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MMANAで垂直ANTのインピダンス算出とアンテナチューナー(整合器)を簡易・安価に作る

MMANAで垂直アンテナのインピーダンスの算出と整合回路(1)
                                           総目次へもどるは ⇒ こちら
このページは,
(1) 「MMANAで給電点のインピダンスを求める」, 
(2) 「Smith V3を使って整合回路のコイルとコンデンサーの値を求める」の2つで構成されています。


1/4波長より短い垂直アンテナへのマッチングについては、こちら ⇒ B25.垂直接地アンテナと同軸ケーブルの整合 (1/4波長より短いアンテナへのマッチング例) のページで紹介しました。
下図はそのページからの抜粋です。
       01 グラフを使った方法


上図のページでは,グラフを用いてアンテナ長からインピーダンスのRとjXの値を求めました(求め方は ⇒ こちら へもどってください。
今回はフリーソフト「アンテナ解析ソフト MMANA」で求めてみます。下図は「 MMANA 」のダウンロードサイトです。 サイトは右のURLをクリックで開きます ⇒ http://www33.ocn.ne.jp/~je3hht/mmana/
                   (すべての図はクリックで拡大します)
     10_mmana ダウンロード

ダウンロード先は、とりあえずCドライブでOKです(後でフォルダー移動可)。
ダウンロードしたファイルを「展開」すると次のアイコンができます。
次の赤枠アイコンのショートカットを作りでデスクトップに出しておくと便利です。
テキスト「MMANA」は説明書なので読んでおきましょう。フォルダ「ANT」は代表的なアンテナの定義ファイルです。
        11_MMANAアイコン

MMANAアイコンをクリックして起動すると,次の画面が表示されます。
       (すべての図はクリックで拡大します)
     20 mmana起動画面

画面の左上の「ファイル(F)]で「開く(O)」を開きます。
            22 定義ファイルを開く 

今回は垂直アンテナですから,スクロールして垂直アンテナ「VRT20.MMA」(赤丸)を選択し,開くをクリックします(下図右赤丸)。
           (すべての図はクリックで拡大します)
     24 バーチカル定義ファイルを選択し開く


垂直20mバンド(14MHz)のアンテナデータが入った画面となります。
            (すべての図はクリックで拡大します)
     26 バーチカル画面が開きました


今回は,2.8mの垂直アンテナを21MHzで使用する例なので、下図の赤丸部の数値を手入力で変更します。数値は打込んでEnterキーで確定します。 (すべての図はクリックで拡大します)
     28 テストANTのデータを打込みます


次は,データの打ち込みが終了した画面です。 (すべての図はクリックで拡大します)
     30 


タグ「アンテナ形状」で垂直アンテナとなっているか確認します。
(回転・視点・縮尺を操作すると見え方が変わります) (すべての図はクリックで拡大します)
     32 ANTの形状タグ

タグ「計算」を開き、左下のボタン「計算」をクリックすると、インピダンスなど計算結果が表示されます。
下図のピンク色の部分に、R分:20.329 (Ω),jX分:-123.299 (Ω),50Ωに対するSWR:17.77 と表示されています。
(これでは50Ω同軸ケーブルを直接接続できません=整合回路が必要です)
           (すべての図はクリックで拡大します)
     34 リアルグランドでのRto

タグ「パターン」を開いてみます。下図は垂直面の指向性です(下図は表示画面の一部です)。
この画面にもインピーダンスRとjX,SWR値が表示されています。
     34 リアルグランドでの垂直パターン

下図は,地表が完全導体の時のパターンです。ヨットなど海水面に近い位置に取り付けられた垂直アンテナは下図のようなパターンになると考えられます。
    36 完全導体ANT垂直パターン

計算画面に戻って,画面の下部の「周波数特性」ボタンをクリックし、タグ「Z」を選んで,「推定」または「全点」をクリックすると,下図のように21.2~21.6MHzの周波数におけるインピーダンスの計算値が表示されました。
    38 周波数特性図

タグ「Z」の隣のタグ「SWR」ボタンをクリックすると21.2~21.6MHzの周波数におけるSWRの計算値が表示されます。SWR=16~20ですから給電点に50Ωの同軸ケーブルを直接接続しても給電はできません。
    40 SWR特性図

2.8mの垂直アンテナの給電点のインピーダンスは Z=20.329Ω-j123.299Ω と算出されました。
グラフで読み取った Z=20Ω-j100Ω とほぼ同じですね(当ページの最初の図の中にあります)。

参考:周波数を21.4MHzとして,直径2mmの電線を使って垂直アンテナの長さを・・・
 (1) 1/4波長=3.5mにすると,Z=39.5Ω+j20.7Ω  SWR=1.68 となります。
 (2) 1/4波長×0.97=3.4mにすると,Z=36Ω+j0.1Ω となり、リアクタンス分が
    ほぼゼロとなりSWR=1.39 となります。
 (3) 1/4波長より長い4mにすると Z=63Ω+j130Ω となります。
 (4) 1/2波長×0.94=6.55mにすると,Z=2kΩ+j3.6Ωとなり、リアクタンスがゼロの
    「電圧き電」点となります。
 (5) 5/8波長=8.76mにすると,Z=72Ω-j375Ωとなり,75Ω同軸ケーブルで給電
   できそうですが,リアクタンスが-j375Ωもあるので整合回路が必要です。


今回は,2.8mの垂直アンテナ Z=20.329Ω-j123.299Ω に整合するための,アンテナチューナー,カップラーの回路とコイル・コンデンサーの値を求めます。
前回のページ ⇒ http://take103.blog.fc2.com/blog-entry-123.htmlでは手計算で求めましたがが、今回は,「Smith V3」を使って求めましょう。

【注意事項】
MMANAで計算された値は,アンテナの周囲に金属板や金属線,建物などが存在しない条件で算出されたものです。実際の設置場所では何らかの金属線などが存在する場合が多いので、MMANAの計算値と若干ずれた値となると考える必要があります。


次のページ「Smith V3」を使って求めるは ⇒ こちら 


総目次へもどるは ⇒ こちら


  1. 2015/03/12(木) 16:33:19|
  2. アンテナと整合
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