Homebrew 21MHz Kandoian Antenna

(自家製21MHz ふきん掛けアンテナ)

1.Abstruct(概要)

“進行波励振”動作の自称“ふきん掛けアンテナ”(Kandoian型)を自作したので紹介します。

このアンテナは，21MHzシングルバンド全域でSWR=1.1で平坦です。
地上高さ40mH(14階建物最上階バルコ二, 海抜80mH)に設置した “ふきん掛けアンテナ”の下からの写真を次に示します。

根元の黒い部分は，短縮コイル(自動車用の大電流線(8mm角)で28.5回巻，コイル長さ＝220mm，コイル内径＝20mm，コイル外径＝35mm)です。
“ふきん掛け”までの支柱は，黒色の熱収縮管で覆ってあります。
アンテナと建物とは，一番接近した位置(建物のバルコ二のひさし)で，約25cmまで接近しています。他の部分は，最低1m以上の空間がありますし，垂直頂部には障害物はありません。

2.Backgound of Study(試作の背景)

市販の21MHz L型GPアンテナ[第一電波工業の旧いL型GP(型番L-15)]などを使用していましたが，CWの運用，SSTV(Slow Scan Television)のように送信比率が高い電波様式を誤って全電力(500W)で使うと，交信中に短縮コイルを焼損していました。そこで，そのアンテナの基部を金鋸で二つに切断し，その中のコンデンサを外し，短縮コイルを8mm角の被覆より電線によって，28.5回に巻き直しました。巻き替え後のコイルの内径と長さとが大きくなったことによって，インダクタンスが低下し，アンテナの同調周波数が24MHz台に高くなってしまいました。
しかも，アンテナ先端素子の長さは，調整範囲を超過していて，21MHz帯で同調するまで長くはできませんでした。
そこで，垂直アンテナの途中に円盤(中間冠と呼ばれる)を取付け，実質長を長くすることを思い付きました。円盤の代理部品を探していましたが,大型日曜大工店で，ステンレス製の”ふきん掛け”(30cm*3本組)で支柱にビス留めできるものを発見し，アンテナ垂直部の太い部分に取付けました。
その後，アンテナアナライザ（Delica AZ１-HF）によって，同調周波数を 21.000MHz付近に合うように，先端素子の長さを調整しました。
その結果，インピーダンスが50オームとなり，21MHzアマチュア帯全域で SWR=1.1以下になってしまいました。

3.Advantages(効果)

通常のマルコ二式アンテナ（GPアンテナもその一つ）は”定在波励振” ですが，“ふきん掛け”を中間冠として取付けた後の動作は”進行波励振” になり，広い周波数帯にわたってSWRが低くなります。21MHz用ですが，28MHz でもSWRは2.0以下です。
試に，ふきん掛けの本数の影響を見ると，次の表1のように，3本以上が効果があることが分ります。

*表1. ふきん掛け本数の影響*
ふきん棒の本数	SWR(21.400MHz)
0	3.8
1	2.5
2	1.5
3	1.1

この帯域の広さによって，アンテナに雨滴が付着した場合の同調周波数の 100KHz程度のずれ，使用周波数による同調点の変更なども少なくなり，トランシーバと接続しただけで，いつでも, 使える状態となりました。
この“ふきん掛けアンテナ”の受信感度は，広帯域化によって，特に低下していないようです。これで，空中状態がよいときには，フランス，イタリアなどの欧州局とSSTV又はSSBで交信できています（交信記録参照）。出力500W で送信すると，短縮コイルの下部（ステンレス芯部）に発熱を観察できますが，絶縁破壊を心配するほどの温度上昇ではありません。
風圧及び外観を考慮すると，直径600mmの円盤を取付ける勇気はでませんが， 300mmの金属棒３本なら安心して，設置できます。

4.Structure and dimension(構造及び各部寸法)

この21MHz“ふきん掛けアンテナ"は，通常のGPアンテナの垂直底部に 220mm長さの短縮コイル(28.5T)があり，垂直中間に3本の300mm棒(冠と呼ぶ) が120度の角度ごとに取付けてあるという構造をしています。
試作例の寸法は,次のとおりです。

)垂直部全長(a) = 1,625mm [(b)+(c)]
)頂部から冠までの長さ(b) = 850mm [(a)-(c)]
)冠から底部までの長さ(c) = 775mm [(e)+(f)+(h)]
)冠（ふきん掛け）の１本の長さ(d) = 300mm
)冠からコイル上端までの長さ(e) = 490mm
)コイル巻線部の長さ(f) = 220mm［(ｇ)を含む］
)コイル巻線部のステンレス管との重複の長さ(g) = 70mm
)コイル底部から垂直底部までの長さ(h) = 65mm

これらの寸法は，頂部から冠までの長さ(b)は，21MHz最下周波数でSWRが低くなるように調整します。
冠の取付けは，下の写真のように，垂直部の太い部分を挟んで蝶ナットによって締付けます(冠部拡大写真参照）。

