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2013年6月16日 (日)

50MHz フロートバランの製作と実測

移動用八木のバランをテストしてみました。
バランの評価というのは、前からやりたかったことの一つです。

今回はフロートバランのテストをしてみました。

バランなしでダイポール(Di-Pole)を接続すると、等価的にこんな感じになると思います。

Photo
リグや同軸はGNDが大地に接地しているのに、平衡型のアンテナは両極(Pole)が、大地と容量結合しているイメージ。これでは、GND側のエレメントのRとLはショート、Cはどことどのように結合するかわからないので、インピーダンスやリアクタンスが不安定になるのはあたりまえです。

強制型バランは、トランスで大地と絶縁します。

今回のフロートバランは、GNDに対して、Lを直列に入れることで、Lのインピーダンス(例えば1kΩとする)と、ホット側は、大地に対して、1000Ω+50Ω、コールド側は1000Ωとすることで、1000:1050として、大地からの差を5%程度の不平衡分だけにして、不平衡のLCR(50Ω)への違いを無視できるようにする、というものです。

Photo_2

オシロスコープで、ココ↓を測定してやって、両方に位相の反転した同じ波形がでれば、正しく不平衡平衡の変換ができているということになります。

Photo_3

測定に使ったのは、FT-82-#43に、1.5D-QCVを4回巻いたもので、50MHzでの素子インピーダンスは、約4kΩになります。

080_2

抵抗は、50Ω3Wを2個並列にして、25Ω、それを2個直列にして50Ωとしています。
このときのSWRはもちろん1.0です。

で、測定結果が、以下のものです。

Ft8043_4turn_50mhz

めでたしめでたし。

ちなみに、上記波形を加算すると、以下のようになって、本来は、パチっと0になるのですが、微妙に波打つのは、抵抗の長さの差やバランの作りなどで、LC分が出て、位相がずれたり、平衡度は悪くて同相の差分が出ているということです。見た目で、平衡度よりも位相のずれの成分のほうが多そうなので、おそらくSWRはその分悪化しています。本来は位相差は発生しないのが、良いバランだと思います。

Ft8043_4turn_50mhz_3

同じ状態で、バランを外して、測定すると、こんな感じ。

Ft8043_4turn_50mhz_2

上の図から、バランがない場合は、同軸センターとGND、GNDとGND間そのものを測ることになるので、あたりまえです。

バランがない場合、八木に同軸を直接給電すると、片側エレメントしか動作していないということです。これは抵抗をつないでいるだけなのですが、実際のアンテナは、LCの合成で動作しているので、行き場を失った電界(C成分)や磁界(L成分)がどこに行ってるのか、想像するのも恐ろしいです。

今回のバランのリターンロスは、以下のようになります。

Ft80434turn_

iPhoneで撮ったので、ちょっとみにくいですが、50Mhzでのリターンロスは20dB以上となっていて、まったく問題ありません。4ターンですので、低い周波数では使えず、10MHzあたりから悪化し始め、3MHzあたりから急激にリターンロスが取れなく(=SWRが悪く)なっています。

おそらくもっとたくさん巻けば、低い周波数でも使えるようになるのですが、そうすると、損失が増えて、コアの発熱が多くなってしまいます。実際に#43は50MHzでは、オーバースペックで、#61くらいでもいいです。

p.s.1>フロートバランで、低い周波数でリターンロスが落ちるというのは、巻き数の問題ではなくて、他の問題がありそうです。

次に、このバランでの発熱を調べてみました。

熱電対をコアにくっつけて、出力は100Wで測定したデータが以下の通りです。周波数は51.0MHzでダミーロードを使用しています。

Temp1

100Wで、5分連続送信して、温度上昇は4℃なので、コアの温度上昇としては、まったく問題になりません。コネクタや同軸とかの発熱のほうが多いくらいです。

ダミーの出力計も監視してましたが、5分後もほとんど変化はなく、損失が増えている気配はありませんでした。無線機のSWR表示も変化なし。

これ以上連続送信すると、無線機がやばそうなのでやめました。
移動用なので、50Wしか出さないので、さらにマージンはあがります。

それ以前に、部屋の気温が34℃って、カンベンしてください。>名古屋の夏。

フロートバランが想定どおりに動作していたのに気をよくして、パッチンコアでどうなるか調べてみました。

083

使用したパッチンコアは、秋月電子で購入した、LF-102で、25Mhzでのインピーダンスが144Ωです。100MHzで240Ωなので、50MHzでは、200Ωくらいだと思われます。

_50mhz

250:200Ωとなるので、バランとしてはないよりマシという感じです。
2個か3個直列にするか、数ターン巻けばいけそうです。

ちなみに、7MHzでは、こうです。1ターンではまったく使えん。コモンモードフィルタとしても
ほとんど効果はないような気がします。(笑

_7mhz

そういや、バランといえば、天の川銀河と大マゼランの中間にある星で、亜空間ゲートが存在しているんだよね。もうすぐ日曜1700なので、ヤマトみることにします。

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