屋外用アンテナカップラー
2021年5月15日掲載
ローバンドを、ベランダ給電のロングワイヤーでいくか、タワートップに整合器を置いたスローパーでいくか、 はたまた、730VにBBEさんのバンド拡張用のユニットをつけるかと悩んでいます。そのような中、手始めに、屋外設置して使う （屋外設置しても使えそうな）アンテナカップラーを作ってみました。
まず、ベランダ給電のロングワイヤーを実験しました。アンテナは2階の屋根からタワーに向けて斜めに張った 約14m長の針金。アースは家の鉄骨につなぎました。
使っているカップラーは、もう40年も前に作ったこれです。
2019年10月に行った延命措置の効果もあって、パワーは十分です(200Wで問題ありません)。いまだにこんなものが実用になるのがすごい！ と言いたいわけですが、 ただ、雨が降ったらまずい。そこでとりあえず、段ボール箱で雨囲いしたのが下写真の様子（箱はすでに雨で濡れてしまっている）です。これには、実はもうひとつ課題があります。 バンドチェンジごとに(夜が多い)ベランダに出て、アナライザにつなぎかえてバリコンを回して調整しないといけない。 わずらわしいですね。。。
そこで、屋外に設置したアンテナカップラーを、室内から遠隔操作ができないかと考えました。ホームページを検索してみると、バリコンやロータリースイッチを遠隔操作しようという人の多いこと！ さすがにATU全盛のこの時代ですから、少し前のものがほとんどですが、それでも数は十分です：
http://www.maroon.dti.ne.jp/~ja2eib/index1/Remotecontrol/RemoteCoupler.htm
http://www.maroon.dti.ne.jp/~ja2eib/4chsavo/3CHsavo.html
https://blog.goo.ne.jp/mutotusiroku/e/0c3dbf7e834dcecb403efa6b3430f29c
https://blog.goo.ne.jp/mutotusiroku/e/d414c7f740872fba5cbfd036dab2ada9
http://jr4pdp.blog.enjoy.jp/myblog/2014/09/atu-dde1.html
http://kagura.pop.tc/radio/sda3.html
http://www.ikegami-net.com/TAKAO/HAM/mla_manu_control/index.html
https://ameblo.jp/js1rbk/entry-12472815732.html
http://ham-radio-kagawa.blog.jp/archives/1248240.html特許や論文もありました。
https://patents.google.com/patent/JP2000295025A/ja
https://www.jstage.jst.go.jp/article/jmetsjournal/1/0/1_7/_pdf
こんなアイデアも。。。
http://shayukaihro.hippy.jp/ham/monozukuri/002/MTU.html
ともかく、同じようなデマンドをお持ちの人が多く居られる（た）ということに、意を強くしました。
それで、手始めに ということで、トルク20kg/cmのサーボモーターをアマゾンで購入して実験してみました。
いずれも、写真をクリックいただくと動画が再生できます。
動画のように、バリコンはもちろん、相当固くて重いと思うMN-2000のバンドスイッチも、難なくまわしてくれました。 しかし、ロータリースイッチの切り替えには、課題ありか。。。 上にリファーしたこの記事に詳しい説明があります。東さんにも相談してみましたが、機械ものは私には無理っぽい。。。 ともかく、タワーの上で故障しても困るので、ロータリースイッチを回すことはあきらめ、 素直にバリエルを登場させることにしました。 上の方の関連記事によると、 DCモーターでサーボを組んで回せばよさそうです。
