MLA・磁界ループアンテナを作ろう ６

良くない知らせ。
まだ本格的な制作に入ってないと云うのに、友人から良くない知らせです。
それはRCサーボに関する問題です。
受信中、RCサーボを動かしたとき強烈なノイズを発生、受信が困難なことがわかりました。私の実験はそこまで進んでいませんので私自身は実感が有りません。でも、機種は違いますが同じメーカの製品です。
友人のレポートで、DCモータの電源端子に普通は必ず入っていると思っていたノイズ軽減用のコンデンサが入っていないようです。

モータ端子とモータケースの間にコンデンサを入れる。

幸いにもモータの配線は解りやすい所にあります。チップコンなら何とか組み込むことが出来そうです。
友人は手持ちのコンデンサを組み込み大きなノイズ軽減効果を得ることが出来ました。

そしてさらに難問が発生しました。
微弱電波を出しながら、チュウニングを取り直そうとRCサーボを動かそうとしても全く反応しないと云うのです。10w位に出力を低減しても強烈なＲＦ信号の回り込みでSWR計を見ながらのチュウニングが出来ないのです。
現在この対策はうまく行ってません。
強電界に曝されるRCサーボ本体に電子回路が組み込まれています。シールドするとか引き出し線にコアを入れるとか、月並みの対策しか思いつきません。
でもこの対策が出来ないと実用に耐えないことは云うまでも有りません。
頭を抱えながらいよいよバリコン制作に取り掛かります。

MLA・磁界ループアンテナを作ろう ５

いよいよ方針が固まり形が見えてきました。

目標は２００Wで連続送信可能なモノ。
アルミフラットバーを使った直径約1.1mのループです。
アルミフラットバーの定尺は４mですから切らずに使えばもう少し大きくなります。しかし２８MHｚ帯では負荷容量が小さくなり浮遊容量を考慮した場合実現不可能になると思われ3.5mで作ることを想定しています。
共振用バリコンは約６０pF、耐圧７kV、バタフライ型です。
バリコン制御にはRCサーボを使いバンドごとのプリセット可能なものとします。ローバンドでは同軸ケーブル流用付加コンデンサを使用。
但しこれがうまく行くかは？？？　疑問符がいっぱいついています。
疑問符のいくつかは製作段階で変更の可能性が有ります。

７ｋV超の高電圧　　沿面放電に要注意！
高電圧に関してアマチュアの経験と勘に頼るしかありません。
今回の実験で対象物は短波帯の高周波電流です。直流とは大分様子が違うようです。
１mm－１ｋV　耐圧１kV必要なら１mmのギャップが必要、頭の中に書き込まれたこの数字不思議と大きな間違いはないようです。
７ｋVですから７mmです。バタフライ直列ですから3.5mmあればよい。
しかしこれで何回も失敗しています。電流が空中を通るならこれで良いのですが絶縁物が有るときは別です。

この部品はもう使えない

私たちの工作では絶縁物にガラスやセラミックなどは使えません。
しかし加工は容易ですがプラスティックの絶縁物は曲者です。絶縁物としての性質だけでなく誘電体としての性質も考慮しなければなりません。　と云うコトは電気を蓄えてしまうためその電位が変わってきます。そのため予想以上の高電圧が掛かる場合が有ります。
さらに、この絶縁物の表面を伝わって放電する沿面放電が有ります。これは気中放電（空気中を放電する）や貫通放電（絶縁物の中を通り抜ける）の10倍以上の距離を放電するようです。
参考写真は以前に作ったモノですが、ロータとステータ支持金具間で沿面放電を起こしたと思われます。
また絶縁物の耐圧はDC電圧で表示されてる場合が多いですが高周波ではその振る舞いが違うようです。
今までの経験で沿面放電は空中の5倍くらい今回の例では35mm以上離せば何とかなる？？程度の自信しかありません。（天候で大きく変わります）

貫通放電にも見えますが？

出来る限り離しておきましょう。尖りが有ると放電しやすくなります。　同軸コンデンサが端子付近で放電しました。貫通放電にも見えますが沿面放電を起こし更に貫通放電に進んだと思われます。
同軸ケーブルの耐圧はフジクラの規格表では3D2V以上はどれも１ｋVとなっていますがコネクタ部分も考慮しての規格と思います。5D2V以上であればこの程度の電圧では貫通放電には耐えられると思われますがこの写真の例では10D2Vを使用しています。　*今までの実験ではケーブルの途中で貫通した例はありません。

