2023/02/11 1200MHz Antenna stack Q.match design and test by qucsstudio

2023/02/11 1200MHz アンテナスタック整合器をqucsstudioで設計とテスト

Unfortunately this text is in Japanese only.
1200MHzのアンテナは、常置場所にて室内窓際設置のラグチュー用に2ele Lazy-H、移動運用に14ele YAGI(K1FO base)を自作。どちらもテスト専用のつもりだったので、百均で２本110円(税込)の木材ブーム１本で作成し、性能が良ければ正規版を作成する予定だったのだが。予想に反して軽量で使い勝手と飛びも良く、２年位経っても問題なく使えているし、最近は無線機製作に時間をかけているため新バージョンができない。
もう少しGainのあるアンテナを製作しようかと思い、スタック整合器の設計・製作・テストをやってみた。セオリー通りQマッチで行うことにする。製作例は

1. テッパンの [同軸管を使用した] もの
2.  [75Ωの同軸ケーブルを使用した] ものなどあるが
3.  [50Ωと75Ωの同軸ケーブルを使用した] ものが気になった 
   

1、２、3共にQマッチには違いないが、75Ωケーブルの流用では正確にSWRが1.0にはならず、計算上は約71Ωが良さそう。１の同軸管タイプなら外部と内部の導体径を適切に選べば最適なインピーダンスを得られるし、誘電体が空気なので誘電損失も最小。
が、折角なのでqucsstudioの学習も兼ねて、マイクロストリップラインで設計してみた。

先ずは理論図から。ANTが純抵抗成分50Ωのパラレルとすると25±j0 Ω。３のタイプと異なり単一の約35Ω・58mmラインで等コンダクタンス円上を廻し一気に中心へ持ってくる。

理論図から実際の回路に置き換えてみた。中華FR4基板の厚さをノギスで実測し1.2mm、er=4.5としてW(幅)4.5mm・L(長さ)30mmの伝送路を引く作戦。シミュレーションでは基板の厚みや伝送路長が誘電率よりも影響が大きかった。

で、完成物！。片面基板に銅テープを貼り付けて実験。ANTの代わりにダミーロードを接続。いつもながら雑なつくり💦

 

NANO VNA(V2)で計測。1294MHZでVSWR 1.4。まぁ、使えないことはないが微妙な結果。S21が気になるところだが、SMAでなくBNCコネクタで作製したためVNAのCH0と1同時に接続する事ができなかったため測定結果なし。

反射(S11)が最小なのは1344MHzで設計値よりも高くなってた。シミュレーションでは伝送路29mmでこの状態になる。作り直そうかとも思ったが、PCBに手を近づけると特性が変わる。寄生容量だろうから実用には金属ケースに入れないとだめだろう。まぁ、学習のためなのでコレは打ち止めとした。