方】
   HZ812A5a.jpg
                                正答は番号3ですね。

  【計算が不得意とか,時間が無い時に正答を探す方法】
  (1) コンデンサCが無ければ,R1+R2=30Ωだから、電流は200v÷30Ω=6.66Aになる。
  (2) R2にCが並列になると,Cにも電流が流れるのでR1でドロップする電圧が増加する⇒
     言い換えるとR2の電圧は(1)より低くなる。
     ・・・以上より,R2電圧が低くなるため,R2の電流は6.66より小さくなる⇒番号5はありえないとわかる。

  (3) コンデンサーに電流が流れるのだから位相は進む⇒ j の記号はマイナスになる。
    ・・・これにより,j がプラス記号の番号2と4は正答でないとわかる。
    ⇒正答は残りの2つのどちらかとわかる。

  (4) R1,R2,Cの値が同じ時,実数部が虚数部の絶対値の2倍となるが,
     出題ではR1,R2,Cの値が同じでないから,2倍の関係にならない。
     ・・・・これらから2倍の関係になっている番号1は正答でないとわかる。

  以上より,正答は残りの番号3だろうとなる。
  (以上の手順は答えが準備されているから排除法で見つけられる。準備されていない時は使用できない)
  この手抜き手法で1アマに合格しても胸が張れないですね~。 


【H28年12月 HZ812 A8】

HZ812A8.jpg
  この問題も過去問の数値を少し変えて出題したものです。
  解き方は「22.オペアンプの電圧利得の計算 コツ」 ⇒ こちら にもどってください。

                      正答は番号4となりましたか?


【H28年12月 HZ812 A20】

HZ812A20.jpg
  この問題も過去問の数値を少し変更して出題されたものです。
  過去問と解き方「31.変調度100%時の同軸ケーブル最大電圧を計算する問題の解き方」  ⇒ こちら へもどってください。

                         正答が番号4となりましたか。


【H28年12月 HZ812 A22】

HZ812A22.jpg
 この問題も過去から繰り返し出題されています。
 過去問と解き方「25.離れた受信点の電界強度の算出問題の解き方」 ⇒ こちら へもどってください。

                                正答が番号2となりましたか?



【H28年12月 HZ812 A24】

HZ812A24.jpg
 この問題も過去に出題されたものを数値を変えて再出題したものです。
 過去問と解き方「32.電圧反射係数,反射波電力から定在波(SWR)の計算問題の解き方」 ⇒ こちら へもどり,
その中の「32.3 進行波電力と反射波電力からSWRを求める出題の解き方」の手順を参考にしてください。

                               正答が番号2となりましたか?



今回の試験には目新しいものは少ない感じです。
過去の出題と解き方を練習すれば簡単に正答をみつけることができます。


1アマ試験の目次は ⇒ こちら    総目次は ⇒ こちら
  1. 2017/01/12(木) 13:28:09|
  2.   1アマ_無線工学のコツ
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