同軸コンデンサの端子付近の写真ですが左側外皮は接続しないので充分距離を取り後ろへ折り返しテーピングします。
右側芯線は接続しないので芯線との距離を多くとりしっかりテーピングします。
雨でぬれたりすると絶縁耐力は低下します。放電は一度でも発生すると表面が炭化されてしまうのか電気の通り道が出来て使用不能になり、何回も作り直しています。
安全のためには充電部を露出させない工夫も必要です。これは放電対策にもなるでしょう。

*　高電圧の放電に付いて私は理論的裏付けを持ちません。高電圧測定器も有りません。
経験的に判断しているだけです。　危険が潜んでいる可能性が有ります。
*　動作がおかしいときは異常放電を疑いましょう。夜間に照明を消して見ると放電が見えることが有ります。

環境対応は
このバリコンは当然のように屋外で使われます。もちろん雨の日も。
そのためには防水とまで云わなくても防滴ケースぐらいは考えなければなりません。ケースとして色々な素材を検討してもプラスティックにならざるを得ません。
プラスティックは誘電体としての問題点の他、紫外線による耐候性の問題が有ります。
大きさだけを考えて適当な箱を用意しても屋外で１年も使うとひび割れして来ます。それらを考慮して行き着いたのは建材の塩ビ管。安い割に丈夫です。強いて言えば丈夫過ぎる？かもしれません・・・重いのが欠点です。

今回の実験では塩ビ管VU100を使用します。両端はVUキャップです。　同じ呼び寸でVPタイプが有ります。丈夫ですが重くなり不適当です。
試作を始めようと図面を書き始めましたがサイズが小さすぎるようです。
今回の試作ではかなり無理をしています。
もし実験して見ようと思われるならVU１２５のほうが良いかもしれません。ホームセンタなどで実物をご覧になりサイズを決定することをお勧めします。
また、VU１２５はあまり使用されないサイズで定尺でないと販売しない店も有ります。

MLA・磁界ループアンテナを作ろう ４

いよいよループアンテナ本体の考察をします。
実際の形はインターネットで　MLA　とか　磁界ループアンテナ　とかの画像検索をすればその概略はすぐにわかると思います。
このアンテナが使われるシーンとしてはマンションのような狭い立地、移動局の仮設、が多いと思います。　MLAの姿は良く見えませんが画面左側にベランダから突き出ています。

使用可能周波数帯はHFから５０MHｚ帯でしょう。
これより高い周波数では八木型の方が使いやすいです。
またHF帯でも3.5MHｚ帯より低い周波数帯では作るのが難しくなります。
使用可能周波数はとても狭いことは前にお話ししましたが使用周波数に合わせるためにバリコンが必要になります。
実はこのバリコンのお蔭で簡単にマルチバンド化が出来るのもこのアンテナの特徴です。上手に作ればＨＦすべてをカバーすることも可能です。

ループエレメントは大きい方がアンテナとしての効率は良くなります。　しかし一般的に購入できる金属材料の定尺サイズは４mです。　これ以上長いモノは繋ぐか特別な素材を見つけることが必要です。
形状は円形でなく、４角でも、３角でも、複数巻でも、よいのですが単巻の円形が無難です。

素材は銅かアルミが一般的です。加工のしやすさや重さを考慮するとアルミパイプを使用する例が一番多いです。
私はパイプより使いやすい（私の思い込み）　アルミフラットバー　をお勧めしています。

このアンテナは使用しない時にはベランダ内へ収納するようになっています。
他の居住者への配慮です。　自分ではカッコ良いと思っても苦情が出てからでは手遅れになります。
*　参考写真はJA1CXBさんのアンテナですが撮影時期は多少ずれているかもしれません。（撮影時、7MHｚ帯　非対応です）
試行錯誤の実験を繰り返し改良されています。

