アルミニウムを切断する前に、NEC2を使用して5要素の2m八木をシミュレートする

カットする前にシミュレートする理由

八木用のアルミチューブの切断は安価です。それを間違えると、ゲインが教科書の主張より1.5dB低く、再構築はそうではないことがわかったのです。さらに重要なのは、144 MHzの微弱信号（EME（地球-月-地球ムーンバウンス）または対流散乱）では、ゲインに1 dBの誤差があっても丸めの問題ではないということです。EME パス損失が約 252 dB の場合、1 dB ごとに意味があります。

NEC2 (数値電磁気コード) は、40 年にわたり基準となるワイヤ・アンテナ・シミュレータとして使用されてきました。ワイヤー構造上の電流分布のモーメント法 (MoM) 積分方程式を解くことで、遠方界パターン、ゲイン、前後比、給電点インピーダンスを数秒で求めることができます。[アンテナシミュレーションツール] (/tools/antenna-sim) を使うと、NEC2 をブラウザにインストールできます。Linux をインストールする必要はありません。

デザイン:145 MHz の 5 エレメントの八木

なぜ5素子なのか？2mに搭載された3エレメントの八木は、フロントとバックの比率が20～22dBで、約7.5～8dBのゲインが得られます。これはローカルSSBには十分ですが、1つのブームから得られるすべてのdBを求めるEMEには適していません。バックローブからの接地ノイズがシステムのノイズ温度を直接上昇させるため、F/Bが重要になります。

十分に最適化された5素子設計では、F/Bが26～28dBのゲインが約10dBに達します。これは、3-elと比較して2dB以上も大幅に向上していることを示しています。これは、受信時の送信電力が2倍以上に増加することに相当します。

シミュレーション入力

リアル・グラウンド・ランの場合:

フリースペースの結果

アンテナに空き領域があると、NEC2 は次の値を返します。

47+ j3 Ω のフィードポイントインピーダンスは、50 Ω の同軸直接給電には基本的に理想的です。マッチングネットワークは不要です。折り畳まれたダイポールは、寄生負荷を受けた駆動素子の低い放射抵抗を自然に同軸インピーダンスの範囲まで引き上げます。

自由空間ゲインは、ブーム長の関数としての八木ゲインの近似式に従います。

「MATHBLOCK_0」

「MATHINLINE_1」と「MATHINLINE_2」を 145 MHz に設定すると、「MATHINLINE_3」（大まかな推定値）が得られます。NEC2 の結果である 10.1 dBd は、素子の間隔と長さがより正確に最適化されたことを反映しています。

実地対自由空間:驚き

アンテナの高さが 6 m (2.9λ) の場合のシミュレーションを実際の地面 (σ = 0.005、δr = 13) に切り替えると、画像が変わります。

地面の反射により、低い仰角で約 3 dB のゲインが得られます。これはまさに、対流散乱経路や EME 経路に必要な値です (中緯度からアクセスできる場合、月の標高は 5 ～ 30 度です)。このグランドゲインは無料で、アンテナを適切な高さに設置するだけで得られます。実際のグランドでの F/B の低下は、バックローブのグラウンド反射によってゼロが部分的に埋められるためです (それでも許容範囲を超えています)。

EME事業者にとっては、12°の標高での実効システムゲインは13.4dBdであり、自由空間の10.1dBdではないということです。この 3.3 dB の差は、リンク・マージンの計算方法を大きく変えます。[RF リンクバジェット計算ツール] (/calculators/rf/rf-link-budget) を実際のグラウンドピークゲインに基づく EIRP とともに使用して、EME パスバジェット全体を計算してください。

この高さでの3-Elと5-Elの比較

同じ NEC2 セットアップ (1.0 m ブーム、同じエレメント直径) で 3 エレメントバージョンを実行すると、次の結果が得られます。

5エレメントの方が実際のパス・ゲインが2.5 dB、F/B が 6 dB というメリットがありますが、EME を試みる単一八木ステーションでは、5 EL が最低限の選択肢です。ほとんどの本格的なEME事業者は、5 EL を 4 つ以上積み重ねます。

実用的なビルドノート:シミュレーションサーフェス

エレメントからブームまでの絶縁材料 NEC2 はエレメントを連続ワイヤとしてモデリングします。アルミニウム素子を導電性アルミニウムブームに直接取り付けると、素子の中点をブームに向かって短絡させ、アレイをデチューンすることになります。各エレメントをブームから絶縁するか、非導電性のファイバーグラスチューブを使用してください。シミュレーションでは後者を想定しています。 駆動素子クリアランス 折り畳まれたダイポールには、フィードギャップの周囲に約15 mmのクリアランスが必要です。NEC2 モデルでは細線近似を使用しているため、実際の要素直径の影響はセグメント直径比によって処理されます。モデルでは、セグメントの長さと直径の比率を 4:1 以上にしてください (これに違反するとツールが警告します)。 フィードポイントの耐候性 シミュレーションでは、フィードで 47 Ω が得られます。実際には、給電点に5～10 mmの水分が浸入すると、2～5 Ωの抵抗損失が発生する可能性があります。これはシミュレーションでは見えませんが、冬季のF/Bの劣化では非常に顕著です。適切に密閉してください。

最初にシミュレートし、次にカットします。[Antenna Sim ツール] (/tools/antenna-sim) を使用すると、NEC2 の全結果 (ゲイン、パターン、インピーダンス、標高プロット) が 1 分未満で得られます。これはミスカットブームよりもはるかに安価です。

[NEC2 で八木をシミュレート] (/tools/antenna-sim)