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...

” 

30-40m Inverted U 再調整（続き）

小雨が降っていましたが、どうも気になるので'7Mhzのエレメントを継ぎ足してみました。　（タワーを下げれば屋根に上らなくても作業が出来るので、雨は問題なし）
昨日の30mの中央部の長さ変更に伴う40mの共振周波数の変化量から、エレメントのトリム量をExcelで推定して作業をすることにしました。

 左の様に10cmと計算されましたので継しろ1cmと調整しろ1cmを足して12cmのエレメントを用意して両端に追加（11cm)してみました。

 結果は下の様に、結構期待通りになっています。7050Khzよりも下に共振周波数がありますが、ま、余分にくっ付けているのでこんなものかと思います。　あまり電話は興味ないので、当分はこのまま行くことにします。　　昨日のグラフとは違い、赤い線と緑色の線が示されていますが、緑色の方は50Ωのダミーに入れた時の値で参照用として入れてみました（同一バンドでの計測なら5つまで計測表示できます）。　ダミーに対してのSWR値は1.09と出ていましたので、あまり精度は高くないのかもしれませんが相対的にバンドのどこが共振点かが分かれば良いので、まー、良しとします。

自分は結構アバウトな事をするので、この1cm（いやmm）単位でこれだけ実際に動くのにはちょっとびっくり。　今まで結構いい加減にやって、後はATUにお任せみたいなことしていましたので、、、。

目下、Flex->ATU->W2->Antと繋いで、FlexとATUとW2の3つがSWRを表示しているのですが、全部違う値を表示していて、実の処SWRそのものはどれがホントなのか良く分かりませんが、ま、送信機に負担なく適当に飛んでればいいので深くは詮索はしないことに、、、。
雨が上がって、「うー、もう少し」っと15mm両端を詰めてみました（青線）。　少し上に持ってくることが出来ました。　緑の線は14mの高さで推定できないか測ってみたものですが、エレメントの傾斜角度も大きく違うので、これは無理なようです。　下げて、切って、上げて、測って、の繰り返し作業。

午後には雨も上がって、更に25mm！で何とか7055Khz位に持って来れたようです。　

翌日の雨の中同様に測定してみましたら25Khz程下がって元の状態のようになっていましたが、その後晴天で測定したら左と同様だったので、雨でトラップに影響があるようです。

雨中の測定値

30m Inverted V ＶＳＷＲ

ＡＡ－５４のSerial <-> <->USBが上手く動かなかったりするので、AA-54の出してくるデータのアップロードは諦めていましたが、今朝手元のラップトップに繋いでみたらうまく動いてくれたので、シャックからみたVSWRのデータを取ってみました。

29Mhzと49Mhz近辺に何かの共振点があるようですが、取りあえずは関係ないので目を瞑って、10Mhz近辺を集中してみると；

スミスチャート（表示が出来るんですね！）
恥ずかしながら、スミスチャート良く分からないので、、、
以下通常のVSWRの表示では10.13Mhzより少し高いところに中心があるようなのでもう少し追い込めるかもしれませんが、バンドの中にあるので良しとすることにします。　

給電点のインピーダンスは25Ωよりも少し高いのかな？


シャックからの測定で途中の同軸ケーブルも込み込みの数字ですから、これをベースにいじくりまわすのは止めにして（ここで議論するほどの知識がない、忘れている？ということですが）、飛びはどうなのか？　
　１）自作バランに接続する同軸に余っていたフェライトコアを5つほど噛ました所為か、バランの所為か、それとも天候で近所のソーラーパネルがお休みなのか、ノイズレベルが5-10dB改善されている。
　
２）送信はFlex6500のフルパワー100WでJT６５で送信しても、Flexの内部ファンが動作する頻度は極めて少なくなった。　当たり前の話ですが、、、。

　３）コンディションが同じではないので、何とも言えないが、ちょっとは拾って貰えるようになった気がする。

　４）今朝の5V7P(かな？）の凄まじいパイルは本人がちょっと弱かったので敬遠。　まー、参加しても時間の無駄なので、普通のサラリーマンが参加できない時間帯に期待することにします。


もう少し高周波回路の勉強をし直さないとダメですねー。　うろ覚えのそれも40年前の知識では、些か情けないので、、、。

リアクタンスの変化から共振点は10.33Mhz位にあるみたいですが、VSWRがそうなっていないのは、エレメント切っているうちにOff-Centerになっちゃった？　

ちょっと、Centerになっているか確認して、長さも調整しなおさなければ、、、。