ATUのアースをどうしたらいいのかわからない-その2。

前回の記事がごちゃごちゃしすぎて分かりにくいのであらためて整理する。

動作的には次の4点。

1.ATUのロングワイヤをはじめ接地型アンテナにはRFアースが必要。

2.RFアースは大地に短い距離で接続(接地)する。短い距離を1/10λと仮定すると1.8MHz帯では16m、3.5MHz帯でも8m。2階の高さなら5m程度までのケーブルで大地に接続してもRFアースとしての効果が見込める。10MHz帯以上は1/10λが3m以下となり、5mのケーブルでは長すぎる。

3.RFアースを大地に直接接続できない場合は大地に静電結合するカウンターポイズを構成する。2階高さ(2~3m)でカウンターポイズを構成する場合1/2λ四方くらいの大きさが必要。

4.RFアースを大地に直接接続もカウンターポイズも構成できない場合は1/4λのラジアルを用いる。(アパマンハムなら通常はこの方式で使うことになる)

※ここではカウンターポイズとラジアルを別物として扱う。


保安・防護上は次の2点。

5.1/4λのラジアルとして機能する場合は先端に高周波電圧がかかるので感電注意。

6.同軸ケーブルのシールドや保安アースにはRFが流れないようにする。


注意すべき点
◎カウンターポイズとして動作させる場合は対地間に十分な静電容量が必要。このとき線の長さは任意。CQ出版「アンテナハンドブック」参照。

◎対地間に十分な静電容量が得られない場合はラジアル線として動作させる。このとき線の長さは1/4λ+1/2λの整数倍。


1/4λのラジアルを使うバンド分接続すれば基本的には事足るが、ここでは後日書く予定の理由で「人工RFグラウンド」の検討を行う。代表的なものだと次の製品。

・MFJ MFJ-931 「ARTIFICIAL GROUND」
・コメットアンテナ CAG-300X「人工RFグラウンド」
・(過去製品) クラニシ VC-519 「ファジーカウンターポイズ」

アンテナチューナーよりマイナーで数が少ない。自作例もあまり見かけない。ネットで探してもクラニシVC-519やCAG-300Xの内部や回路を解析したものをまったく見かけない。オークションやフリマの掲載用写真ばっかり。日本のアマチュア無線家はこの手の製品によっぽど興味が無いんだろう。海外のアマチュア無線家にはMFJ-931を分解して回路図を起こしてる人がたくさんいるというのに。

しかたがないから、かつて使っていたクラニシ VC-519の内部写真を発掘してきた。今は手放して持ってない。

どの製品も同じような構成で、同じような使い方。

・内部の構成はLC直列共振回路+相対目盛りのRF電流計。
・入力端子はFGと共通でLの一端に繋がる。
・Lはタップ切り替え式コイル、Cはエアバリコンで可変できる。
・ATUや無線機近くに接続して2~3mのラジアル線をつなぐ。
・送信時にはRF電流計の指示値が最大になるように調整する。
・MFJ-931とVC-519/CAG-300Xの回路上の違いはRF電流検出部がLのFGに近いところにあるか、ラジアル出力に近いC付近にあるかくらい。

要するにラジアル線の電気的長さを可変できるようにするもので、機器の根本付近に接続するのはLC部分に電圧腹が来て耐圧オーバーにならないようにするため。チューニング中など電圧腹が仮想アース付近に発生した場合、C付近に放電を見ることがある。感電・火傷しないようにCは樹脂ロッドで操作部分から十分絶縁されている。自作する場合は注意。

調べているとコメットの仮想グラウンドは取説に「アンテナのカウンターポイズとして使える」と書いてあるのに、メーカーに聞くと「アンテナのアースとしては使えない。無線機の保護用。」と説明されるらしい。MFJのはアンテナのアースとして使うことを想定していてコメットのは無線機の保護にしか使えない、みたいな書き方をしているブロガーも居るが、RF電流検出部の位置以外は全く同じ構成だし、とどのつまりLC直列回路なわけで耐圧内で使う限りどうとでも使えるはず。MFJは耐圧300Wと書いているが、コメットには耐圧の記述が無い。作りを見る限りコメット性がMFJ製と比べて特に耐圧が劣るという感じもしない。

まあ型番が300Xってなってるし、同社のアンテナチューナーCAT-300が許容電力300W以下って書いてあるんだからCAG-300Xも300Wで設計してるんじゃないかな(適当)。

