JA3CGZは大阪豊中市に開設するアマチュア無線局です。20年ぶりに電子申請でカムバックしました。このブログはアマチュア無線の話題を投稿していきます。

ダイポールアンテナとは?動作原理と特徴、おすすめ市販DPも紹介!

アマチュア無線の世界では、ダイポールアンテナはその単純さと効率性で広く受け入れられています。

この記事では、ダイポールアンテナの動作原理と、魅力について掘り下げてみました。ダイポールアンテナの特徴や魅力についてについて再確認して頂ければと思います。

また、市販されているダイポールのうちで、HF帯のフルサイズのダイポールアンテナを各バンドごとに紹介してみました。

この記事を読むことで、ダイポールアンテナの基礎知識とメリットを深く理解し、自宅の無線局での活用に繋げることが期待されます。

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アマチュア無線のアンテナ種類

ダイポールアンテナの動作原理

動作原理の説明に入る前に、最もシンプルな7MHzのダイポールをご紹介したいと思います。

市販されているダイポールアンテナの例

下図は、コメット社の7MHzのダイポール アンテナセットCWA-7Hです。この商品は、耐入力2.5kW(PEP)モノバンドダイポール アンテナセットで大変シンプルで、典型的なダイポール アンテナです。

ダイポールアンテナとは?動作原理と特徴、おすすめ市販DPも紹介!

ダイポールアンテナとは?

1/2λダイポールアンテナ
1/2波長ダイポールアンテナ

図のように給電点に2つの直線状の導線(エレメント)を左右対称に取り付けたアンテナを1/2波長ダイポールアンテナまたは、ダブレットアンテナといいます。図のように給電点では、電流が最大値、電圧は最小値となります。(電流給電)

ダブレットアンテナは、そのシンプルな構造から多くのアンテナの基本形とされていて、アマチュア無線などで広く使用されています。

ダイポールアンテナの給電点インピーダンス

1/2波長ダイポールアンテナの給電点のインピーダンスは、約75Ω(オーム)です。

実際にはアンテナの設計や環境によって異なる場合があります。給電点の地上高にも影響される他、2つのエレメント(導線)が直線状態(内角=180°)では、約73Ωですが、内角を120°にすると約50Ωとなります。(V型や逆V型の場合)

ダイポールアンテナの共振周波数

固有周波数の他に【1/2波長の整数倍】で共振します。

ダイポールアンテナに使用する同軸ケーブルについて

ダイポールアンテナの給電には、50Ωまたは、75Ωの同軸ケーブルが使用されます。75Ωのケーブルは、ダイポールアンテナの給電点インピーダンスに近いため、よく使用されています。

ダイポールアンテナにはバランはなぜ必要か?

ダイポールアンテナと同軸ケーブルの接続点には、バラン(Balun)を使用することが一般的です。バランは平衡型アンテナと不平衡の同軸ケーブルを接続する際に、インピーダンスのマッチングを行い、不要な電波の放射を防ぐ役割を果たします。

同軸ケーブルの長さや種類、バランの有無などがアンテナの性能に影響を与えるため、アンテナを設計する際にはこれらの要素を慎重に選択する必要があります。また、周波数や使用環境によって最適な設定が変わることもありますので、具体的な使用条件に合わせて調整することが重要です。

ダイポールアンテナはアース不要

ダイポールアンテナとともに、アンテナの基本形とされている【1/4一時垂直設置アンテナ】や、その応用発展形であるモービルホイップはアース(接地)が必須。 アンテナの性能を引き出せるかどうかは、アース次第です。

一方、ダイポールアンテナは、バランから左右に同じ長さのエレメントが伸びており、これだけでアンテナとして完成しています。そのため、マストとワイヤーエレメントを展張するためのロープがあればよく、アースの必要がありません。

アースが上手くとれないことによる失敗というケースがないので、比較的成功率が高いアンテナといえます。

半波長ダイポールアンテナの電波の打上角

ダイポールアンテナとは?動作原理と特徴、おすすめ市販DPも紹介!

