Magnetic Loop Antenna
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マグネティック・ループ アンテナ（別名スモール・ループ アンテナ）は、大 変小型のアンテナにもかかわらず効率が高く、うまく作れば半波長のダイポー ルアンテナに近い効率を持っています。気をつけることは、ループエレ メントの抵抗をできる限り小さくすることです。さもないと、抵抗損失が大き くなってアンテナの効率はかなり小さくなってしまいます。同じ理由で、エレ メント同士の接続部や、エレメントとバリコンの接続部は半田付けか銀ロウ付 けをする必要があります。アルミニウムは半田が付かないので、エレメントの 材料としてはあまり好ましくありません。従って、普通は直径 1/2 インチか ら 2インチぐらいの銅パイプがよく使われます。

しかし、当局は細長いプリント生基板を使ってマグネティック・ループ アン テナを作りました。プリント基板は、銅パイプにくらべてとても軽く、半田付 けもしやすい上に安価です。プリント基板の銅箔はとても薄いので、銅パイプ より抵抗が大きいのではないかと心配する向きもあるでしょう。しかし、大丈 夫です。高周波電流の「表皮効果」というのをご存知でしょうか？高周波電流 は金属導体の表層部分のみを流れようとする、という性質のことを表皮効果と いいます。この性質があるために、薄い銅箔であっても、厚い銅より抵抗が大 きいとは必ずしもいえないのです。導体の奥深くの部分というの は、高周波電流にとってほとんど意味がないわけです。むしろ、薄くても面積の 広い導体の方が有利になります。

表皮効果を定量的に表すには、「表皮厚さ」と呼ばれる量を使います。導体の 表面から表皮厚さだけ導体内部にもぐったところを流れる高周波電流は、表面 を流れる高周波電流の1/e(= 1/2.718)倍になります。銅の10 MHzに おける表皮厚さは、約21ミクロンです。周波数が高くなると、周波数の平方根 に反比例して表皮厚さは薄くなります。銅箔の厚さが表皮厚さの2〜3倍もあれ ば、その周波数では厚さは事実上十分と考えて良いでしょう。

当局が使用したプリント生基板は、秋葉原のジャンク屋さんで買った10枚で 200円のものです。一枚の大きさは、40 cm × 7 cm で、両面に50ミクロンず つの銅箔がついています。

この場合、（銅箔の厚さ）÷（表皮厚さ）は 10 MHz では 50/21=2.4 なので、 10 MHz またはそれ以上の周波数では、まあまあ OK としてよいでしょう。

このうち、7枚の基板をつないで幅7 cm、全長270 cmの帯を作り、丸く曲げて 直径約90cmのループにしました。隣の基板とのつなぎ目は、2 cm位ずつ重ねて2 本のネジでしっかりと締め付けます。電気的に接触をよくするために銅箔テー プをこのつなぎ目の両面に貼り、さらに半田付けをします。

もちろん、バリコンとの接続部も太くて幅広の銅線（同軸ケーブルの編組線 など）を使ってしっかりと半田付 けをします。単なるネジ止めでは、接触抵抗があり、損失の原因になります。

このあとの作り方は、通常のマグネティック・ループ アンテナの作り方と何ら 変わるところはありません。詳しくは、下に示す参考文献を読んでみて下さい。

さて、使ってみた結果は上々です。当局の住み家は 5 階建の 1 階で、その窓 から1.3 mつき出して地上高わずか 3 m のところにループ面が水平になるよう に設置しました。10 MHz および 14 MHz で、SWRは1.5以下に持っていくこと ができました。半年ちょっとの運用経験ですが、自作の10 MHz 3W CWトランシー バで、日本国内は北海道から沖縄まで、および韓国と交信できました。同じく、 自作の14 MHz 3W CWトランシーバでは、韓国、中国、極東ロシア、台湾、香港 などの極東全域と交信できました。（当局のQTHは、千葉です。）

自作は面白いものです。

<参考文献> コンパクト・マグネチック・ループの理論と実際、JG1UNE 小暮裕明、 HAM Journal 1994年 9・10月号 pp.49-72. Transmitting Short Loop Antennas for the HF Bands, I1ARZ Roberto Craighero, Communications Quarterly 1993 Summer/Autumn, 訳 JA1AFT 平崎 宏、HAM Journal 1995年 7・8月号 pp.43-55. Small High Efficiency Loop Antennas for Transmitting, The ARRL ANTENNA BOOK 17th EDITION pp.(5-11)-(5-16). 6バンド・スモール・ループ・アンテナの室内実験、JA6HW 角居洋司、CQ Ham Radio 1994年10月号 pp.229-233.