これらの装置のコイルがフェライトコアでできてるなら熱に変換して吸収ってのも分かるけど、どの製品も空芯コイルとエアバリコンだけで純抵抗は備わって無いから装置内での熱損失って少ないわけで、RF電流計が指示している流入してくるミスマッチ分のエネルギーがキルヒホッフの第一法則的に何処ヘ行くかを考えれば、単純に人工RFグラウンド装置につないだ長さのラジアルに定在波として載っているはずで、電波として「損失無く」放出されてるはず。

当然本来のアンテナエレメントから出ていく電波とどう相互作用するかは分からないし、電波としてはまともに出ていかないし、接地アンテナ系の電気影像としては利用されないから、きちんとしたRF接地したアンテナよりはアンテナ全体としての効率が下がる。

ATUのアースをどうしたらいいのかわからない。

ATUでロングワイヤーアンテナを使う送信機系統を描いたがATUにつなぐRFアースがよくわからない。

アマチュア無線家超OM諸氏のブログやウェブサイトを拝見するとこの点についてさまざまな考察がなされている。把握した内容を羅列すると…

・ATUのアースは大地に接地するか、接地せず適当な長さのケーブルを接続してその辺に転がす。
・ATUのアースにつなぐ接地しないケーブルは1/4λまたは1/4λより少し短いものが適当。
・ATUのアースにつなぐ接地しないケーブルは運用するバンドの1/4λに相当するケーブルを複数本つなぐとよい。
・ATUのアースにつなぐ接地しないケーブルの本数は多ければ多いほど良い、100本とか200本じゃないとダメ、逆に5本程度を超えるとさほど効果は変わらないという見解も。
・ATUのアースには面積のある金属板や金網をつなぐとよい、あるいはケーブルとそれほど効果は変わらない。
・ATUのアースにつなぐ接地しないケーブルはカウンターポイズである、あるいはカウンターポイズではなくラジアルである。この目的のケーブルは「ラジアルケーブル」と呼称して市販されている。
・ATUのアースはつながなくても良くチューニングが完了する。完了することもある。
・ATUのアースは手すりにでもつなげばよい、電気的に長くなりより(VSWR・電波の飛び的に)効果がある。あるいは感電のおそれがあるので集合住宅の手すりなどにつなぐと危険。

正直わけがわからない。

正解は無いとしている無線技士の意見も散見されるが個人的には防護指針的に人体および建物および無線機および家電その他機器に危険や障害が及ぶ行為はNGと考える。

個人的な現時点の見解として

1.ATUにつなぐ接地しないRFアース線を地面に這わせない場合「ラジアル」として動作する。→電気的長さを1/4λ付近にする必要あり(必須)。RFアース線には定在波が発生し、終端部は電圧腹となり感電の危険があるため絶縁する(必須)。
2.ATUにつなぐ接地しないRFアース線を大地に這わせる場合大地と静電結合した「カウンターポイズ」として機能する。→電気的長さを1/4λ付近にする必要なし。面積が広い金属板や多数のケーブルを用いると静電容量が増加して効果的。ケーブルの本数を多少増やしたり長さを多少変えて効果が変わる場合は単に容量不足。※ちなみに2Fベランダ(高さ3m)に2㎡程度の金属板を置いた場合の対地間の静電容量は9pF程度と推定される。HF帯域でこの程度の静電容量では対地と結合しているとは言えない。
3.ATUにつなぐ接地するアース線は保安アース(静電気的感電防止)として機能する。RF的にもアースとして機能するが、大地までの距離が長い場合はエレメントとして機能する可能性があり、周波数に依存するため不安定な動作をとる。このため取説などでATU付近でチョークコイルを挟むことになっている。→保安アースはRFアースとして機能させてはいけない(必須)。
4.1~3の内容よりベランダの手すりなどに無闇にATUのアースを接続してはいけない。
高周波電圧がかかるので予測できない場所に電圧腹が表れて感電・火災のおそれ。
5.コンセントのアース端子などにATUのアースを接続すると大地までの経路のアース線がエレメントとして機能する。アース線の耐圧・絶縁は電灯線の基準であって高周波の絶縁は不明なので感電・火災のおそれ。同一経路で接地された他の機器に回り込み障害を発生させるおそれ。チョークでRFをカットしたうえで保安アースの接地経路として利用するのは有り。
6.ATUのRFアースを接続しない場合は同軸ケーブルのアース側がRFアースとして機能する。手元のATUの内部を見る限り、同軸の網線とRFアースの端子は基板上同一のベタアースのパターンで接続されている。→RFアース無しで動作させるのは同軸ケーブル網線や無線機筐体にRFが乗って危険。ATU付近にクランプコアを取り付けてRF的に絶縁するのは予防策として有り。この場合マッチングが取れないからといってクランプコアを外して調整するのは同軸ケーブルをラジアルとして動作させていることになる。

