半波長 端給電アンテナの検討　　　　　　　最新改定　2017.Sept.8　JH3FJA

　移動運用での４０ｍバンド用のアンテナとしてダイポールより給電位置が低く設置が楽そうな 半波長エンドフェッドアンテナの特性を検討したものです。 電圧給電になりますので送信機の５０オーム出力系を直接には繋げないので整合についても含めています。

　 　＜目次＞
１． 条件設定
２． 接地型での結果
３． 地線付きスタイルでの結果
４． ４分の１波長ホイップ系と比べてみる

１．条件設定

　給電側端部を地面に直接接地した接地型から始め、次に地線を持ったスタイルのもの（直接接地はしない）を検討しています。 アンテナ布線スタイル（線材の張り方）は下図の５つ、 「バーチカル」は真垂直の一直線、 「逆Ｌ型」は垂直部と水平部からなる逆L字形、「山型」はインバーテッドＶのように長さ中央を持ち上げた形、「傾斜山型」は山型を少し寝かした形、「スローパ」は一直性に傾斜させた形、「逆Ｕ」は門型のベントダイポールを端から給電するスタイルです。
　なお、アンテナエレメントの線材は 地線を含めすべて Φ２ｍｍ銅線です。

バーチカル逆Ｌ型山型傾斜山型スローパ逆Ｕ

　大地の電気特性は 次の２種、適度な特性の一般的な地面 と 湿気た地面です。 両者は誘電率で8倍程違いますので顕著に違いが見えるだろうとの思いからです。
項目適度な
（moderate）		湿気た
（highly moist）		備考
導電率0.003 MOHS/m0.005 MOHS/m-
誘電率430-

　５０オーム給電のための整合回路は 大きなインピーダンスに変換出来れば何でもよい訳ですが Ｌ型整合回路のローパス型 で計算してあります。 この回路の詳細が必要な場合は この資料（5.9MB） を参照してください。


２．接地型での結果

（１）インピーダンス特性と指向特性

　給電側端部を地面に直接接地したものの結果です。 給電点で見たアンテナインピーダンスと その下括弧内の２つの数字が ５０オーム整合のための直列インダクタンス値、後者が同じくアンテナと並列に入るキャパシタンス値です。

　「湿気た大地」欄のインピーダンスは 「適度な大地」でチューニングしたアンテナ長さそのままで湿気た大地に設置した時の当該値です（「湿気た大地」で再チューニングはしない）。 当然共振周波数（固有値）はシフトしますのでその量を整合値の右にＫＨｚ単位で書いています。

形態適度な大地湿気た大地天端高さ
バーチカル3326-j127
(9.14uH/54.6PF)		2742+j262
(8.32uH/60.9PF),+50		20ｍ高
逆Ｌ型4345+j127
(10.5uH/48.3PF)		4197+j531
(10.4uH/49.3PF),+50		10m高
4638-j32.5
(10.8uH/46.6PF)		4914+j653
(11.2uH/45.5PF),+50		7m高
山型7453+j715
(13.8uH/37PF)		9255+j2398
(15.8uH/32.6PF),+50		10m高
4597-j193
(10.8uH/46.6PF)		5233+j1249
(11.8uH/43.7PF),+50		7m高
傾斜山形10K-j1721
(17.1uH/29.4PF)		20K-j2894
(19.9uH/25.2PF),+50		10m高
5290-j432
(11.6uH/43.2PF)		6464+j941
(12.9uH/39.6PF),+50		7m高
スローパ3923-j71.4
(9.94uH/50.5PF)		3733+j789
(9.9uH/52PF),+50		10m高
4186+j116
(10.3uH/49.2PF)		3910+1542j
(10.7uH/49.2PF),+100		7m高
3619-j187
(9.55uH/52.3PF)		3237+314j
(9.06uH/56.1PF),+50		14m高
逆Ｕ30K-j1116
(27.9uH/18.2PF)		4197+j531
(10.4uH/49.3PF),+50		10m高
6546-j125
(12.9uH/39.2PF)		4914+j653
(11.2uH/45.5PF),+50		7m高


（２）インピーダンス特性と指向特性

　適度な地面条件での 周波数対インピーダンス特性、ゲイン指向特性を以下に示します。 アンテナの形状寸法は付記した説明を参照ください。

＜バーチカル＞

　全長（全高）は２１．２６ｍです（現実の樹木への投索となると結構技量が要る高さ）。 長さの調整だけではリアクタンス分をゼロにすることができず目的周波数での共振には位相で見てあと２５deg分ほどの誘導性リアクタンスが要るので、整合回路にこの分も負担させ共振状態にします。
　垂直面指向性の図において重ね書きの赤線は 半波長垂直ダイポールの特性 で 地面側エレメント端部を地上０．１ｍ高さにセットしたものです。 １ｄB強のゲイン差があります。


