| 真空中を電磁波が伝わる速さは２．９９８×１０^8ｍ／ｓだ。（約３．０×１０^8ｍ／ｓとしても、０．１％の誤差なので問題ない。） 一方、真空以外の媒質中では電磁波が伝わる速さはもっと遅い。その比率を速度係数という。 アマチュア無線では、同軸ケーブル中を伝わる速さや、アンテナ線上を伝わる速さが問題になることが多いので、速度係数のことを「波長短縮率」と呼ぶ。 本やネットでは、短縮率は同軸ケーブルの端に２，３ターンのコイルをつけて、ディップメーターで調べよと書いてある。 恐らくそれでよいのだろうが、コイルの長さはどうでも良いのか、とか些細な事が気になる悪い性分だ。杉下さんの気持ちはよく分かる。 そこで、リターンロスブリッジにつないで測ってみた。 |
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長さ１ｍほどのＲＧ５８ＵにＢＮＣコネクタをつけて、リターンロスブリッジに取り付ける。 同軸の反対側はオープンにしておく。 |
| リファレンスのダミーロードははずしておく。 即ち、リファレンスを無限大にするのだから、同軸のインピーダンスが無限大の時に、バランスする。 |
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同軸ケーブルは、ショートすると反対側から見てλ／４の時に無限大、オープンにするとλ／２の時無限大になる。 従って、上の同軸ケーブルをスペアナで見ると、こういう具合にλ／２ごとにディップが綺麗に並ぶ。 リファレンスのはずせないリターンロスブリッジでは、ディップが綺麗に出ないので、少し工夫が必要になるだろう。 |
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| ディップの周波数の低い方から番号をつけて周波数を読み取る。少しやり方を変えて、同じグラフから２回読み取ってみた（周波数１と周波数２）。 その間隔（周波数差）を計算する（周波数差１と周波数差２）。 プロットしてみると下のグラフの通り。 |
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| １ＭＨｚ以上のブレがある。２回とも同じ傾向なので、スペアナの周波数に問題が有るようだ。私のキャリブレーションが悪いのか、スペアナの誤差が大きいのか。 ともかく、測定結果に１％程度の誤差があるのは覚悟しておこう。 |
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少しずつ切り詰めながら、ケーブルの長さと、ディップの周波数差を測る。 以後の測定は、同軸ケーブルの１つの寸法あたり２回計測して平均したもの。 |
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| はじめに１１１ｃｍあった同軸ケーブルを約１０ｃｍずつ切り詰めながら測定を繰り返す。 当然、同軸が短くなるに従って、λ／２に相当する周波数が高くなっていく。 λ＝ｖ／ｆ だから、長さと周波数をかけると、同軸ケーブル中の速度が出る。 それを真空中の速度ｃ＝３．０×１０^8ｍ／ｓで割ると速度係数（短縮率）が求まる。 番号順に速度係数をプロットすると、下のグラフのようになる。 |
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| 明らかに６番のデータがおかしい。測定ミスに違いないので、このデータは捨てる。 １０番のデータもおそらく怪しい。このように、データを視覚化すると、全体像が非常によく分かる。 はじめに測定精度がせいぜい１％であることを確かめているから、誤差は０．００７位はあるはずだ。 以上の考察から、６番と１０番のデータを無視すると、「ＲＧ５８Ｕの短縮率は０．６７。５００ＭＨｚ以上では０．６８。精度は＋－０．０１。」と結論して良いだろう。 しかし、まだ安心するのは早い。 同軸ケーブルの絶縁体はポリエチレンだ。５００ＭＨｚ程度の周波数で誘電率が変わるとは考えにくい。 ５００ＭＨｚ以下と以上で短縮率が違うのは、測定誤差と考える方が良い。こいつを補正してみよう。 |
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同軸ケーブルの長さは、このようにコネクタの先から測っている。 この測り方が正しいかどうかは、リターンロスブリッジブリッジの構造なども絡んでくるので、非常に難しい。 そこで、はかり方のズレの値を、全部の長さのデータから差し引く。 |
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| こういう事をやるのは、エクセルは大得意だ。まあ、それも当たり前で、そもそもエクセルはシミュレーションのためのソフトとして開発されたものだ。 補正値を色々試してみた。上の表やグラフの通り、－０．２ｃｍとすると、約１００ＭＨｚから１，０００ＭＨｚまで０．６６４前後で一定になる。 つまり、このはかり方では２ｍｍほど長すぎたということだ。以後、注意しよう。 精度が１％ほどなので、最下位の桁を四捨五入しても良い。これで本当の結論とする。 ＲＧ５８Ｕの速度係数（＝短縮率）は０．６６（誤差＋－０．０１）である。 なあんだ、そんな事はネットにいくらでも書いてあるよ、と言うなかれ。自分で確かめたことに意味がある。 このノウハウを応用して、次はシュペルトップの短縮率を調べてみたい。 以前ヘンテナを作った時にググっていて気がついたのだが、同軸に網線をかぶせて作るシュペルトップの短縮率を、同軸ケーブルの短縮率０．６７としているサイトが多い。 しかし、同軸ケーブルの外皮は塩化ビニルなので、短縮率がポリエチレンと同じとは考えにくい。 長さの間違ったシュペルトップは何の効果もない。さて、実測したらどうなるかな。 |
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切り刻まれた同軸ケーブルは、こんな姿になってしまいました。ナマンダブ。 ありがとう。君たちがくれたノウハウは無駄にはしないよ。 何かお役にたつ日が来るまで、ガラクタ箱の底で、静かに休み給え。 |
| 【オマケ】速度係数の計算値について 速度係数と誘電率の間には次の関係がある。ただしVrは速度係数、εは比誘電率。 Vr=1/sqrt(ε) ポリエチレンの比誘電率はε=2.2～2.4とあるから、速度係数は、0.65～0.68になる。同軸ケーブルの速度係数と良く一致する。 従って、同軸ケーブル中の電磁波はポリエチレンの中を伝わっている、と理解すれば良さそうだ。 同様にして、塩化ビニルのシュペルトップの短縮率を予想する。 塩化ビニルの比誘電率は、2.8～8.0と幅がある。ここから速度係数を計算すると、0.35～0.60になる。幅が広いが、いずれにせよ 0.67 ということは無さそうだ。 |
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