エンド・フィー ド・ハーフウェーブ (EFHW)アンテナは、非常に人気のある短波アンテナです。(HF)アマチュア無線アンテナは、設置の容易さ、多周波数での運用能力、および基地局を必要としないという特徴から、広く支持されています。従来の中心給電半波アンテナとは異なり、エンドフィードアンテナは、その名の通り、アンテナの末端で給電を行います。
- 原理
端饋半波アンテナの原理は、半波共振器が終端で高いインピーダンスを示すという特性に基づいています。
半波アンテナ特性: 半波長の長さ(λ/2)の導線の場合、その中心部では電流が最大、電圧が最小(低インピーダンス)、一方端では電圧が最大、電流が最小(高インピーダンス)となります。標準的な半波偶極アンテナの場合、通常は中心部に接続し、このとき接続抵抗は約50~75オームとなり、同軸ケーブルに直接接続できます。
端饋方式: 端饋アンテナは、半波共振器の末端の高いインピーダンス特性を利用します。 末端のインピーダンスは通常2000~5000オーム程度であり、これを一般的なラジオで使用される50オームの同軸ケーブルに適合させるために、高インピーダンス変圧器(通常は1:49または1:64の帯域幅調整用変圧器)を使用します。 この変圧器は、高インピーダンスを約50オームに近いインピーダンスに変換し、同軸ケーブルとの効果的な接続を実現します。
多帯域運用: 端面アンテナの顕著な利点は、その固有の多帯域共振特性です。特定の周波数(例えば80メートルの帯域)に対して設計された半波長の端面アンテナは、その整数倍周波数(例えば40メートルの周波数は80メートルの2倍周波数、20メートルの周波数は80メートルの4倍周波数、10メートルの周波数は80メートルの8倍周波数)に対しても半波共振特性を示すことがあります。これは、N×(λ/2)長の導線が、これらの周波数において近似的に高いインピーダンスを示すため、同じ変圧器でマッチングできるからです。これにより、一つのアンテナで80メートル、40メートル、20メートル、15メートル、および10メートルの複数のアマチュア無線短波帯域をカバーすることが可能になります。
- 利点
設置が簡単:アンテナの先端を支えるだけで、もう一方の端は自由に垂らしたり、水平に伸ばしたりできます。複雑な二点対称構造は不要です。アウトドアでの設置、QRP(低出力)運用、またはスペースが限られた環境に適しています。
多帯域運用:これが最大の利点です。一つのアンテナとマッチングトランスミッターを組み合わせることで、80m、40m、20m、15m、10mなどの複数のアマチュア無線短波帯域をカバーでき、アンテナシステムが大幅に簡素化されます。
アンテナの設置場所に関係なく、カウンターポイズ(平衡器)は不要: 垂直アンテナとは異なり、エンドフェーディングアンテナには複雑な径方向の接地網は不要です。中心フェーディングデュポールアンテナと比較して、理想的にはフェーディング点に共模インダクタ(インダクタンスバランサー)を設置して同軸ケーブル上の共模電流を抑制する必要がありますが、垂直アンテナと比較すると、接地に関する要件は大幅に低くなっています。
隠蔽性に優れている: 細い導線が1本あるため、使用していないときは簡単に収納したり、設置時に周囲の環境に溶け込むように配置したりできるため、比較的目立たない。
- 欠点
高電圧の危険性: 電源ポイントは高電圧箇所です。特に高出力での送信時には、電源ポイント付近で高いRF電圧が発生し、感電のリスクがあります。電源トランスと接続部の絶縁を確実に行い、人が触れる場所に置かないようにする必要があります。
同軸ケーブルにおける共通モード電流: 饋電方法が非対称であるため、同軸ケーブルの外側のシールド層に共通モード電流が発生しやすく、これによりRFエネルギーが送信機に戻り、干渉を引き起こす。(RFI/EMI)これにより、送受信機の性能に影響を与え、ラジオ機器自体がRF電圧を発生させる可能性があります。共調電流を抑制するために、高品質な共調インダクタまたはバラン(通常は1:1の電流バラン)をトランスの出力端(同軸ケーブルとの接続箇所付近)に取り付けることを強く推奨します。
変圧器の効率とのマッチング: 変圧器自体には、ある程度の損失が発生します。特に高出力の場合、発熱し、効率が低下する可能性があります。劣悪な変圧器は、より大きな損失と発熱を引き起こす可能性があります。
周波数整合と共振点の感度: 多バンドアンテナであっても、各バンドの実際の共振点とインピーダンスが完全に正確ではない場合があるため、最適なマッチングを実現するために、アンテナ長を調整したり、変圧器の設定を変更したりする必要があります。
環境への影響:アンテナの先端(電力供給されない部分)におけるインピーダンスや放射特性は、周囲の環境(建物、木、地面など)の影響を受けやすい。
- 設置方法
エンドフェードアンテナの設置は比較的柔軟で、一般的な方法は以下の通りです。
水平設置:
これは最も一般的な設置方法です。アンテナケーブルを水平方向に伸ばし、片方の端をアンテナチューナーに接続し、もう片方の端を絶縁ロープで高い場所(例えば、木、マスト、建物)まで引き上げます。
