Moja pierwsza zewnętrzna antena VHF/UHF na pasma 2m i 70cm czyli klasyczna konstrukcja GP (ground plane)

Z chwilą otrzymania Pozwolenia Radiowego swoje pierwsze kroki w krótkofalarstwie zacząłem stawiać (prawdopodobnie jak większość młodych stażem radioamatorów) z wykorzystaniem taniego radiotelefonu ręcznego pracującego w pasmach amatorskich 2[m]/70[cm]. O ile łączności przeprowadzane były na dworze i realizowane przez przemiennik miałem szansę na QSO i ćwiczenie techniki operatorskiej. Niestety rozwiązanie takie zupełnie wykluczało mnie z możliwości pracy bezpośredniej z innymi stacjami w tak zwanym “direkcie”. Problemem okazała się być, poza niską mocą transceivera, standardowa wkręcana antena typu “bacik”: mało efektywna i o niskich parametrach. Za namową kolegów postanowiłem zbudować zewnętrzną “ćwierćfalówkę” z przeciwwagami czyli klasyczną antenę Ground Plane (GP), aby przekonać się czy i ile tracę korzystając z anteny standardowej.

W prasie krótkofalarskiej bardzo łatwo można odnaleźć projekt anteny GP na pasmo 2[m]. Projekt przewiduje montaż pionowego promiennika równego lambda/4 czyli około 50[cm] i czterech przeciwwag (dłuższych o około 10-15[%]) symulujących płaszczyznę Ziemi nachylonych w jej kierunku pod kątem 45 stopni. Najprostsze rozwiązanie dedykowane pierwszym testom proponuje zmontowanie całości bazując na dolutowaniu odpowiednio przyciętych drutów wprost do gniazda UC1 (SO239). Tak wykonana antena ma dać lepsze i bardziej stabilne parametry transmisyjne w porównaniu z fabrycznymi antenami montowanymi w radiotelefonach przenośnych.

W związku z tym, iż w okolicy mojego QTH dostępny jest aktywnie wykorzystywany przemiennik na pasmo 2[m] (SR6S), z pracą na którym mam problem (będąc na ogrodzie) postanowiłem wykonać rzeczoną antenę GP, aby na własnej skórze przekonać się o domniemanym dobrodziejstwie płynącym z używaniem takiego sprzętu.

Jako, że projekt miał naturę testową nie pokusiłem się o szczególnie wyszukane materiały i postanowiłem maksymalnie wykorzystać dostępne mi części. Estetyka wykonania także nie stanowiła priorytetu. Jedyny cel to budowa i sprawdzenie anteny w działaniu.

Podstawowymi komponentami, o które oparłem swój projekt były:

  • gniazdo panelowe N męskie,
  • drut miedziany w emalii 1.3[mm2] (promiennik),
  • 4 rurki aluminiowe o średnicy 6[mm] (przeciwwagi),
  • nitownica + nity aluminiowe o średnicy 3[mm] i długości 10[mm],
  • stalowy kątownik z otworami (mechaniczny montaż całości).

W pierwszej kolejności przyciąłem aluminiowe rurki na długość 60[cm] i korzystając z kombinerek zagiąłem ich końce pod kątem około 45[o]. Długość zagiętej końcówki to 2,5[cm] pozwalająca, na dalszym etapie, na przymocowanie rurki do kątownika.

Końce przeciwwag zagięte pod kątem 45[o]

Aby ułatwić wspomniane mocowanie zagięte końce rurek spłaszczyłem wykorzystując do tego sporo siły i klucz “żabka”.

Zagięte końce przeciwwag spłaszczone by ułatwić dalszy ich montaż

Następnie, po wstępnym przymierzeniu każdej z przeciwwag do kątownika, wykonałem otwory do ich mocowania (na nity). Przewierceniu podlegały jednocześnie: rurki oraz kątownik. Użyłem do tego celu wiertła do metalu o średnicy 3[mm].

W zakończeniach przeciwwag wykonane zostały otwory montażowe

Jednocześnie w kątowniku wykonałem otwory montażowe dla złącza sygnałowego w taki sposób, aby wypadały pomiędzy zestawami otworów przeznaczonych dla przeciwwag. Wybór zaproponowanego złącza typu N wynikał wyłącznie z faktu posiadania takowego na stanie oraz tego, że posiadam kilka wcześniej już wykonanych feederów zakończonych wtykiem męskim N, które warto było wykorzystać. Warto wspomnieć tu, że wszystkie otwory wykonane zostały bardziej “na oko” niż poprzez zaplanowanie i precyzyjne ich wymierzenie.

Istotną częścią procesu składania anteny było określenie strony kątownika, po której mają być posadowione końcówki przeciwwag. Założenie było takie, aby pionowa część zagiętej blachy (na zdjęciu poniżej) stanowiła wsparcie montażowe do statywu. Z tego względu gniazdo antenowe musiało znaleźć się u dołu poziomej części kątownika. Aby umożliwić bezproblemowy jego montaż dość grube zakończenia spłaszczonych rurek aluminiowych musiały wylądować na górze zmniejszając tym samym separację pomiędzy złączem antenowym, a blachą kątownika. Poprawia to pewność połączenia oraz powoduje iż środkowy pin gniazda N jest bardziej wyeksponowany, a przez to łatwiejszy w dostępie podczas lutowania promiennika.