＜逆Ｌ型＞

　垂直部 １０ｍ、水平部 １０．５４ｍ、合計 ２０．５４ｍです。 電流振幅の腹がＬの角部分に位置します。低輻射角もある程度期待ができます。
　垂直部 ７ｍ、水平部 １３．４５ｍ、合計 ２０．４５ｍです。 垂直部が短くなると極端に低輻射角の成分が薄れてしまいます。
　ゲインは落ちますが 全長が半波長の８割程度でも共振に持ち込めます。 上のものから水平部を短くした 垂直部 ７ｍ、水平部 ９．５３ｍ、合計 １６．５３ｍ（短縮率で７７．８％）の特性です。 指向性パタンは上と似たようなものですが（電流給電になるため地線1本の影響で）少し変形します。


＜山型＞

　天端高さ１０ｍ、給電端高さ０．２ｍ、開放端高さ１ｍ、下端離隔距離９．２ｍ、全長２１．１４ｍ。　垂直面指向性の図において重ね書きの赤線は インバーデッドＶ （山型半波長ダイポール） の特性で 両端部を地上０．５ｍ高さにセットしたものです。 １．５ｄB強のゲイン差があります。

　天端高さ７ｍ、給電端高さ０．２ｍ、開放端高さ１ｍ、下端離隔距離１５．２ｍ、全長２０．１ｍ


＜傾斜山型＞

　天端高さ１０ｍ、給電端高さ０．２ｍ、開放端高さ１ｍ、下端離隔距離６．８ｍ、天端寝かしズレ４ｍ、全長２１．７ｍ

　天端高さ７ｍ、給電端高さ０．２ｍ、開放端高さ１ｍ、下端離隔距離１３．５ｍ、天端寝かしズレ４ｍ、全長２０．４３ｍ


＜スローパ＞

　給電端高さ２ｍ、天端高さ（＝開放端高さ）１０ｍ、全長２０ｍ

　給電端高さ２ｍ、天端高さ（＝開放端高さ）７ｍ、全長２０ｍ

　給電端高さ２ｍ、天端高さ（＝開放端高さ）１４ｍ、全長２０ｍ


＜逆Ｕ＞

　天端高さ１０ｍ、水平部長さ１．８ｍ、開放端高さ０．５ｍ、全長２１．３ｍ

　天端高さ７ｍ、水平部長さ７．３ｍ、開放端高さ０．５ｍ、全長２０．８ｍ


３．地線付きスタイルでの結果

　直接的な地面への接地を行わず 地線付きスタイルでの検討として 地線長さ と 地線高さ（地面との離隔距離）の違いがもたらす影響を 同調特性、アンテナインピーダンス、指向特性から眺めています。
　地線長さは １ｍ／３ｍ／５ｍ／１０ｍ を比較しています。 ５ｍは ８分の１波長、１０ｍは ４分の１波長にあたります。 また、地線高さ（地面からの離隔距離）は ５ｃｍ／１ｍ／２ｍ の３種としています。
　バーチカル（半波長端給電垂直アンテナ）を対象とした結果を以下に示します。 大地の電気特性は「適度な（moderate）」です。

（１） 共振特性・アンテナインピーダンス

　地線長１ｍはアンテナ自身で共振（リアクタンス分ゼロ）状態にもって行けません。 地線長３ｍあると共振状態にもって行けますがそれでも共振を維持できる周波数範囲は狭いです。 　地線長５ｍになると共振を維持できる周波数範囲も広く良好です。 更に地線長１０ｍになると直接地面に接地するのに匹敵しています。

地線長さd = ０d = ０．１ｍd = １ｍd = ２ｍ備考
地線なし
直接接地		3326-j127
(9.14uH/54.6PF)		−−−−
１ｍ-2488-j1198
(8.77uH/53.6PF)		1871-j1510
(8.8uH/51.1PF)		1725-j1409
(8.49uH/52.6PF)		−
３ｍ−2495-j9.45
(7.89uH/63.2PF)		2294-j29
(7.56uH/65.8PF)		2439-j62.2
(7.8uH/63.7PF)		−
５ｍ−2639+j25
(8.12uH/61.6PF)		2823-j111
(8.41uH/59.2PF)		2858+j102
(8.46uH/59.4PF)		8分の1波長相当
１０ｍ−2945+j144
(8.6uH/58.6PF)		3123+j167
(8.86uH/57PF)		3323+j187
(9.15uH/55.3PF)		4分の1波長相当

