018: Coil and “Q”

 タンク回路のQの概念を先輩に教わってから、随分と長い時間が過ぎたが、その時の記憶は鮮烈でちっとも色褪せない。単なる巻き線に過ぎないのに、入力エネルギーの何十~何百倍もの大きなRF電流になって駆け巡るなどは、考えてみるとすごい話で、だから「コイルとQ」の話には、今でもつい引き寄せられてしまう。

 実際に同調回路やフィルタの帯域/負荷インピーダンスを計算する際は必ずQを扱う必要があるし、Qとロスは裏腹の関係だから、性能要求の厳しい発振器やフィルタ、ハイパワーアンプ、高性能LNAなどはどれも質の高いコイルが無いと成り立たない。無線には不可欠で、リアルに役立つ存在だ。モノづくりの観点では、コイル巻きは大変楽しい作業の一つ。銅線に特定の規則と形状を与えるだけで、何か新しい息吹や価値が生み出されているようで、毎回多少のワクワク感を覚える。

 ところで、コイルQの事例を参照できる資料が意外に少ないと常々感じてきた。特にビギナーの方々は、単体コイルの良し悪しについて体感できる機会がまずないから、LC回路自体に一定以上の親しみを感じなくても不思議ではないが、無線機器の自作を楽しむなら、それで終わっては誠にもったいない。そこで、コイル種毎にいくつか事例を展示してみることにした。単体値500を超えるようなHigh-Qコイルもあれば、中には「これでも共振コイルなの?」と思うようなものもあるが、それも含めて諸検討の一助になればと思う。

 Qの高い空芯ソレノイドコイルの場合には、コイル取付け位置(Qメータ外装鉄板と被験コイルの距離)の変化で、測定値にして50程度は容易にアップダウンしてしまう。この辺りは閉磁路のトロイダルコイルとは根本的に性格が異なるところであり、自作機器の構造や配置面で多くの示唆を与えてくれる。


Very long time has passed after I learned the concept of Q of LC tank resonator from an elder ham in my local. However, that memory is vivid and it doesn't fade away at all even now. As a coil is just a wound copper wire, it's really wonderful that more than 10 times of RF current of input energy passes through. So I tend to be pulled to a topic of "coil and Q" even now.

If you practically calculate a band width and the load impedance of a tank circuit, it's always necessary to deal with Q. Needless to say, Q and loss are an opposite relation. Hence, the coil with high quality is necessary and indispensable for a design of high-performance RF equipment.

Coil making is one of the most fun work in the manufacturing of ham radio equipment. I feel that new breath and value are born by giving a specific shape to a copper wire, and am a little bit excited each time.

By the way, it has been felt that there isn't much data for radio amateurs which can refer to actual coil and Q. I think there is little chance which especially a person of a beginner can sense about goodness of an RF coil. Therefore, even if he doesn’t feel a deep interest in LC circuit, that isn't strange in particular. But if he or she wants to enjoy home brewing of ham radio equipment, then it's not sufficient at all. So, here I put several photos and data of coil. It's my pleasure if it is helpful in the technical consideration of radio amateur enthusiast.

In case of a usual solenoid coil, the measurement result of Q fluctuates easily according to the distance of coil and case metal. This point is different from toroidal coil fundamentally, and it gives good suggestion to us in the structure and arrangement point of view.

 

 

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2020年12月26日