こちらのサイトに設計参考資料が有ります。利用させていただきました。【感謝！】
http://www.geocities.jp/jun930/
実際の計算はこちらから・・・
http://www.geocities.jp/jun930/ham/calmla.html
但しフラットバーについてはデータが有りませんけれど表面積が同じいくらいの条件で計算すればよいでしょう。

定尺４mのフラットバーをまるめて作った場合４０ｐF程度のコンデンサで１４MHｚ帯に使えそうです。しかし高い周波数・３０MHｚ帯では１０pF以下になります。
これは計算上の結果で、現実の問題では浮遊容量の影響で１０pF以下は難しい条件になります。
ループエレメントを長くして1/2波長になるとコンデンサは限りなくゼロに近づき実現できなくなるでしょう。
（浮遊容量はゼロに出来ません）
ループエレメントを小さくして直径1.1m（周長3.5m）にすれば　14MHｚで６０ｐF、３０MHｚで１３pF　となりますから何とか作れそうです。　7MHｚ帯は付加コンデンサで対応します。
ベランダに二つのMLAを上げられるなら24MHｚあたりを境にすると楽でしょう。

MLA・磁界ループアンテナを作ろう 3

バリコンについてはなんとなくバタフライ型に固まってきました。
スプリットステータ（2連バリコン）でも良いのですがループエレメント（放射エレメント）との取り合いを考えるとバタフライに分が有るように思います。
バリコンについて気になるところはそれを動かす方法です。
電動、リモコン、は外せない条件です。ただしそのスペースや機構のためにバリコンを作る以上に労力が必要です。

JA1CXBさんのバリコンは駆動部分の方が大きくなってしまいました。
そして機構部品と云うのは作るときの精度が重要で後からの調整は不可能に近い場合が多くアマチュアの工作としては厄介です。
ジャンクのモータや模型用の歯車、プーリ、等を利用したのですが気に入ったものはできません。
当時はラジコン用のサーボモータなんて高価なのでその対象になりませんでした。
しかし時代の流れ、ロボット工作人気がサーボモータの価格をどんどん下げてくれました。
今回実験に使ったものはジャンクモータより安い￥４００です。

RCサーボ（模型用サーボモータ）の実験
模型用とは云えサーボと云うだけあって動いた位置情報が操作側にフイードバックされますから
バリコンに付ければどれだけ回したか解ります。
ジャンクモータではこれを知るためにフォトカプラだのリミットSWだの大騒ぎをしました。
RCサーボは軸の回転数がバリコンとほぼ同じですから機構は簡単です。
制御に付いて調べて見ますとマイコンを使った高精度の実験例が殆どです。高精度ですがそのまま真似しても猫に小判の制御になってしまうと考えました。
MLAの場合その日の気象条件、等でバリコンの位置は微妙に変わります。使用中にも微調整が必要な場合があります。
トランシーバのSWR計を見ながら微調整ツマミを回して調整する、アナログ人間の得意とする方式は欠かせません。
明日になればその最良点も変化してしまう代物で有ることをわすれてはいけません。

アナログ的にタイマICでおなじみ　５５５　を使って動かす実験を始めました。
タイミングパルスとサーボホーン（軸に付いたアーム）の位置関係を調べました。
RCサーボのスペックはどのメーカもさほど違いは無さそうですがきちっと規格化されてるようでも有りません。
私の使った　SG90　の場合。
カタログ上では20m/sの周期で1.5m/sのパルスをPWM端子に入れたとき中位になります。

180度動かすときのパルス幅は＋９０で2m/s、－９０で1m/s　です。
http://akizukidenshi.com/download/ds/towerpro/SG90.pdf
この規格は他社も同じようですがかなり大雑把な規格のようです。
本来の目的では±60度以内で使うコトを想定してるようです。　
内部可変抵抗の回転限界位置を超えると破損の危険が有りますから動作確認をしておく必要が有ります。
バタフライバリコンでは回転角90度ですが取り付けギヤなどを考え1/2に減速しています。

エレキジャックにRC-サーボの実験記事が有りましたのでそれを踏襲しています。
http://www.eleki-jack.com/KitsandKids2/2008/12/555rcrc_1.html
この回路で回転範囲不足が有りましたのでＣ1、R1を調整しています。調整にはオシロが有ると楽ですが無くても可能です。パルス幅は　2.8m/s～0.6m/s　程度に広げています。
555の計算にはとても便利なサイトが有りました。
http://www.zea.jp/audio/index.html
このサイトのこちらを参照ください。
http://www.zea.jp/audio/schematic/sc_file/018.htm