＜地線の長さ Ｌcp＝１ｍ＞
　
地線の対地離隔　ｄ＝５ｃｍ地線の対地離隔　ｄ＝１ｍ地線の対地離隔　ｄ＝２ｍ

＜地線の長さ Ｌcp＝３ｍ＞
　
地線の対地離隔　ｄ＝５ｃｍ地線の対地離隔　ｄ＝１ｍ地線の対地離隔　ｄ＝２ｍ

＜地線の長さ Ｌcp＝５ｍ＞
　
地線の対地離隔　ｄ＝５ｃｍ地線の対地離隔　ｄ＝１ｍ地線の対地離隔　ｄ＝２ｍ

＜地線の長さ Ｌcp＝１０ｍ＞
　
地線の対地離隔　ｄ＝５ｃｍ地線の対地離隔　ｄ＝１ｍ地線の対地離隔　ｄ＝２ｍ


（２）ゲイン指向特性

　以下に示します。 地線長さ １ｍ（青）／３ｍ（赤）／５ｍ（緑）／１０ｍ（桃） を重ね書きしたものを 地線高さ３種分 横並べ配置してあります。　地線長さの差、地線高さの差による影響は僅かです。

地線の対地離隔　ｄ＝５ｃｍ地線の対地離隔　ｄ＝１ｍ地線の対地離隔　ｄ＝２ｍ


４． ４分の１波長ホイップ系と比べてみる

　エレメント長さの違い、天端位置違い、などありますが ゲイン指向特性に着目して眺めてみるとこんな感じです。

地線を含む全長の半分の位置が給電点になるのは地線長が１０ｍの時だけで 他のケースでは半分の位置より地面寄りのズレた位置から給電していることになります。

（１） 地線の高さ ｄ＝５ｃｍ

＜地線の長さ Ｌcp＝３ｍ＞

半波長端給電アンテナ（青線プロット）：　天端高さ２０．１ｍ、垂直エレメント長２０．０５ｍ
1／4波長ホイップ系（赤線プロット）　　：　天端高さ１６．６５ｍ、垂直エレメント長１６．６ｍ
垂直面指向性水平面指向性

＜地線の長さ Ｌcp＝５ｍ＞

半波長端給電アンテナ（青線プロット）：　天端高さ２０．３ｍ、垂直エレメント長２０．２５ｍ
1／4波長ホイップ系（赤線プロット）　　：　天端高さ１４．２５ｍ、垂直エレメント長１４．２ｍ
垂直面指向性水平面指向性

＜地線の長さ Ｌcp＝１０ｍ＞

半波長端給電アンテナ（青線プロット）：　天端高さ２０．３ｍ、垂直エレメント長２０．２５
1／4波長ホイップ系（赤線プロット）　　：　天端高さ９．３ｍ、垂直エレメント長９．２５ｍ
　　　
垂直面指向性水平面指向性


左上・・・半波長端給電アンテナ
左下・・・1/4波長系アンテナ
地線の高さ ｄ＝１ｍ

＜地線の長さ Ｌcp＝３ｍ＞

半波長端給電アンテナ（青線プロット）　：　天端高さ２１．１５ｍ、垂直エレメント長２０．１５ｍ
1/4波長ホイップ系（赤線プロット）　：　天端高さ１９．１ｍ、垂直エレメント長１８．１ｍ
垂直面指向性水平面指向性

＜地線の長さ Ｌcp＝５ｍ＞

半波長端給電アンテナ（青線プロット）：　天端高さ２１．４５ｍ、垂直エレメント長２０．４５ｍ
1／4波長ホイップ系（赤線プロット）　　：　天端高さ１６．８５ｍ、垂直エレメント長１５．８５ｍ
垂直面指向性水平面指向性

＜地線の長さ Ｌcp＝１０ｍ＞

半波長端給電アンテナ（青線プロット）：　天端高さ２１．１５ｍ、垂直エレメント長２０．１５
1／4波長ホイップ系（赤線プロット）　　：　天端高さ１１．９ｍ、垂直エレメント長１０．９ｍ
垂直面指向性水平面指向性


関連参考：

　サガ電子 ツエップ型ワイヤアンテナ 取説

ＥＮＤ

改定来歴： 　2017.Sept.9　４． ４分の１波長ホイップ系と比べてみる　を追加