利点: 放射仰角が低いため、遠距離のDX運用に適しています。
要件: 2点の支持が必要ですが、片側から電源供給されるため、その1点の高さについては比較的柔軟な要件が可能です。
斜張構造の設置 (スロパー):
給電側は高い位置にあり、アンテナが下向きに傾いている。
利点: 1つの高点での支柱だけで設置でき、非常に簡単です。また、特定の方向にある程度の方向性を有することもあります。
要件: 高い場所での支え。
垂直設置:
アンテナは地面に垂直に取り付けられている。
利点: 水平方向での占有スペースが最小、全方向への指向性が良好で、低い角度からの放射に適しています(DX運用に最適)。
要件:アンテナは、饋電トランスが設置されている場所(通常は地面付近)で、しっかりと固定される必要があります。
屋外設置:
POTA(Parks On The Air)やSOTA(Summits On The Air)などの屋外での運用に適しています。釣り竿、木の枝、またはその他の軽量な支柱を使ってアンテナを高くすることができます。
利点: 迅速な設置と取り外しが可能。
主要構成要素:
配線:アンテナ共振回路の作成に使用し、長さは最小動作周波数に応じて決定します({長さ(m)} = 142.5 / {周波数(MHz)}。例えば、80MHz帯の場合、約40m程度の配線が必要です)。
高インピーダンス変圧器: 一般的には、1:49または1:64の比率で、アンテナの先端の高インピーダンスを50Ωの同軸ケーブルにマッチングします。
共調ノイズ抑制回路/バルーン: 変圧器の出力側(同軸ケーブル接続前の箇所)に設置することを強く推奨します。これにより、共調ノイズ電流を抑制できます。
絶縁材:アンテナの両端を固定し、絶縁するためのもの。
アンテナを吊り下げるための、支えとなるロープと支柱。
- 電磁波のパターン
端からの半波アンテナが動作する際、その電磁波パターンは、中心からの半波直交アンテナと類似していますが、饋送方法の非対称性により、いくつかの追加的な考慮事項が生じます。
メインパルスと放射パターン:
水平アンテナ設置:放射パターンは、水平対向極性アンテナと類似しており、アンテナ方向(左右)に対して最も強い放射を示します。仰角はアンテナの高さによって決まります。アンテナの高さが高いほど、仰角が低くなり、遠距離でのDXに適しています。
垂直アンテナ設置: 全方向への放射、低い指向性、DX運用にも適していますが、近距離通信においては効率が若干低下する可能性があります。
斜めアンテナ: ある程度の方向性を持ち、一般的にアンテナが下がる方向に電波を強く放射しますが、具体的な放射強度は、傾斜角や周囲の環境によって異なります。
偏光:
水平アンテナ: 主に水平偏波の電波を放射します。
垂直アンテナ: 主に垂直偏波の電波を放射します。
混合配線(例:逆V形、斜め配置)の場合、混合偏波成分が発生します。
高次ハーモニック:アンテナが基本周波数(例えば80メートルのアンテナが40メートル、20メートルの帯域で動作する場合)の整数倍の周波数帯で動作すると、放射パターンはより複雑になり、複数の放射ビームが発生します。これは通常、多帯域アンテナとしての使用に影響を与えませんが、この点を理解することで、その性能を把握することができます。
- 利用上の制限
ノイズの捕捉: 電源ポイントの高いインピーダンス特性と、通常は地面や無線機設備に近い場所に設置されるため、アンテナ端からの信号は、周囲の人為的なノイズ(電源ノイズ、コンピューターノイズ、LED照明の影響など)を拾いやすい可能性があります。共調インダクタによって、ある程度のノイズを軽減できます。
電力制限:マッチングトランスには電力制限があります。定格を超えると、トランスが過熱したり、飽和したり、損傷する可能性があります。
周波数干渉(RFI): 前述の通り、共調電流は一般的な問題です。もし適切に抑制されない場合、無線信号がラジオ、マイクケーブル、電源ケーブルなどに戻り、テレビ/ラジオの干渉、オーディオシステムのノイズ、ラジオ操作の異常、さらには「電磁波による怪我」を引き起こす可能性があります。
完璧なマッチングの課題: 変圧器は広い周波数帯域でのマッチングを提供できますが、特定の周波数帯域では完全に 1:1 の SWR を実現できない場合があります。この場合、追加のアンテナ調整器を使用して微調整を行うか、わずかに高い SWR を許容する必要があるかもしれません。
高圧の安全性: 高圧配電ポイントに伴う危険性は常に注意する必要があり、特に人がまたはペットが接触する可能性がある場所では特に注意が必要です。
要言えば、短波アンテナは非常に実用的で強力なアンテナであり、特に、シンプルな設置と多周波数帯での運用を求めるアマチュア無線愛好家に適しています。その原理、利点、欠点、および使用上の制限事項を理解し、適切な対策(例えば、共調インダクタを使用したり、安全に注意するなど)を講じることで、その効果を最大限に引き出すことができます。
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