*　パルス幅数値はオシロの管面から読み取ったもので正確ではありません。
*　20m/sの周期は1ユニットだけで使う時は正確である必要はありません。
*　可変抵抗やその他定数を変化せると周期やパルス幅も変わりますが今回の用途では問題ありません。実験では簡単に入手できる部品定数を使用しています。
*　1.5m/sが正しく中位になるか解りません。±60度くらいで使うコトを想定してるようです。±90度で使う時は限界位置を越えないように十分注意が必要です。限界位置を超えると機械的破損の危険が有ります。

この方式で制御盤のつまみ位置に印をつけるとかバンドごとにプリセットすることも可能に思います。
次はループアンテナ本体に付いての考察です。

MLA・磁界ループアンテナを作ろう ２

バリコンの制御に行く前にもう少し　『☆　バリコンに求められる条件』　について書き忘れたことを追加します。JA1CXBさんの使ってるバリコンを見るとバタフライやスプリットステータ（２連バリコン）で普通のシングルバリコンは使っていません。でも、MLAの図解を見るとシングルバリコンが殆どです。　この理由は屋外の環境が悪い所で使われることを想定しているからです。シングルバリコンのロータ側（動く方）は摺動接点が必要になります。これが屋外で使うアンテナでは故障の原因になるのです。それを逃げるためにシングルバリコンを直列にするとロータの摺動接点の接触不良の問題がが簡単に解決できます。その結果耐圧は２倍になりますが容量は1/2になってしまいます。
そのような訳でバリコンの着地点は電気的、形状的、にバランスの良いバタフライ型になると思います。軸の回転範囲が90度と云うのは気にしていません。

摺動接点を持たないバリコンも実験して見ましたが現段階では深く追及していません。
その一例としてこんなものを考えて見ました。
ベーク板の両面に貼った電極間隙をネジで調整しようと云うモノです。
その昔、真空管時代によく使われたパディングコンデンサに似た構造です。
使用周波数帯ごとに固定コンデンサを併用するなら十分機能を発揮できるでしょう。
実用化に当たっては絶縁物の材質や耐圧について十分検討が必要です。
固定コンデンサについては後ほどお話しますが同軸ケーブル利用の　同軸コンデンサ　が使用できます。

【　チョット一休み　】バリコンと云うのはアマチュア無線家の間では良く使われる言葉でバリアブルコンデンサ（variable　condenser）ですが最近はコンデンサのことをキャパシタ（capacitor）と英語表記することが多くなっています。netで検索する場合にもキャパシタ（capacitor）で検索するほうが良い場合があります。　ますます英語が共通語になって来たんですね。
英語圏では、「コンデンサ condenser」と言った場合、復水器などや光学器の集光器などを表す場合が多いようです。コンデンサマイクなどは相変わらずコンデンサマイクと呼ぶことが多いようです。外来語とか和製英語とか頭が混乱します。

MLA・磁界ループアンテナを作ろう １

マンションのベランダでHFを楽しむには　MLA・磁界ループアンテナ　に勝るものは無いと思います。
超短縮のダイポールや超小型のホイップではマッチングの問題やインタフェアの問題で悩むこと必須です。特にアンバランス型のアンテナでは強烈なインタフェアを覚悟しなければならないでしょう。　また、マンションのベランダの広さにも問題ありでアンテナをたくさんあげられません。
簡単に免許が下りる200Wで運用するにはMLAを置いて他にはないと云っても過言ではない気がします。
もちろんMLAでも見た目の美しさや安定感は重要でマンション自治会に嫌われたら最後、無線の楽しみは消え去ります。