Magnetic Loop Antenna

Although a magnetic loop antenna(aka small loop antenna) is very compact, its efficiency is close to a half-wavelength dipole if carefully built. The key point is to make the loop element with material of low ohmic resistance. Otherwise, ohmic loss in the element causes disappointingly low efficiency of the antenna. For the same reason, joints between elements or joints between an element and a tuning capacitor need be soldered or silver-soldered. Aluminum is rarely used for the elements because it cannot be soldered. Therefore, homebrewers often use thick rigid copper water pipe with, for example, 1/2" to 2" diameter.

However, I built my own small loop antenna with strips of printed circuit board stock. They are fairly lighter, much easier to solder and cheaper than the copper pipe. Copper foil of the PCB is very thin. Therefore, one might think that the resistance is much higher than the copper water pipe. However, you should remember so called "skin effect" of HF current. HF current tends to flow only in the thin surface region of the conducting material. So the thin foil does not necessarily cause more ohmic loss than thick conductor like copper tube. The deep region of the conductor has almost nothing to do with the conduction of HF current. Thin conductor with large surface area may work even better.

The skin effect is characterized by a quantity called the "skin depth". The HF current at the skin depth below the surface of the conductor is 1/e (= 1/2.718) times the current flowing on the surface. The skin depth of copper is about 21 microns at 10 MHz. Very thin. The skin depth decreases as the inverse of the square root of the frequency. If the copper foil is a few times thicker than the skin depth, it is practically thick enough for the HF current of the specified frequency.

I got ten strips of surplus PCB stock with copper foil on both sides at a price of 200 yen(approximately US $2) at a surplus shop in Tokyo. Each strip is about 40 cm long and 7 cm wide. The copper foil is about 50 microns thick.

The copper foil thickness devided by the skin depth is 50/21, about 2.4. I would, therefore, say the thickness of 50 microns is practically OK for 10 MHz or higher frequencies.

Seven strips of PCB are connected together to form about 270 cm-long and 7 cm-wide strip, and curved into a circular loop of about 90cm diameter. Each joint between adjacent PCB strips is overlapped by about 2 cm. Each overlapping part is tightly connected with two screws. To make a good electric contact at the joint, self-adhesive copper tape is sticked and solderd on the boards on both sides of the joint.

Connections between the element and the tuning capactor need be done using thick and wide copper leads, e.g. copper braid of coaxial cable. The contacts should be also soldered. Simple screw-fixing is not good because of the contact resistance, which would result in again a low efficiency.

The rest of the construction is not much different from the ordinary small loop antennas. For the details of constructing small loop antennas, please refer to the reference articles listed below.

Results. The Loop was installed horizontally near a window of my apartment at the ground floor of a five-story building. The loop is only 3 m high above the ground and 1.3 m apart from the wall. SWR is 1.5 or less for 10 MHz and 14 MHz. In several months after the installation, I worked: many JA stations ranging from north end of JA, Hokkaido to south end, Okinawa, and also one Korean station with 10 MHz HB 3-watt CW transceiver. On 14 MHz band. I worked with stations of far east countries like Korea, China, Asiatic Russia, Taiwan and Hongkong with 3-watt HB CW transceiver.(My QTH is Chiba, 30 km to the east of Tokyo)

Homebrew is fun.

REFERENCES Transmitting Short Loop Antennas for the HF Bands, I1ARZ Roberto Craighero, Communications Quarterly 1993 Summer/Autumn. Small High Efficiency Loop Antennas for Transmitting, The ARRL ANTENNA BOOK 17th EDITION pp.(5-11)-(5-16).