部品は，（株）田窪工業所，”水切棚用ふきん掛”，三本掛，型番PPR3です。
製造所の所在地は，JP799-1392, 愛媛県東与市北上962番7です。
購入価格は，JPY550でした。
なお，私の設置状態では，無線機近くから30mm幅の網導線によって鉄骨構造建物のアルミニューム製の窓枠へ接地しているので，このアンテナの水平素子 (カウンタポイズ)は，働いていません（電流が流れていないようです）。
このふきん掛けの留金は，屋外での強風に耐えるようには設計されていませんから，安全のために，太い銅線などの支えをアンテナ垂直部に１回以上巻き付けて，取付け部を補強してください（実際に，強風時に外れかけました。）。
短縮コイルと垂直素子との接合は，水道用ゴム管又はガス管を接続するときに使う厚目の自由寸法バンド（ホースバンド）で固定しています（底部写真参照）。

アンテナ素子の取付けは，６角ボルトを蝶ボルトに変更し，工具なしでも取外しできるようにしました。基部の自在バンドは，内蔵コンデンサを除くために，二つ割りにした基部の補強のためです。その上方の自在バンドは，短縮コイル下端を垂直の放射器（ラジエータ）へ接続するためです。後者は,短縮コイルを巻き直さなければ不要です。
更に,設置後1年を経過した2001年9月，台風11号及び15号の神奈川県への来襲時の安全のために撤去し，錆の具合及び補強の可能部分を点検し，根元の蝶ネジ2本をステンレスの蝶ビス（5mmx10mm)に替へ，ふきん掛けの保持に30mmｘ70mmの帯を自作して，クリップの周囲を覆いました。ふきん掛けの中心部のネジも4mmx40mm のステンレス製に,更にクリップの締付けビスも穴を拡大して，5mmｘ50mmのステンレスのビスと蝶ナットに変えました。これらの補強で,耐候性の向上及び強度の増大を図りました。

5.Principle(原理)

“定在波励振”のGPアンテナが，“進行波励振”の“ふきん掛けアンテナ” になるためには，次の要件があると推察されます。

給電点からアンテナ側を見て，50オームである。
垂直先端の開放端からの反射波を，途中で阻止（打消す）仕掛がある（“ふきん掛け”がその役をしている。）。

この“進行波励振”動作のアンテナは，次の特徴があります。
（出典：別冊CQ Ham radio，“バーチカルアンテナ”，1994年/3月，pp.79)

打上げ角が（GPに比べて）低くなる。
バンド幅が同調周波数の上に8倍から10倍の広さになる。

このアンテナの原理は，約60年前にKandoianが発明したとされています。したがって，この“ふきん掛けアンテナ”は，“カンドイアン型アンテナ” の変形の一つです。

6.Working Examples(運用実績)

この改造母体にしたアンテナ（L-15)は，サイクル22の頃，CW/SSB 50W運用で100エンテイテイ強と交信した実績がありますが，感度及び飛びともそれと同等の感じがします。ちなみに，改造後のDX交信を次の表2.に披露します。ただし，空中状態の変動，相手局側の受信力（耳）のよさなどの影響の方がアンテナの効果よりも大きいので，参考に止めてください。日本時間の深夜の交信は，サイクル 23の大オープン時のものです。
CWは，ITUコンテストのもので，実RSTは599でなく519から539程度でした。
空中状態がよく，相手局が運用していて，糞つまり(パイルアップ）状態でなければ，７大陸との交信が可能です。

*表2. DX交信記録見本(21MHz）*
Time[UTC]	Stations	RST/RSV	Mode	Notes
18 May 1999, 11:33Z	FR5AB	595/555	SSTV	Reunion Is.,France, my 500W
12 June 1999, 16:18Z	G3NSY	51/52	SSB	Shrewsbury, UK, my 400W
26 June 1999, 17:59Z	IK2QEI	58/59	SSB	Milan, Italy, my 300W
06 July 1999, 13:32Z	BV4SD	595/595	SSTV	Taichung, Taiwan，my 300W
10 July 1999, 23:07Z	W6KP	599/599	CW	CA, USA, my 400W
10 July 1999, 23:11Z	F6SKA	599/599	CW	France, my 400W
10 July 1999, 23:15Z	9V9HQ	599/599	CW	Singapore, my 400W
16 July 1999, 14:53Z	A41MC	52/55	SSB	Muscat, Oman, my 400W

6.Summary(まとめ)

この“ふきん掛けアンテナ”は，短縮垂直アンテナですから多素子ビームアンテナとは段違いの弱さ(エンテイテイ数で3分の1程度と交信可能)ですが，設置場所に制約のある市街地で，それなりに楽しめるアンテナです。
7MHz, 14MHzなど21MHzより低い周波数のL型GPをお持ちの方は，是非，それらのバンドでも長い冠（棒）を取付けて試行してみてください。