ということで、ベニヤ板の上にバラックで準備したのがこれです。さっそくロングワイヤーをつないでみましたら、コイルやバリコンを回すと、すーっとSWRがさがっていき、 良い感じです。
クリックすると動画が見れます。面白いです。
-----さて、少し説明しましょうか。
まず部品。面白そうなのは、バリコン、バリエル、金色に輝くギヤ、モーター、それに2枚の基板でしょうか。
バリコンは、三角の板がついた典型的なUSタイプ。Cardwell 154-32-1です。air gapは0.05インチ(1.25mm)で、2kV仕様かと思います。 750pFで、長さ8.5インチ！ 格好いいです！
バリエルは、EF Johnsonの229-203というもので、28uH。直径6cmほどのステアタイトのボビンに#12の線が巻いてあって、5A仕様です。
写真を取り忘れましたので、カタログから229-201を。2重ピッチで巻いてあります。
なんでこんなものを持っているんだとお叱りを受けそうですが、あれだけAMで遊んだのですから、 こういったものはどこからともなく出てくるのですhi
あと、格好いいのが金色のギヤ。ギヤについては、AMの機械で勉強しました。このへん。
それで、今回も、協育歯車のものを使いました。バリエルの回転が38回ほどで、一方、ボリューム（多回転ポテンショメータ）は10回転なので、とりあえず、ギヤ比1:3として使いやすそうなものを選びました。 選んだのは、S75B25B+0306と S75B75B+0306です。モノタロウで、2つで2000円少し。
軸径は、US物は1/4インチ、JA物は6mm、サーボ系は5.5mmなど、ものによって色々ですから、細かい技で合わせこむ必要があります。
バリコンを回すサーボモーターはアマゾンで買ったものと書きましたが、「ゾースカイ」という中華ブランドで、 「DS3218 20kg高トルク フルメタルデジタルステアリングサーボ 防水サーボ バハのラジコン対応 (180°)」 と紹介されているものです。20kg・cmというトルクがどのくらいのものかわからなかったのですが、このくらいあったら、上の写真の 固いロータリースイッチも回してくれるだろうかと期待して選んだものです。力は期待通りで、指を挟んだりしたら一大事 という感じがします。 また、一応防水なので今回の目的にはぴったりだろうと思いますが、コメントには、防滴ぐらいだろうとありました。 この点は要注意です。
これを駆動するのも、やはりアマゾンで買った基板です。6軸制御できるもので、これまた、「Hiwonder」という中華ブランド； 「Hiwonder 6チャンネルデジタルサーボテスター過電流保護付き」と宣伝されているものです。
この２つを組み合わせて電源をつなぐだけで、ボリュームつまみの回転角に比例してモーターがまわってぴたーっと止まるような回転制御機構が できます。回転角180度なので、バリコンにはピッタリ。まさに、high-wonder! です。簡単ですね、安いし。
バリエルを回すサーボ機構は少々手がかかります。先の方の駆動回路を参考にして、 差動アンプ2発にコンパレータをつなぎ、それらの出力をダーリントントランジスタでバッファしてモーターを回すような回路を組みました。 ダイオードは、トランジスタの0.7Vx2の不完地帯を取り除くために入れました。
図面左端、差動アンプの入力側に2kのボリュームが2つありますが、ひとつはバリLの回転検出用で屋外に設置する本体内でバリLの設定状態を検出するもの、もうひとつは目標値設定用で屋内のコントローラに置きます。 ふたつのボリュームの中点電位の差を差動アンプで増幅してコンパレータで飛ばしてモーターを駆動しているので、両ボリュームの差がなくなるまでモーターが回転し、差がなくなったらそこでピッタと止まります。
モーターは、uxcellというブランドのもので、「 ギアモーター トルク端子 磁気 13.14kg.cm 50RPM 12V DC 製品名：ギアモーター;定格電圧：DC 12V；定格トルク： 13.14Kg.cm」と宣伝されているものです。 若干日本語がおかしいですが、ギヤモーターと言うのは、モーター内部でギヤで減速されてゆっくり回る出力が出てくるタイプの モータ。定格はDC12Vで、トルクは13kg.cmちょいということでしょう。50rpmなので、一分弱でバリエルの端から端まで動くはずです。
