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Basement Workshop

Miscellaneous stuff about audio, radios, guitar and alcohol

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アンテナの高さとインピーダンスの関係

75Ω直接給電2エレを室内に設置する度に、微妙に共振周波数が違ったりSWRがあまり落ちなかったりする場合があり、はっきりした原因が分からないでいた。

理論と実験が一致しないのは、地面からの影響を受けてインピーダンスや放射パタンが変わっているからに違いない。

(EZNEC)
そこでEZNECのグラウンドをフリースペースからリアルグラウンドに変えてみた。
実際に1m、2m、3m、4mでシミュレーションして驚いた。
設置高さで共振周波数が変わるのは知っていたが、これほどまでインピーダンスが極端に変わるとは意識していなかった。
エレメントの長さや間隔を変えても75Ωを実現できない高さまであるのだ!

(何故か?)
試しに、19Ω直接給電2エレはどうなのかを確認してみた。
エレメントの長さも間隔も変えていないのに、2/4/6m間に大きな差は無い!
75Ωに比べると、皆無に等しいほど (さすがに1mでは影響を受けている)。
1m.jpg2m.jpg4m.jpg6m.jpg












そうか。
ハイインピーダンス = 高感度 (高ゲインという意味ではない) = 周囲の影響を受けやすい
ということだ!

(結論)
インピーダンスの高いアンテナは広帯域に渡りSWRが低いので、むしろ優等生的と思っていたが、高さの影響を考えないと、実際に揚げてみて理論と合わない結果に悶々とすることになる。
低インピーダンスアンテナは帯域は狭いが、室内で調整してから揚げてもその後の調整が不要になる利点がある。
いよいよ低インピーダンス型直接給電アンテナの製作の必要性が増してきたな。


 

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Ibanez SDR-1000

DSC01890.JPGZoomの9150で若干満足して以来、お小遣いの範囲で理想のリバーブを入手することは無理なのではないのか、と半ばあきらめてもいたが、ここへ来てまた虫がうずき出してきた(笑)。


(これまでの経緯)
実はIbanez SDR-1000を手に入れた時、音が出ないジャンク状態だった。確かに入力調整用のノブが無い上に、ボリュームの取付け部のフレームが変形していた。高いところから落としてノブを破壊してしまったのだろう。
この衝撃で抵抗体がダメになったのだと推測したものの、何もせずに大分時間が経ってしまった。

ところが最近、Ibanez SDR-1000の中身がSONYのMU-R201と同じな上に (OEM)、マニュアルを見ると何とプリディレイが572msも長く掛けられることが分かり、俄然やる気が戻ってきた!

(故障部分の特定-その1)
まずはディジタル機器の弱点、バックアップ用電池の電圧確認。お、3Vで生きている。各部の±12Vや5Vの電圧も問題ない。
何せ、相手は2軸2連だ。探せど探せど、20kΩ/20kΩであの軸の長さのものはついぞ見つけられなかった。
20kΩ/20kΩの2連や値の異なる2軸2連での代替の候補は見つけた。しかし、買うのはボリュームの中を確認してからでもいいと判断し、外してみた。
と、ところが、最大値は若干20kΩを下回っていたものの、動作に問題なし・・・・。

(故障部分の特定-その2)
お漏らしをしているコンデンサも無いようだしハンダ面も綺麗だが、痩せが気になる。
そうだ、これは中身がSONYだった。ハンダの痩せが原因でクラックが入ったりするのはSONYでは良くあること。
電源・グランド用のバスバーと入力レベル切替SWの足を見ると、なんだかクラックらしき兆候が。
これらを徹底的に再ハンダしてやった後、入力にオープンのケーブルをつないでみると、ノイズでレベルインジケータが大きく光った!やった!

(音出し)
おお!プリディレイ値が大きいので、エコーのようなリバーブが掛けられる!
SPX-90は250msしかなく不満だったが、これなら十分だ。
だが、今一つパラメータの意味が分からない(笑)。まずはマニュアルでお勉強。

(故障部分の特定-その3)
・・・・と、狂喜乱舞していたのだが、写真でも撮ろうと思って電源を入れてカメラを準備していたら、いつの間にか電源が落ちている(苦笑)。
ヒューズは飛んでいないが5系統ある5Vレギュレータの内、IC902/78M05の出力が0.47V。
ここか。このICの周辺だけハンダ面が少し変色しているので、かなり熱を帯びていたらしい。

12Vや他の5VがOKでもこのレギュレータの出力がないと:
 ・リレードライブ用のTrがONしない。
 ・バイパスSWをONにしてもLEDが点灯しない。
 ・ディスプレーの制御用ICが動作しない。
はずなので、ウンともスンとも言わない現状の説明にはなる。