電波の打上角とは、アンテナから放射される電波が最大になる方向と地平面との角度を向きます。 具体的には、アンテナから上方向に発射される電波の角度のことで、この角度によって電波のイメージ伝搬距離や到達範囲が変わります。《風船のような図は細胞子やされる電波のエネルギー分布をしています。給電部の地上高が上がる途中(打上角α)の値が小さい》

打上角が低い場合、電波は地平線方向に集中して放射され、ほんの距離で強く到達します。一方、打上角が高い場合、電波は斜め上空への放射が大きくなり、地上に届く電波は少ないになりますが、長波や短波を置いて電離層による反射で長距離通信が可能になります。

また、アンテナの種類によって上角を調整することで、通信の効率を最適化することができます。例えば、地上に近い低いアンテナを使用すると上角が弱くなり、地平線方向への放射が強くなります逆に、アンテナを考えて設置することで上角を高くし、電離層反射を利用した長距離通信を行うこともできます。

打上角はアンテナの設計や設置方法によって変わるため、目的に応じて適切なアンテナを選択し、最適な打上角を得ることが重要です。

ダイポールアンテナとは?動作原理と特徴、おすすめ市販DPも紹介!

水平半知覚DPは、床や屋上からの給電点の高さを最低限1/4以上、できれば1場所確保すると、計算上の寸法で理想的に動作すると言われております。

図の下部はアンテナ高(h)が1/2の場合で、打上角【α】は、約30度です。

しかし、現実に設置する場合、バンドによっては1/2波長の高さを用意するのは簡単なことではありません。地上高が1/2波長から低くなるにつれて、打上角は30度より大きくなり、だんだんと上空に向かう方向(上部の図参照)の様になります。

ダイポールアンテナの特徴のまとめ

  • 共振アンテナ:ダイポールアンテナは共振アンテナで、通常は1/2専用で使用されます。
  • 要素の長さ:理論上の各要素の長さは1/4ですが、実際には少し短くなります。
  • 指向性:エレメントに垂直な方向で電磁波の放射が最大となり、「8」の字のような指向性パターンを持ちます。
  • 多周波化:複数のエレメントを並列に設けたり、エレメントの途中にLC並列共振回路(トラップまたは、ローディングコイル)を挿入することで、複数の周波数帯で動作させることが可能です。
  • 動作が安定:製品ではもちろんのこと、自作の場合も寸法通りに組み上げれば案外すんなりとVSWRが落ち、中心周波数の調整もさほど難しくありません。

これらの特徴により、ダイポールアンテナは非常に汎用性が高く、様々な応用が可能です。例えば、エレメントの途中にローディングコイルを挿入することで物理的さを長め短縮したり、エレメントを折り返すことで小型また、八木・宇田アンテナの放射器として用いられることもあります。

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市販のダイポールアンテナ(フルサイズ・モノバンド)

市販の製品は、マルチバンドのDPか多く発売されていますので、かえってモノバンド・フルサイズのダイポールアンテナの商品は少ないです。

構造が簡単なので、ワイヤーや必要なパーツさえ準備すれば、自作も難しくないと思います。

自作ダイポールアンテナ制作のためのパーツの色々

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1.9MHz帯

W719 7/1.9MHz2バンド対応。約30m。耐入力1.2KWPEP。FT8などデジタルモードは250W対応。トップバンドが7MHzプラスサイズで登場!人気のバンド7MHzは短縮なしの1/2λダイポール。帯については短縮の上、高効率化。7MHzのスペースに余裕があれば1.9MHzが使用可能(W719) 

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価格 26,180円

約30m

特徴1 7MHz/1.9MHz 2バンド対応

特徴2 入力耐性1.2kW(PEP)、FT8などのデジタルモードは250W対応

周波数:1.8 ~ 1.92MHz・7 ~ 7.2MHz
VSWR:1.5 以下(共振周波数において)規定
:50Ω
空中線形式:ダイポール型
接栓:M 型
耐入力:1.2kW(PEP)重量
:約30m
:約2kg

3.5MHz モノバンド ダイポール

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7MHz半波長ダイポールアンテナ

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21MHz半波長ダイポールアンテナ

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まとめ

アマチュア無線愛好家にとって、ダイポールアンテナはそのシンプルさと高い汎用性で魅力的な選択肢です。

この記事では、その基本原理や特徴をわかりやすく解説しました。また、市販のモノバンド・フルサイズダイポールアンテナを紹介しました。

次回は、様々な条件に合ったコンパクトダイポールアンテナを紹介したいと思います。

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