これを、適当なジャノメ基板上に作りこみました。そして、ホームセンターで一袋40円で買った端切れのベニヤ板にざっくり組み上げたのが、 上の写真です。時に、2021年4月16日。
-----これをベースに、リモートのアンテナカップラーとしての詳細を仕上げます。
ホームページを繰ってみると、アンテナカップラー自体の記述は多いです。値をきちんと載せていただいているページは特に参考になります（私には無理ですが。。。）。
http://take103.blog.fc2.com/blog-entry-44.html
http://www.n-mmra.net/radio/hftune/hftuneseisaku.htmlこのカップラーは、主に使うのは、3.5Mと1.9Mです。また、折に触れて、7Mや10M以上でも使えると面白そうです。
そのため、このカップラーはL型で進めることにしました。市販のATUのように、L/CとC/Lを切り替えられるようにします。また、1.9Mだけは特例として、増設のLやCを入れます。
整合範囲が広いT型がFBですが、送信機側の固定C（固定L)をバンドごとに切り替えるか、バリコン（バリエル）をもうひとつ増設する必要があります。バンドスイッチをつけるのは話しが出だしに戻ってしまうし、バリコンの増設は、現状のサイズ、約30cm × 20cm を考えるととてもその気になれません。
そんなことを考えつつ、ミノムシクリップをつかって実験しながら全体の回路を決めていきました。結局、下の通りになりました：
リレーはタイトのものを2発。リレー[1]は普通の2回路のもの、[2]は大きな４回路のものです。この送信機記事の、2017年10月7日の項目に書いたものを使いました。
箱は、未来工業のWB-4AOJというものを買い込みました。
「ウォルボックス 屋根無(タテ型) ボックス外形寸法(縦×横×深さ) 410×265×167(屋根・突起部等含)(mm)、ベージュ」です。 印象としてはかなり大きいですが、ベニヤ板以外にも、リレーやコイルを取り付ける必要があるので、こんなもんでしょうか。 値段も張りますが、さすがに段ボール箱というわけにはいきません！
これに、上の中身をつめて、こんな感じになりました。写真をクリックすれば拡大表示します。かなりギリギリになりました。
入り口には、フロートバランを置きます。ローバンドがメインターゲットなので、#43を2発です。
-----さて、屋外の部は以上ですが、これからは屋内に置くコントローラです。ATUならややこしいコントローラは要りませんが、これは、屋外設置はできますが、 リモート調整ができるだけのものなので、その、コントローラが必要なわけです。
コントローラは将来色々遊べるだろうと期待するとして、とりあえずバージョンをエイっと作ることにしました。
そこら辺にあった段ボールの小箱に紙を貼って化粧しましたら、上のように、まずまずの印象に仕上がりました。 中身はボリューム2個とスイッチ3個です。ボリュームは、上：バリコンと、下：バリエル調整用です。スイッチは、真ん中にあるのがサーボ系全体の電源用と、 下の2つはリレー用。こういう配線は不本意ですが、まずやってみようということです。
屋外のユニットとどうつなぐかも課題です。
本体側の基板上にあるボリューム2つを室内に移設して、基板で処理させるわけですが、接続線は30mを想定します。そうすると、随分のお金がかかりますが、 当面は半分実験なのであまりお金をかけずにやりたいわけです。そこでアマゾンを探しましたら、運よく、テレビ用のS-4CFB 30m 1500円強、 さらに、RJ45コネクタが両端についたネットワークケーブル30m 1000円強 というのを見つけました。同軸はメインの電源線、ネットワークケーブルは8芯あるのでボリュームの結線や リレーの配線に使えそうと、早速ポチりました。いずれもタイムセールですhi基板を本体側に置くかコントローラ側に置くか、少々悩みましたが、本体側に置くことにしました。