よくわからないことも多いが、ATUにつなぐアース線は利用する周波数の電気的長さ1/4λ程度のコードをバンド本数分接続するのが良さそう。アンテナ側エレメントの状態にもよるので必ずしもアース線側にRFの高電圧がかかるとは限らないが、基本的にはラジアル動作になるので先端部は電圧腹になるため絶縁はきっちり行い、人が容易に触れる場所や可燃物付近には通さない。

移動運用とかで地面付近に設営できる場合は短いケーブルで大地にRFアースをとるか、金属板や大量のケーブルを地面に直接配置して静電容量を稼ぎカウンターポイズ動作をとらせて電気影像で効果的にエレメントを動作させることができると思うが、少なくとも2F以上のベランダでカウンターポイズ動作をとらせるのは難しいはず。ベランダ設営している人のブログでは本数でどうこうという記述が多いのはカウンターポイズではなくラジアルとして動作しているからだと推測。

ラジアルを複数本接続すると効果的になるのは電気的長さが1/4λになるケーブルが他と比較してインピーダンスが低くなるわけで、電気の性質上インピーダンスが低いところに電気は流れていくから単に複数本の異なる長さのケーブルを束ねて接続しておくというのは理にかなっているが、ラジアルとして動作させているので闇雲に本数が多くても意味は無いし、どのケーブルに電圧腹が現れているか推定しにくくなるので管理上危険な気もする。金網を接続すると良いというのは長さの異なるケーブルを接続しているのと同じなのでこれも良い案ではあるが、単バンドなら兎に角、マルチバンドだと動作が良く分からないし、途方もなく面積を広くとれればカウンターポイズ動作になってくるかもしれない。

それぞれの環境で最適なRFアースの取り方が異なるので思考実験と実際では異なってくるのだろう。基本的にはVSWRがある程度下がってRFに感電したり放電が発生して火災につながらないように注意する。

EDX-3を調達した。

DX-SR9の変更申請がなかなか終わらない。審査中に設備を整えておく。

免許が下りたらアンテナを建てて電波を出せる状態にしないといけない。今回初めてロングワイヤー用のATUを使ってみることにした。前にクラニシの手動チューナーを使ったら、操作感は面白いものの屋外設置ができなくてハイインピーダンスなロングワイヤーのチューナーとしては野外運用でしか使えないとか、そもそも操作が面倒とかいろいろ制約があってほとんど使わなかった。まあ、中波や短波の送信所にも同じようなものが存在するし、手動アンテナチューナーの操作は無線技士なら基本技能として身に着けておいて良いとは思う。

中国製の格安品もいろいろ出回っているが、DX-SR9を推したいからアルインコ純正オプションのEDX-3を買うことに。SR9の取説ではATUはEDX-2を使うことになっているが、生産終了して今買うなら後継機のEDX-3になる。まだ免許が下りてないから適当に抵抗をつないで動作させたり中を覗いてみたりした。

割と大柄。本体と同じくらい。
内部はしっかりできている。

MADE IN TAIWANって書いてあるし、調べたらRETECHという台湾の会社のOEMだった。以前はRadio Dreamさんが輸入してRAT-H200として売っていたが今は生産終了らしい。ということはEDX-3もそのうちディスコンになるのかな。RAT-H200とEDX-3の内部の違いは同軸の接続がMコネクタから端子台になっていることとリレーの色が黒から青になってる程度。あとネットに上げられてる写真と比較するとファームのバージョンが違うみたい。

RAT-H200はAH-3/4の互換品として作られているから必然的にEDX-3もAH-3/4互換。接続をなんとかしたらICOM製品でも使えるのだろう。EDX-3がディスコンになってもAH-4を替わりとして使うこともできるわけだ。



びっくりしたのがDX-SR9のTUNEスイッチ。ゼネカバ送信改造してないのにオフバンドだろうとCB帯だろうとBC帯だろうととにかくチューニング動作が始まって10W送信が始まる。BCL用には便利かもしれないが、これは精神衛生上も法令遵守上も良くない。

あと、A3で一枚ものの取扱説明書の中に『インターネットで検索してください。』みたいな記述が四か所もあって説明書とは一体、てなった。

EDX-3取扱説明書より引用:

・インターネットで「ヨット アンテナチューナー」を検索すると、設置の実例など参考になる情報が得られます。
・「無線、接地、アース」のようなキーワードでインターネット検索すると詳しい情報が得られます。
・「ATU、アース」等から検索してください。
・「ATU コモンモードフィルター」等でインターネット検索すると、



