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皆空の中で...

長距離航海ヨットの通信用アンテナ

長距離外洋航海ヨットのHF通信用アンテナ (ヨット_オケラとアマチュア無線アンテナ_その1
   The shortwave communications antenna of a long voyage sailboat.
   外洋ヨットの通信アンテナ(14,18,21MHzアンテナ)とチューナーとアース設計
                             総目次ページへもどるは
→こちら

世界一周レースなど長距離航海ヨットの短波通信用アンテナ(アマチュア無線ANT)の話です。
ヨットの無線通信としては,外国の港への入港の際や,航海中に接近した本船などとの連絡用
として「国際VHF」がありますが,国際VHFは無線周波数が150MHz帯のため見遠し距離を
こえると通信ができません。
21MHzや18MHz,14MHzのアマチュア無線周波数を利用すると北太平洋・南太平洋・インド洋
などから日本へ通信ができます。
商船や遠洋漁業の船舶には短波通信装置が備えられていて,プロの無線通信士の乗船が
義務付けられていました。今は,人工衛星を使用して航行中の船舶と通信が可能となりました。
ヨットでも衛星通信が可能な装置を搭載すれば衛星経由の通信が可能ですが,21MHzなどの
短波帯のアマチュア無線周波数を利用すると様々な情報が入手できますし,衛星通信装置が
故障した場合のバックアップにもなり,航海の安全性が高まります(シングルハンドの航海では,
孤独感の解消にもなるでしょう)。


前置きはこのくらいして,ヨットの短波通信アンテナの話に入ります。
スペースが限られるヨットにおいては,どのようなアンテナが良いか実例で示しましょう。



1.バックステーをアンテナとして使用する方法(下図)
   バックステーの上部と下部へInsulator
インシュレーターを入れ,中間部をアンテナ線
  として利用する方法です。
【長所】
 ・バックステーをアンテナ線として利用するため,新たにアンテナを設ける必要がない。
 ・アンテナ線として利用できる部分が長くとれるため10MHz以下の周波数でも効率よく
  送受信ができる。
【注意点】
 ・
Insulatorによるバックステーの強度(信頼性)に影響しないとは言い切れない。
      (信頼性の高いインシュレータの選定が重要)
 ・
Insulatorは強度低下を考慮して交換が必要。
 ・
Insulatorは高周波的に優れた性能(低損失)のものが必要。
   (Insulatorの表面に塩分が付着すると絶縁不良によってアンテナの性能が低下する)
 ・ブームの動きに伴ってトッピングワイヤ(Topping Lift 金属線)が動くと
  バックステーとの間隔が変化し,アンテナ部の特性(インピーダンス)が変化する。
 ・
トッピングワイヤ(Topping Lift 金属線)を使用する場合は,ワイヤに3m~4m間隔で
  小型Insulatorを挿入し,バックステーアンテナへの影響を小さくすることがベター。

 
          (図はクリックで拡大し,  クッキリします)  

    2_バックステーANT

【その他の注意事項】
 ・アンテナ部分は長すぎてはだめ。長すぎると電波の輻射角度が高くなり
  電波が遠距離へ飛ばない。詳しくは「続2」のページで説明します。

  アンテナ部分の長さは周波数の5/8波長未満とします。(21MHzなら約9m)

 ・アンテナチューナ部にはアース配線が必要(アースは海水と接触させる必要はない)。

 ・アンテナ部の長さ+アンテナ下部からアンテナチューナーまでの引込線の
  長さの合計が使用周波数の1/2波長の整数倍とならぬよう注意が必要。
  (合計の長さが1/2波長の整数倍となる点はインピーダンスが非常に高く
   なるためアンテナチューナーの整合が難しい⇒市販のオートアンテナ
   チューナーでは整合できない)。

 次の写真は,バックステー下部からの引込線の配線の実例です。
ステンレス製のパックステーと銅の引込線(単線)を接続させると,接触面において
電食錆が発生し,電気的接触が不完全となるため,接続部の防錆処理が必要です。
パックステー線と引込線は下図のようにしっかりと巻き接続をして自己融着テープ
で防水します。
引込線はインシュレーター(Insulator)や他の金属線から10cm程度間隔をとって
引込します。間隔をとるためのセパレーターはFRP板で自作しても良いでしょう。
          (写真はクリックで拡大します)