(修理)
IC902/78M05を交換。ヒートシンクを抱いているのに、シリコングリスが塗られていないので塗布。
レギュレータの熱の影響を受けると思われる3300μFx3、2200μFx2も交換。
これらの交換後、5Vが出ることを確認。
ところが、ギターをつないでみるとドライの音は出るが、リバーブのつまみをいじってもプリセットを変えてもリバーブ音だけ出ない・・・。

(故障部分の特定-その4と修理)
交換部分の5V、12V、A5V、D-5VはOKだが、A/DとD/Aに供給されている+5Vが出ていない。
ここ専用のIC302/78M05の出力だ。交換すると、+5Vは出力され、ギターをつなぐと今度はドライもリバーブも音が出るようになった!SDR-1000_sc.jpg






(改めて音出し)
まるで、夢のようだ。期待していた「あの音」が出る。
最近手に入れたKORG TONEWORKS 105od Classic Overdrive の素晴らしいオーバドライブとこのリバーブだけであとは何も要らない。
長かったな・・・。
 

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50Ω/75Ωインピーダンス変換器の製作

ヘンテナの調整では、50Ω 用のSWRアナライザを直接使用して測定するというミスをやっちまったので (SWRの絶対値は正しくないが、共振点すなわちSWRのディップ点は変わらない)、今回はFM帯域をカバーする 75Ω/50Ω 変換器を製作した。

(これまでの調整方法)
 ・ディップメータを使用してディップ点を確認して概略同調周波数を確認。
 ・正確な同調周波数 (目的局にセンターが来ているか) を知りたい場合は、ディップした周波数を発振させたままFMチューナを動作させ、妨害が起きるかで確認。

空中にあるアンテナのワンターンコイルにじっと動かずにディップメータを当てている姿も滑稽だし (笑)、結合の深さが少しでも変わるとメータの値がふらつくので、非常に面倒くさい。それに、ディップの深さでSWRの良し悪しは分かるものの絶対値までは判らなかったのだ。

(準備するもの)
・アルミケース (タカチ)
・F コネクタ
・BNC コネクタ
・フェライトビーズ x 2
・UEW ポリウレタン線

(製作)
特に難しい個所はない。ここを参考にした。
Transformer.jpg






(実アンテナでの測定)
正しいインピーダンス値を読取るには、50Ω、75Ω それぞれの同軸ケーブルの長さは本来、電気的に 1/2λ にする必要がある。
がしかし (笑) それは後ほど作成するとして、現在手元にあるケーブルを使用してSWRアナライザで早速測定。
対象は直接給電 2エレ八木。

76.1MHzでSWRが1.15。ほぼ設計通り。
アンテナのエレメントの位置の調整をしながらリアルタイムでSWRアナライザのメータの動きが分かるので非常に楽だ。
SWR.jpg






(これからの方向)
・2エレは狭帯域型の19Ω 直接給電の実験。
・19Ω 直接給電型の 3エレの正式版の部品収集・製作。
 

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TRIO FX-46

FX-46f.jpg今度は真空管式FMチューナ、TRIOのFX-46。

(初期状態)
積年の汚れでドロドロ。
「動作しません」のジャンクだったが、恐るおそる電源を入れてみると、「ブーン」というハム音と共にホワイトノイズが聞こえた。
モノにするとハムは消えるが、これが参考になるかどうか・・・。
電源の電解コンの容量抜けか、と思いつつスケール内を選局してみるも、何も聞こえないし、メータも動かない。
なんか、RF段が動作していない感じ。

(清掃と初期確認)
天板と底板の汚れは、石鹸で水洗い。
基板やシャーシ、フロントパネルの汚れはアンモニアやガラスクリーナで根気よく清掃。
真空管のピンの清掃が終わった所で電源を入れてみると、ハム音はそのままだが、勢いよくSメータが振れて動作した!
B電源の値も妥当な感じで、アライメントはさておき、真空管独特の音がステレオで鳴り始めた。
メータのバックライトとステレオインジケータは点灯するが、スケールのランプは左右とも切れている。

(トラブルシュート)
マルチセクションの電解コン40uF+40uF+40uF/250Vの代替品に適当な候補が見つからないので、後で中身を取り出して汎用品を詰め込むとして、取りあえずハムの原因がここなのかを判定する。
手持ちに適当な値のものが無かったので、10uF/350Vを3個をそれぞれの端子にパラに接続。
若干ハム音は残るものの、実用レベルまでになることを確認。
後に47uF/250Vを3本購入して取り付けると、完全にハムは消えた。
FX-46l.jpg