後で知った事。EDX-3で使われているコントロールケーブルの5Pコネクタ、現在は廃品種らしい。流通在庫もかなり少なくなっていて、マルツとかモノタロウなど大手ではもう扱っていない。モレックス(molex)製。→仕様書PDF

・プラグ (EDX-3のケーブルに付いているもの)
ハウジング「1625ミニチュアプラグハウジング(耳無)」 1625-5P1
コンタクト「3.68mmピッチ1625ミニチュアターミナル(オス)」 1560TL

・セレプタクル (DX-SR9本体についているもの)
ハウジング「1625ミニチュアリセプタクルハウジング(耳無)」 1625-5R1
コンタクト「3.68mmピッチ1625ミニチュアターミナル(メス)」 1561TL

アルインコ以外の無線機につけるための変換ケーブルも作りたいから在庫のある店でいくつか入手しておいた。アイコムのAH-4も4Pだが同じシリーズでこちらも廃品種になっている。無線機メーカーはどうするんだろうか。



EDX-3は同軸ケーブルもコントロールケーブルも初期状態で本体に直付けで5mほど。本体側は丸形圧着端子になっていて端子台にねじ止め。屋外の恒久設置にはしないから5mの直付けは長すぎだし恒久設置だと5mは短すぎで、結局同軸ケーブルもコントロールケーブルも2m程度のものに交換。

DX-SR9のUT/LTモード。

DX-SR9のMODEキーの下のファンクション表示が「UT/LT」になっている。USB/LSBモードの時にFunc→MODEと操作するとモード表示がUT/LTに変わって受信音の音質が少し変わる。

和文の取説にはUT/LTモードのことが書かれていない。英文の説明書の 2.12 RTTY Packet Operation (FAX/SSTV) には “You may like choose the mode UT (or LT) which gives a higher pitch select UT or LT,” と書かれている。自動翻訳すると「あなたは、より高いピッチ選択UTまたはLTを与えるモードUT(またはLT)を選択するのが好きかもしれません」。好きかもしれません、と言われても困るが、音声より高めの周波数の信号を使いたいときはUTかLTにすると良いのだろう。同項目の表には具体例も書いてあって、AFSKのRTTYではLT、SSBの300bpsパケットではUTかLT、FAXやSSTVではUTかLTを使うようだ。

それ以外の話で、DX-SR9にはコリンズのメカニカルフィルターを搭載できるオプション基板があって、ちょっと興味が出たので調べてみた。

標準搭載はムラタのセラミックフィルターで、オプションフィルタを使う場合は0Ω抵抗を外して標準のムラタフィルタを切り離す必要がある。世界のムラタを無効にするのももったいない気がするのと、標準ではAMが9kHz幅なのにネットの知見によるとメカフィルを付けると5kHzになるらしい。短波放送を聞くのには良いものの、アナログ機のSR9では国内の中波放送をまったり聞きたいから、帯域が狭まるのはどうなのか考えてしまう。どの程度変わるのか現物を確認できないから、メーカ指定のフィルタ(AOR扱い)と標準のムラタセラフィルの特性を並べて比較。CW以外は帯域幅はそれほど変わらないみたい。

CW  
ムラタ CFJ455K8      1.0kHz@6dB  3.0kHz@60dB -8dB
コリンズ526-8693-010 0.5kHz@3dB  2.0kHz@60dB -5dB

SSB
ムラタ CFJ455K5       2.4kHz@6dB  4.5kHz@60dB -6dB
コリンズ526-8694-010 2.5kHz@3dB  5.2kHz@60dB -5dB

AM
ムラタ CFWM455G   4.5kHz@6dB 10.0kHz@50dB -6dB
コリンズ526-8695-010 5.5kHz@3dB 11.0kHz@60dB -5dB

交換できるフィルタとAMの帯域幅9kHzがどう関係しているのか分からなかった。あと、AM-NがSSB-W、SSB-NがCW-Wのフィルタと共用になっているようで、SSB用だけを交換すると実際にはAM-Nも影響を受ける気がする。メーカーの注意書きにナローの特性が変わるようなことが書かれてて、それがどう影響するのかもっと具体的に知りたい。SSB-NとCW-Wはムラタの状態でも悪くないし、メカフィル高いから全部変えるかSSBだけ変えるか迷う。