    
インシュレーターと引込線


          (下図はクリックで拡大します)
バックステーと引込線の接続





次はこれまでの実績から
最もお勧めするアンテナです
 
2.グラスロッドアンテナ
 下図はスターンにグラスロッドを建て通信アンテナとする例です。

 バックステーもマストトップも使用しないので船の信頼性に影響が少ないアンテナです。
 世界一周などロングラン航海に向いているアンテナです。

【特長・・・最もお勧めする理由>】
 ・バックステーの強度や信頼性に全く影響を与えない。
 ・マストトップも全く使用しないためシートが絡まるトラブルの心配が無い。
 ・デスマストしても通信が可能(バックステー利用はデスマストしたら通信ができない)。
 ・構造がシンプルなためアンテナとしてのトラブルが少ない。
 ・アンテナチューナ(カップラー)を使用することで,14MHz~28MHzまで使用できる。
 ・電波の放射角度が低いため,遠距離通信へ向いている。
【考慮点】
 ・スターンにグラスロッドアンテナを建てるための構造物が必要。
  (パルピットのコーナー部の低い位置へ取り付けても性能的には問題ないが,
   ヒールした時などにクルーがつかむとグラスロッドが折れる虞がある。)
 ・アンテナ部の長さが3~4mとなるため,7MHzなど低い周波数では効率よく
  電波を放射しにくい。 
   7MHzでもと考え,グラスロッドへ銅線を密に巻くヘリカルアンテナは
    外洋ヨットではダメ。海水の飛沫(塩分)によるトラブルが起きる。
    ヘリカルアンテナは所詮,陸上のアマチュアモービル用です

 ・強度があるグラスロッドを使用しないと折れる虞がある。
 
アース配線の良し悪しが必要(アースは海水と接触させる必要はない)

     (図はクリックで拡大し,クッキリします)
 

   5_スターンへのグラスロッドANT
 
グラスロッドアンテナで注意すべきはロッドの強度です。
レジャー用の磯釣り竿などはFRPの肉厚が少いため短期間で強度が低下します。
ヨットオケラ5世では,竿を左右にだしてトローリングを行うときに使用する強力な
グラスファイバー竿を使用しました。
オケラ8世(スピリットオブユーコー)では,船舶用FAXアンテナを使用しました
(次の写真はオケラ5世です)。 

オケラ5シドニ沖(部分縮小版)


次の写真はKODEN8(オケラ8世)です。
レーダーをマストへ取り付けたため船尾へレーダー用のヤグラを設けず,
短波通信用アンテナは船尾のパルピット支柱を補強し,取り付けました。
写真ではわかりにくいですが左右2本(常用と予備)の垂直ロッドアンテナ
を取付けています。
(写真はクリックで拡大します)
   オケラ8_0003



現在,船舶用FAXアンテナの入手は難しいため,つなぎ部分の無い強力な4m程度の
鰹一本釣り竿か,キュビカルクワッドアンテナ用として製造されているグラスロッド
に電線を挿入してアンテナとするのが良いでしょう。
下図はキュビカルクワッドANT用グラスロッドの写真です。
詳しくは,インターネット検索へ「ホーペック 電気通信用FRPアンテナ」と入れて
検索すると下図のページが見つかります。
    ホーペック 電気通信用FRPアンテナは
 ⇒ こちら  ANT用グラスロッド例

上の通信用FRPアンテナとは別に トリポール「曳き縄用1本竿」のページがあります。
このページの「曳き縄用1本竿」4.5mに電線(単線)を通してグラスロッドアンテナ
とする方法があります。
    「曳き縄用1本竿」のページは
 ⇒ こちら

 http://www.hopec.jp/contents/fishing/products/fishery/2_1_toripole_s3.html

ロッドの中へ通す単線は1.6~2.0mmΦのIV線で良いでしょう(街中の電柱の
アース配線に使用されている緑色の被服電線です)。
1.6mmΦステンレス単線(裸線)を使用しても良いでしょう。
通す時に一定区間ごとにFRP樹脂を塗布して挿入すると
電線がロッド内で揺れなく
なります


ロッドの先端部で電線をFRP樹脂で固定し,併せて防水します。ロッドの表面は
ウレタン塗装をして紫外線によるロッドの劣化を防ぎます。ロッド下部は水が
溜まらぬように水抜き穴を作ります。
ロッド内部へ通線できない場合は,1.6㎜φのIV線、もしくは1.4mmφのステンレス線を
ロッドへ1mあたり2~3回の巻き方で先端まで巻き付けます。
巻き付けた線が緩まぬように
一定間隔でFRP樹脂などで固定します。