(音質)
トランジスタアンプを通しているとは言え、やはり真空管の音。音離れが物凄く良く、スピーカがあることを忘れてしまう。
音は柔かいけれど張りがある。高域なんてものがあるのか (笑) というF特だが、ST-5000Fと同様不自然さは全くない。
NHK FMのルーシーケントの声がゾクゾクするほどリアルだし、ギターアンプが真空管式であることまで分かる。
いつまでも聴いていられる自然な音で、豪華なスペックに安心するだけのオーディオとは別世界。
脱帽。
FX-46r.jpg








 

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市販FMアンテナのインピーダンスマッチの謎

FD部分での給電インピーダンスが300Ωより下がっているのでは?と疑問の生じた市販FM八木。
カタログの仕様を見ていてハタと気がついた。

 ・バンド内のSWRは悪くないが、中心周波数でも決して良くない
 ・素子数に比し、ゲインは決して大きくない。


そうなのだ。「ゲインを稼ぐよりバンド幅を広くしたため、アンテナとしてのインピーダンスが下がらない構成となり、給電インピーダンスはFD単独の300Ωより若干低くなるだけ。」だったのだ。
背景として、

 ・FM放送のバンド幅は広いため、広帯域アンテナが大命題
 ・マッチングを設けると耐候性に問題が生じるので、曲げ加工さえできればFD
        の給電の方が給電部の実現が楽。
 ・4:1のバランの構成は楽なので、下手なマッチングを構成するより300Ω/75Ω
        の変換が利用できるFDを選択

ということだろう。なるほど。

(実際に設計してみた)
FDを使用した300Ω給電3エレ八木をEZNECでシミュレートしてみた。
SWRはバンド内で2.5以下、ゲイン7.35dBi、F/B比約10dBのものができた。
F/B比の調整が必要なようだが、予想通りの結果。
「市販FMアンテナは、インピーダンスは正確には300Ωじゃないけど大体OK」てなところか。
35d2f866.jpega39d49d3.jpeg







(75Ω直接給電2エレ八木)
前回設計のものよりSWRを低く抑えたものを設置。前後長が長くないので、室内設置にも最適。
ゲインが5.4dBi程度、F/B比が10dB程度だが、ダイポールに比べると聴感上のS/Nがぐっと向上した印象。
総合的に市販の3エレとそれほど変わらない感じだし、SWR=1.023@76.1MHzであることを考えると上出来。
勿論、SWRが低い帯域は非常に狭い。
ad7e50b0.jpeg







(デュアルリフレクタ75Ω直接給電2エレ八木)
ここまで来たら悪乗り (笑)。
前後長を増やさずにF/B比とゲインを上げられないものか、と実験していたら、デュアルリフレクタを思い出した。
ちょこちょこいじっていたら、F/B比約14dB、ゲインが7.45dBiのものができた。
高さが1.6m必要だが、凄い。へたにスタックで構造を複雑にするより簡単。

(総合評価)
耐候性と広帯域を重視するなら市販アンテナ。狭帯域でいいなら、2エレ八木75Ω直接給電はシンプルで小型だし性能も市販の3エレに比してもそれほど引けを取らない。
広帯域が必要ならいっそ複数本作って切替えるのも手。
いろいろと調査と設計をしてみて謎も解けたし、いよいよワクワク感が増してきたぞ (さらに悪乗りの予感)。

(方向が見えるがまだモヤモヤ)
・これまで、「高ゲインこそ命」(笑) と思ってきた。だが、それは、アマチュア無線のDXでの「聞こえないものが聞こえるようになる」という、あの究極の場面でこそ有用なのだ。ソースの音質に限りなく近づけたいと願うFMの場合、ローカル局のみを対象にし、IMDを小さくしS/Nを上げることに重きを置くべきだ。

・ゲインが低くとも目的の放送局の周波数に最適化 (狭帯域、F/SとF/Bが大きくSWRが低い) すればかなり有効であることを考えると、マルチパスやら近隣周波数からの妨害と影響を、予想以上に受けていることを意味する。

・どんなに優れたFMチューナでも、「アンテナから同一スペクトラム内に混入しちまった抑圧不能なノイズは除去できない*」訳で、物理的に目的放送局方向以外の信号は抑圧し、電気的に目的周波数以外の信号に対して高SWR (低効率)=高Qとするアンテナに、できる限りしておくべきなのだ (自己満足としても)。
とすると、単一周波数に同調する (または狭帯域) 低SWRのビームアンテナが必然であって、広帯域・高SWR、そこそこのF/B比の市販FMアンテナでは、ごにょごにょごにょ・・・ (笑)。

*:L-RとL+Rの加算・減算時に多少なりとも除去可能?

 

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[02/03 ポムロル]
[01/24 cooltune]
[10/11 ポムロル]
[10/10 BLUESS]
[10/05 ポムロル]
[10/04 BLUESS]
HN:
ポムロル
性別:
男性
自己紹介:
真空管ラジオ、無線機、オーディオ、ギター、洋楽が大好きなオヤジ。
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