考えたポイントは、①接続する電線の数、②修理の容易性、③RFの回り込みです。いずれも現実的な問題ですが、①は本体側に置く方が明らかに有利、②③はコントローラ側に置く方が有利です。彼方を立てればこちらが立たずになりますが、今回は実験と割り切り、メインの電源を切ってしまえばRFの回り込みは関係しないし、 ベランダに置くことを前提にすれば修理も何とかなるし、その方が耐久性の確認などもできてFBか と考え、本体側に置いたものです。
結果的に、実験段階で仕様を決められない中、室内側のコントローラを簡単にして色々と手を入れられるメリットも生みました。-----さて、使ってみました。今日は5月17日です。
第一印象； バンドチェンジ時にベランダに出なくていいようにしたい という初期の目標はばっちり達成。 実に画期的です。
しかし、ひとつ課題が解消したらまた次も と、次々と欲が出てくるパターンで、いくつかの課題も見えました。まず、ボリュームの操作。バンドチェンジごとにSWRメーターを見ながらボリュームを調整することになるので、 常に同じ条件に調整できるとは限らない課題があることがわかりました。
初めからわかっていたことではありますが、これは、Lの反応が遅いことが本質的な問題と言えましょうか。
最適点付近では、指先のカンでチョイっとボリュームをまわすわけですが、Lは後からついてくるので、 最適点に届かないとか、最適点を過ぎて止まるというようなことが多くあります。そのため、 チョイ、チョイの連続になって、結果的に、「もうこの辺でいいや」 となってしまって、毎回条件が異なって しまうのです。これは、ボリュームに大きなつまみをつけて、細かく目盛りを振れば解決できるでしょうか。あるいは、 ボリュームの位置をバンドごとにプリセットタイプにすればよかろうと思えます。これらはコントローラー側の仕組み 次第で解決できます。
バンドごとに、いくつかのボリュームを切り替えるイメージとして、リグのバンドチェンジに連動してプリセットを 切り替えることができれば、非常にスムーズに運用できると期待できます。ebayで、バンドデータを 活用する基板が出ているようなので、これを買って活用してみましょうか。と、 ここまでできれば、このシステムは、ほとんどATUだ と言えそうです。
あと、タワートップから給電するとどうなるかも(飛び具合が違うかも)知りたいです。これは次の冬までに 攻める課題としましょう。
パワーはどうかな、、、 これまでの運用で200Wは問題ないことはわかっていますが、500Wで使えるでしょうか。 200と500のトビの違いは十分知っているので、できれば500で出たいわけですが、 500Wクラスの高耐電力のATUは高価だし、何かの拍子に壊れるかもしれない不安があります。 よって、この自前のシステムでストレスなく運用できれば、このシステムは、高耐電力のATUもどき として、 それはもう、とても大きな価値があるものといえそうです。つまるところ、雨が降ろうが風が吹こうが、少々パワーを入れようが、頻繁にバンドチェンジしようが、、、、 何をしても安定に、そしてストレスなく使えるであろうものを、お金をかけずに、自前で準備して実用化することが、 このトライアルの一番の目標 なのだと言えましょうか hi
---2021年6月6日----
2021年6月6日午後、冒頭の写真のように、2階の雨戸の戸袋の上に「箱」を取り付けてみました。
しばらくベランダに置いて使っていましたが、「使えそうだ」 と判断し、壁面取り付けに踏み切ったものです。 約2m持ち上げたためアンテナがそれだけ短くなったのだと思いますが、状況が変化してしまいました。 そのため、ちょっとしたコイルを入れて補正する必要が生じました（格好悪り～）。 太い銅線はアース線で、この先で家の鉄骨構造体に接続されています。
この状態で、夏の間、しばらく使ってみようと思います。現状は以下の通り：
左：1.9M、右3.5M
スキャン範囲は、1.85～1.95M、3.4～3.6M。SWRの目盛りは0.2間隔です。 ベランダに置いていた時は問題なかったのですが、1.9MはCが少し不足しているようです。--------
8月お盆休み、台風でエレベータを下ろしたついでに、タワートップへの移設に挑戦しました。