アンテナ部の長さは,必ずしも使用周波数の1/4波長としなくてもOKです。
アマチュア無線家の中に,アンテナ長は1/4波長や1/2波長に同調させることが
大切と言う方がいますが,そのような方は理論を知らないビギナーです。
同調(共振)させる長さにすると同軸ケーブルとの接続が容易となりますが,
8/5波長などアンテナ線の長さが周波数に同調していなくても効率的に電波を
輻射をします。
周波数が21MHzなら,上図のロッドの長さは3~4mあれば十分です。
あまり長くするとヨットが横転した時にロッドが折れる虞があります。

アンテナ部の直下に同軸ケーブルを接続する場合は,アンテナ部の長さを使用周波数の
1/4波長×0.98程度にして,アンテナの電気的特性のリアクタンス分を最小にするなどが必要です。

同軸ケーブルを使用せず,単線でアンテナチューナまで引込む場合には,アンテナ線+引込線の
トータルの調整を,アンテナチューナー内部のコイルとコンデンサで行うので,アンテナ線を
周波数の1/4波長×0.97に合せなくても良いのです。

アンテナの長さが1/4波長より短い場合は,アンテナ中央部あるいは下部へコイルを挿入して
も良いですが,ヨットでは塩分がコイルのカバーに付着するので,好ましい方法ではありません。
アンテナ下部から最も近い船内側の位置にアンテナチューナーを取付けて整合させるのが
ベストです。

くどいですが,グラスロッドへ銅線をヘリカルに巻く「ヘリカルANT」は
外洋ヨットではダメです。海水の飛沫(塩分)によるトラブルが起きます。
所詮、陸上の自動車アンテナです。塩分の付着が激しい外洋ヨット向きではありません。





3.ツエップ型アンテナ(バックステーを利用しない方法-2)
 次はマストトップからスターン(船尾)へ「ツエップ型アンテナ」を張る方法です。
 ツエップ型とは,ドイツの飛行船「ツエッペリン号」で用いられたツエッペリンアンテナ
 の変形です。ツエップ型ANTはアンテナ線の長さを使用周波数の1/2波長にして使用します。
 アンテナ線の片側(図では下側)へ専用のマッチング部を設け,その部分から同軸ケーブル
 で船内へ引き込みます。
【長所】
 ・バックステーにインシュレーターを挿入しないので,バックステーの信頼性低下を
  心配しなくて済む。
 ・アンテナ整合部から無線機まで同軸ケーブルで直接接続することができる。
   (アンテナ長を細かく調整するとアンテナチューナーが無くても良い)
 ・ヨットの船底へアースがとれなくても電波の飛びに影響が少ない。
 ・比較的簡単に設置できる(コストが安い)。
【短所】
 ・使用できる周波数がアンテナ長で決まる周波数に限定される。
   (アンテナチューナを取付けても他の周波数で使用できない)
 ・アンテナ線がバックステーに近いと電波の飛びが悪化する。

【注意事項】
 ・アンテナ線はバックステーから十分な間隔をとること(少なくとも1/8波長以上の間隔)
   21MHzの場合,アンテナ線の上部でも2m以上の間隔が望ましい。
   バックステーから間隔をとるために船尾へパイプを建て,アンテナ線をステーから十分に離す。
 ・アンテナ線下端のマッチング部をしっかりと防水する必要がある。
   (水が浸入するとアンテナとのマッチング状態が狂い電波が飛ばない)
 ・アンテナ線が切れて,残り部分がマストトップに絡むと危険なので,アンテナ線
  としては切れにくいステンレス線を使用する。
 ・市販品は,陸上で簡易的に使用する「アマチュア無線用製品」であると認識して利用する。


      (図はクリックで拡大します)
    3_ツエップ型アンテナ


ツエップ型アンテナの片端に取付ける整合部(マッチングコイル部)を初心者が
自作することは難しいため,初めての場合は市販品の利用が無難です。
市販品は陸上での使用用として製造されています。
即ち,市販品は塩分を含む強風にさらされ,常に大きな揺れの力が加わる環境での
使用を保証しているとは思われません。
バックステーなど金属線がアンテナの付近に無く,かつ,地上から十分に高い位置に
アンテナを張った状態に合わせて製造されています。
 下図は市販のツエップ型アンテナ専用のコイル部(整合部)です。

1821-1.jpg


ツエップ型アンテナを長距離航海に使用する場合は,アンテナ線をステンレス線とし,
整合部は同軸ケーブルとの接続部を含めて自己融着テープで十分に防水処理をします。


バックステーなどから数mの位置にアンテナ線があるため調整が必要です。
上図の「調整ヒゲ線」とは,アンテナ線の全長を調整するための部分です。
この部分を含め,全長が1/2波長より若干長くなるようにアンテナ線の長さを決めます。
その状態で,SWR値を計測し,目的の周波数より低い周波数で値が低い場合は,
ヒゲの長さを少しずつ切りながら目的の周波数でSWR値が最小になるように調整します。

