自作バリコンの内部抵抗

MLAはQが高くないと効率が上がらない。　Qが高くなるとループには大きな電流が流れる。　「うん？　自作のバリコンって大丈夫？」等と思いながら、バタフライバリコンを調子に乗って大量試作していました。（バタフライバリコンなら、摺動部からの配線ーローターからのーが必要ないので、特殊な事をしなくても抵抗値を低く出来る）。

しかし、使用部材で内部抵抗が大きく違う事がJR1OAO中島氏から報告され、心配になり、自作のバリコンについて全部、定電流電源に繋いで測定してみました（片側のステーターの一端から対極端に電流を流し、電圧降下を測定）。

結果「あいやー！　酷いね」。何も考えずに、ユニクロ（鉄、ユニクロームメッキ）やステンレスのM5ボルトとステンレスナットを使用していましたが、ステンレスは最悪の組み合わせでした。　

それで、アルミボルト、アルミナットに置き換えてどの位の改善になるのか実験してみました（左表の赤字の部分）。　スプリングワッシャは流石にステンレスですけど、、、。

アルミボルト、アルミナット にすると目を見張るような改善が見られました。　また、締め付け強度やナットの材質の影響が大きい為か、大容量（プレートの数が多い、距離が長い）だから抵抗が大きい、という結果にはなりませんでした。

別途、個々の部材の影響をみようと実験してみましたが、ナットの材質の影響が大きく、続いてボルトの材質の順番の様でした。　ナットはボルトとの接触面積が大きいので、当然なのでしょうね。　スプリングワッシャを使用していますが、スプリングワッシャを介してのみの導通は無いので、締め付け強度以外の点では影響は無いようです。　また、ナガラのテナメイトをボルト、ステーター、スペーサーの間に塗ってみましたが、顕著な効果は認められませんでした（場合により、効果があるように見えましたが、締め付け強度の影響の方が大きいように思えます）。

何も考えずに、使っていたステンレスが電気的には鬼門だったことに些か驚いています。

 

nanoVNAでMLAのQを測定

1m角ループのMLAを作ってみましたが、JR1OAO中島氏の言われている、Ct,Cmの値と大きく違うので、中島氏の所へ持ち込み確認して頂いたところ、4隅の接続点に使用したL金具が

アルマイト加工されていたようで、ループ全体の抵抗値が大きくQが上がらない状態であったことが判明。中島氏の所で、L金具のアルマイト加工を極力剥がし、 接触面にナガラのテナメイトを塗り、ループ全体の抵抗を測ったところ大幅に改善。　１４MhzでのSWR等も問題なかったので帰還。

我が家の室内で、実験をしてみると、やっているうちにCt,Cmの値が何故か昔の状態に戻るような感じになってくる。　定電流電源の持ち合わせが無いので、ループ全体の抵抗を測るわけにもゆかないので、ループのQをループアンテナの動作確認の指標とすることにして、手持ちのnanoVNAを使って、どうやったらQを簡単に計測できるかググってみました。　S11を使ってQを測定する方法については、いくつかレポートがありましたが、ココにnanoVNAを使った方法についての議論がまとまっていました。

「if you measure Z11 using S11 then the Q is given by fc/ BW where BW is taken between |Z|/Sqrt(2) points on your frequency plot. Or alternatively taken between +/- 45 degrees on the phase plot.(tuckvk3cca)」

Q ＝ fo/BW  foは中心周波数でBWは

1.  VSWR=2.618となる周波数の差をBWとする。
   
2.  |Z|/sqrt(2)の周波数の差をBWとする。
3.  phase plotから+/- 45°の周波数の差をBWとする。
   

という事のようなので、実際にnanovna-saverで表示させて、１～３まで、使用できるか検証してみました。　（図では、VSWRで求めた周波数の点を、夫々のグラフ上で結び縦軸上の値を見やすくしてみました）

結論から言えば、左の図の左下のVSWRで確認する方法が、簡単かと思われます。　

２の方法は上右の図のように、相当する周波数の値が読み難い。

３の方法は、phaseが急激に変化するので、+/-45°をグラフ上特定することが難しい（そもそも中心周波数で0°になっていない？）

ということで、VSWR=2.618の点を利用するのが最も簡単だという結論に至りました。　但し、2.618という値が視認できるためにはScan範囲がかなり小さくないとダメなので、中心周波数とScan幅を絞ってゆく作業が必要になります。　

当然の話ですが、Markerで夫々の点をポイントし、左の表示の周波数の値から計算する必要があります。

 で、左の数字を見ていたら、Quality factorというのがあり？？　MLA48のdiscussion roomでQしてみたら、藤井さんから、　Impedance 50.4+j760mΩから Q = 0.76/50.4 =... ということでした。　正直な話、これってQ　ってQ(uestion)が湧いてきますが、、。

2.618については　QRP RXが当該のページで下のように説明していました。

”The magic value VSWR = 2.618 can be found from this equation:

BW = (VSWR - 1) / (Q * sqrt(VSWR))

where
BW is bandwidth relative to the center frequency (BW = df / Fc, where df is the absolute bandwidth)

You can found this equation on page 20 in the book "Microstrip Antennas: The Analysis and Design of Microstrip Antennas and Arrays" by David M. Pozar, Daniel H. Schaubert (see attachment).
https://ieeexplore.ieee.org/book/5263382

Since Q = 1 / BW for -3 dB bandwidth, we got the following system of equations:

BW = (VSWR - 1) / (Q * sqrt(VSWR))
Q = 1 / BW

With substitution, we get this equation:

(VSWR - 1) / sqrt(VSWR) = 1

by solving it, we get this magic number :)

VSWR = (3 + sqrt(5)) / 2 = 2.618...

”