写真はJA1CXBさんのサイトからの引用です。

MFJ等のメーカ製も有りますが200Wはかなりきついのです。
何がきついか・・・チューニング用の高耐圧バリコンがネックになるのです。
これが手に入れば後は何とかなります。
友人のJA1CXBさんは見事にこれを克服しHFでのQSOを楽しんでいます。SSTVのような連続のフルパワーでもトラブルなく使っています。
【参照】http://my.reset.jp/~cxb/mla.html
とは言っても最初はトラブルの連続でした。
それを乗り越えることが出来たのは、このアンテナ特有の高電圧に対する配慮です。
JA1CXBさんのサイトを見ればその苦労が理解できると思います。

このアンテナはいろいろ問題はありますがちょっとひと工夫すると簡単にマルチバンド化が出来ます。
つまりチューニング用に使ってるバリコンのお蔭？でバリコンを回せばカバー範囲を自由に選べるのです。
もちろんそれを実現するためには乗り越えなければならないハードルは高いです。

☆　バリコンに求められる条件
高耐圧であること。
非常にQの高いアンテナですから共振すると高電圧が発生します。その電圧はLC比にもよりますが200Wでは６～７ｋVになります。

写真はJA1CXBさんのサイトからの引用です。

正確なチュウニングが必要。
Qの高いアンテナですから使用できる帯域がとても狭いです。７MHｚ帯で使う場合など有効な帯域は数ｋHzしかありません。　たまに　『結構帯域が広い』　と云ってる方がおられますがそれは余り出来が良くないと云っても良いかもしれません。バンド内を駆けずり回って遊ぶためには度々チュウニングを取り直す必要が有ります。

バリコンについてはJA1CXBさんの例が有る通り自作もそれほど難しいモノではありません。そして７MHｚでは付加コンデンサも必要ですがそれも２００Wに耐える作り方を習得されています。
 是非今一度JA1CXBさんのサイトを読み返してください。
http://my.reset.jp/~cxb/mla.html
写真や実用面での考察にはJA1CXBさんのサイトからの引用許可を頂きましたことお礼を申し上げます。

次回は積み残しになっていたバリコンの制御に付いて新たなアイディアを持ち込みました。これがうまく行ったらバリコンの作り方、アンテナ本体に付いても言及する予定です。

びん詰のフタ開け器

びん詰のフタ、それも最初に開ける時はとてもきつい。
中身の食品が腐らないように真空（に近い）状態できつく締まっているためでしょう。それを開けるためにいろいろ工夫した　『フタ開け器』　なるものが売られていますがどれもイマイチと云う感じです。
力のある若い人なら何とか成るかもしれないのですが私には一苦労です。
片手でびんを持ち、片手でフタを回す。私にとって絶対的にパワー不足です。
ウチのカミさんに頼まれた時、最近では工作に使う作業台に固定された木工万力を使っていました。しっかり固定されますから両手でびんを回せます。フタを固定してびんを持つ方が作業しやすいのでいつもこの方法です。

これならカンタンに開きます。しかし慣れない工作工具はカミさんには使いにくいようです。
作業姿勢や力の入れ具合が難しいのが欠点です。

*　画像をクリックすると写真を拡大できます。

しっかり固定し、両手でびんを回す。この方法がびん詰を開けやすくする。
フタ開け器を使いやすい場所に固定しておけば良い。
その場所は台所のどこか・・・
しょっちゅうびん詰を開ける訳では無いので使わないとき邪魔にならない場所・・・
食器戸棚の枠にビン開け器を固定する・・・
実際にやろうとすると場所探しも結構厄介です。

DIYショウでもらったサンプル品・大きなクランプが有りました。このハンドル部分を細工して食器戸棚の木枠の下側に取り付けました。使わないときはクランプを閉じておけばそれほど邪魔になりません。

このクランプ、本来は先端のオレンジ色部分が作用点ですが内側にギザの付いた、びんのフタつかみには格好の場所が有ります。
しかしそのままでは滑って役に立ちません。

ギザの部分に厚手のゴムテープを貼りつけました。これで滑ることが無くなりました。

クランプはハンドルを押せばキッチリ閉まります。そしてレバーを起こせば簡単に外れます。
クランプを閉めフタの部分をキッチリ固定します。びんを両手で持って時計方向に約９０度くらい回せばフタが緩みます。

レバーを起こしてクランプを開放しましょう。
少し緩めば、びんのフタは簡単に手で回ります。
*　必要以上に回すとフタが外れて落ちることが有ります。このような手放しは危険です。