いちばん簡単でいちばん詳しいDX-SR9Mのデジタルモード付きな令和最新の局免申請のし方。

アルインコのHFオールモード名機DX-SR9M/J

高めのハンディ機くらいの値段なのに、ドットマトリクス液晶やDSPを内蔵せず、最新のアナログ技術を結集して作られた、最後にして最高の大手メーカー製アナログ機といえよう。起動時のアルインコ音が無いのもアルインコっぽさが無くて良い。各モード用の標準・ナロー ムラタフィルター、R8ゆずりのLF~のゼネカバ受信、コリンズフィルターを任意に搭載可能、TCXOで1ppm、そしてSQL・RIT・IF-shiftを自由に論理位置変更できる謎機能搭載。ごちゃんねらーですら文句のつけようがほぼ無い仕上がり。まさに名機。

名機なのに技適無しで申請が面倒。名機なのにネットを探しても開局申請したという報告がほぼ無い。6エリアのOM局長様がTSSでデジタルモードを保障認定したことを報告されているが取説通り・メーカーの系統図で、ということになっている。アマチュアのデジタルモードは去年簡素化されたので取説とメーカーの開示している情報通りだと簡略化前の内容になっている。

12年以上前に当局のデジタルモード申請をしたときはTSSやら総通から問い合わせが来て回答書を作ったりして非常に面倒だった。さすがにデジタルモードが浸透した今はそんな面倒な事にはならないだろうけど、今回もなるべく楽したいし、附属装置を少しいじったくらいで再度申請とか必要無いように申請したい。

ということでDX-SR9Mを使ってデジタルモード有りで、できる限り簡単な内容で保証認定と免許申請をしてみる。今回は初めてJARDの保証認定を使ったがTSSでも同様だと思う。ちなみにアルインコが商品ページでTSSではなくJARDを推しているのはAlincoがJAIA加盟メーカーだからと推測した。JAIAの関連団体リンクにあるアマチュア無線関連団体の順列ではJARDが先頭にあってTSSが一番最後にあるからJAIAの2社に対する扱いが読み取れる。アルインコの商品ページでJARD推しになってるのは、TSSよりもJARDを使ってくれというアルインコの隠れたメッセージだろう。(並びは50音順だろうと言われればそうかもしれないが、JARDとJAIAは関係性が深い。)

局免申請の「事項書及び工事設計書」
13 電波の型式並びに希望する周波数及び空中線電力

3アマさんは10M、14M無しで。

15 備考 簡素化デジタルモード手続きのキーワード「デジタルモードのため附属装置(PC)を接続」を書いておく。
16 工事設計書 工事設計書の中は後述。
添付書類 JARD/TSSから送られてきた保証認定の書類を追加。

16 工事設計書の工事設計書編集から工事設計情報入力を行う。基本的には取説から拾って次の項目を埋めるが、取説からは変調方式の入れ方が分からない。画像参照。
・発射可能な電波の型式及び周波数の範囲:事項書の一括表記を超えない範囲で。
・変調方式
・終段管
・定格出力
・添付書類:後述

電波の形式を入れるのが面倒。
3アマさんは10M、14M無しで。

添付書類には送信機系統図を追加する。画像ではPDFを添付しているがJPEG二枚でも良いはず。
1ページ目は取説をスキャンしてDX-SR9M(50W機)の内容だけにしたもの。取説はDX-SR9J(100W機)と共用になっている。
2ページ目は附属装置の接続を書いたもの。これが今回のポイント。メーカーの説明のようにモードごとの細かい諸元は書かない。

スキャンした画像を少し編集する。
コリンズフィルター装着の場合はフィルターのところも編集。

取説やメーカーの説明ページにある送信器系統図は簡素化されたデジタルモードの手続きから照らし合わせると冗長すぎるし、将来新モードを追加する場合は申請内容との不整合で疑問が生じる。

送信器系統図の2がやたら簡単になったが保証認定は通る。あとは変更申請が通るかどうか。



DX-SR9Mは最初から50Wに設定された送信機だから3アマでも問題なく保証認定されるが、DX-SR9Jを50Wに設定した送信機を3アマが申請する場合はメーカーかJAIA加盟店(販売店)が作成した「空中線電力50W固定措置に関する証明書」を添付する必要があるかもしれない。1アマ・2アマの場合は改造箇所の写真とパワー計で各バンドの出力を測定している写真を添付すればOK。移動する局の申請で面倒に巻き込まれたくなければ1アマでも最初からDX-SR9Mを買う。

名機なのに高めのハンディ機くらいの値段しかしないから誰もが買いやすいのに10W機の設定が無く、残念ながら4アマはこの名機を使うことはできない。仮に送信ができる状態のDX-SR9M/Jをアンテナを繋ぐと不法無線局の開設に対する罰則として「1年以下の懲役または100万円以下の罰金」が科せらるほどの犯罪行為。3アマか2アマにステップアップしてこの名機を堪能しよう。