 調整作業時,同軸ケーブルの長さを1/2波長×同軸の短縮率の長さ,もしくは
その整数倍の長さで使用することがベターです。
5D2V同軸ケーブルの短縮率は0.67です。
(21MHzで同軸ケーブル5D2Vを使用する場合は,1/2波長=(300÷21.3)×1/2=7.04m
に短縮率0.67を掛けた4.72mもしくは,その2倍の9.43mの長さの状態で使用する
良いでしょう。
その理由は,4.72mの整数倍の点はアンテナとの接続部の状態と同じ状態となるため,
アンテナとの整合状態を手元で把握することができるためです。


上の写真のツエップ型アンテナ整合ユニットは,陸上で簡便に使用するビギナー
アマチュア無線向け
なので,世界一周など長期の航海に耐えられるかの不安は
ありますが,安価に建設できるので2~3か月程度の航海なら問題は少ないでしょう。
航海が長くなる場合は,整合ユニットの予備を準備して航海するとベターです。
(海外の港で整合ユニットを入手することは難しいと思います)。


下図はツエップ型アンテナを設置する時のポイントをまとめた図です。

   ツエップ型ANTの取り付け方
 上図のアンテナ用パイプの目的・傾けた理由は,バックステーなどの金属物から
 アンテナ線の間隔を広くするためです。
 船尾から見てFAXアンテナを右側に建てたら,無線アンテナ用パイプは左側,に配置します。



以上の3方式のまとめ
オケラ5世による第1回BOC世界一周レース,オケラ8世(コーデン8)での第3回
BOC世界一周レース,スピリット オブ ユーコーでの単独無寄港世界一周の実績から,
短波通信用アンテナとしては
ヨットの艤装に全く影響を与えない「グラスロッドアンテナ」が信頼性・通信性能の
面でもベスト
と考えます。

通信周波数としては,21MHzを利用すれば50W程度の送信電力でも南太平洋や
インド洋から日本への通信ができる利点があります(オケラ5世の時は南大西洋から
日本へ電波が飛んできました)。
2級アマチュアの無線従事者の資格があれば14MHzも利用するとベター。


アンテナ線から無線機への接続やアース配線(下図)については,次のページ
で説明します。
 (図はクリックで拡大します)

          ヨットのアース板





-------参考 以下はヨット用として【ダメなアンテナです】---------------------
誤って取り付けることのないように参考として記載します。

【ダメなアンテナ1】.
次の図のような逆V型アンテナ線の張り方は全くダメです。その理由は次の通りです。
(1)アンテナ線が金属線のフォアステー,バックステーに近すぎるため電波が飛ばない。
     (フォアステー,バックステーが非金属ならOKだが,ありえない話)
(2)マストトップにおいて左右のアンテナ線と給電用同軸ケーブルを接続しても
 金属ステーの影響でインピーダンスが合わない(不整合)ため,アンテナへ
 送信電力が送り込めない…  …電波となって飛ばない。
(3)アンテナ線が途中で切れ,切れ残りがマストトップでハリヤードにからむと
 セールダウンが出来なくなる。(マストトップには必要最小限のものしか
 取付けるべきでない…トラブルのもとは最小限とすべき)。
          (図はクリックで拡大します)
    
1_ヨットにダイポールはダメ




【ダメなアンテナ2】.
 アンテナ線を船尾のパルピットからマストトップへ張り,オートアンテナチューナを
 使って給電すればOKなどと安易に考えてはいけません(下図)。
 下図の問題点は「アンテナ線とバックステー(金属線)との間隔があまりにも狭い」
 ことです。
 電波を放射するアンテナ線に平行に金属線が存在すると「平行フィーダー」のように
 なり,アンテナ線から電波が効率的に輻射されません。


アンテナ線から電波を効率的に輻射するには金属物や金属線,海面からできるだけ間隔をとるのが基本です。

バックステーにインシュレーターを4~5m間隔で挿入すれば問題は解決しますが,
インシュレータを多く挿入するとステーとしての信頼性(強度)が下がります。


     
ダメなANT2






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簡単で高性能のヨット用21MHzアンテナとマッチング方法は 
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  1. 2013/05/30(木) 22:30:12|
  2. 長距離航海ヨットの無線アンテナ
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