Każda z przeciwwag została przynitowana dwupunktowo z wykorzystaniem uprzednio przygotowanych otworów.

Dwupunktowy montaż przeciwwag do kątownika na nity

Efekt montażu przeciwwag od strony złącza sygnałowego pokazany jest poniżej.

Widok na przynitowane przeciwwagi od strony złącza antenowego

Kolejnym etapem było mechaniczne zamocowanie panelowego gniazda męskiego N (oczywiście może to być dowolne gniazdo które Wam odpowiada i które da się w sensowny sposób zamontować). Początkowo planowałem wyciągać bolce nitów od strony złącza, jednak okazało się, że nitownica nie ma dobrego dojścia do powierzchni z otworami i musiałem zmienić stronę instalacji nitów. Dalszy montaż przebiegł już bezproblemowo.

Nitowanie gniazda zasilającego antenę do kątownika

Na koniec pozostało wstępne docięcie wibratora, usunięcie z jego końca emalii i wlutowanie do środkowego pinu gniazda N. Początkowa długość wyniosła 50[cm]. Dodatkowo zewnętrzna część kątownika stanowiąca wsparcie montażowe do statywu została oklejona taśmą izolacyjną, aby wprowadzić barierę elektryczną pomiędzy metalowym statywem i anteną, oraz została zainstalowana opaska zaciskowa typu “tryt” pozwalająca na zawieszenie gotowej anteny na czubku statywu fotograficznego.

Kompletna antena wraz z dołączonym kablem sygnałowym (feederem opartym o kabel H155) przedstawiona jest poniżej.

Gotowa antena GP na pasmo 2[m]/70[cm] zawieszona na statywie fotograficznym

Po montażu przyszedł czas na strojenie anteny i testy. Nie wiedząc jak szeroko pracuje taka konstrukcja chciałem uzyskać najlepsze dopasowanie przypadające na środek węższego pasma (2[m]) czyli w okolicach 145[MHz]. Podłączyłem więc NanoVNA i zacząłem docinać wibrator krokami po około pól centymetra. Po kilku próbach uzyskałem oczekiwany efekt. SWR wyniósł troszkę poniżej 1.1:1 dla częstotliwości 144.800[MHz], gdzie impedancja wyniosła 52.27+j0.972[OHm]. Ostateczna długość promiennika (liczona od kątownika do końca drutu) wyniosła 47.5[cm]. Jak dla mnie wynik całkiem przyzwoity.

Antena GP 2[m]/70[cm] zestrojona na środek pasma 2[m]

Widząc dość niskie wartości współczynnika fali stojącej postanowiłem przebadać zbudowaną antenę w szerszym zakresie, aby zrozumieć jak szeroko stroi się ta konstrukcja. Punktem odniesienia był SWR na poziomie < 2:1. Taka wartość umożliwia pracę bez specjalnych zabezpieczeń. Ilość mocy odbitej jest niska (11[%]) i nie grozi uszkodzeniem wzmacniacza w radiu nawet w przypadku pracy ze znacznie większą mocą niż ta jaką dysponują radiotelefony przenośne. Szerokość strojenia dla podanych warunków testu wyniosła 56[MHz]! Pokrywa to zakres 123[MHz] – 179[MHz] czyli całkiem sporo.

Szerokość strojenia anteny GP 2[m]/70[cm] w paśmie 2[m] dla SWR < 2:1

Naturalną koleją rzeczy było podłączenie radiotelefonu do nowej anteny i próba przeprowadzenia łączności przez przemiennik “dwójkowy”. Próba okazała się być pełnym sukcesem. Nie tylko bez problemu otwierałem, dotychczas słabo dostępny “z ręki”, przemiennik lecz na dodatek mogłem robić to z wykorzystaniem niższej mocy i co najważniejsze: raport od korespondentów uzyskałem na Q5! Tą samą antenę wykorzystałem później także do łączności bezpośredniej w ramach testów łączności kryzysowej DASR – również ze znakomitym wynikiem.

Dla dopełnienia testów nowej konstrukcji postanowiłem sprawdzić jak antena radzi sobie w paśmie 70[cm]. Pasmo to rozpościera się w zakresie częstotliwości 440[MHz] – 460[MHz]. Jeśli wziąć za bazę środek pasma 2[m] czyli 145[MHz] to jej trzecia harmoniczna wypada na częstotliwości 435[MHz], czyli całkiem blisko zakresu 70[cm]. Jeśli i w tamtym zakresie antena także mogła stroić się szeroko, istniała szansa, że może być z powodzeniem wykorzystana także do łączności na “siedemdziesiątce”. Należało sprawdzić czy tak się stanie, oraz jeśli tak to w jakim zakresie.

Procedurę testu przeprowadziłem tak samo jak dla pasma 2[m], a wyniki przedstawiają kolejne wykresy.

SWR anteny GP 2[m]/70[cm] w paśmie 70[cm] zestrojonej na środek pasma 2[m]

Okazało się, że antena zestrojona na środek pasma 2[m] razie sobie całkiem dobrze w paśmie 70[cm]. Najlepszy SWR wypadł w dolnej połowie zakresu na częstotliwości 447[MHz] i wynosił 1.19:1 przy impedancji zespolonej 42.3+j2.22[OHm].

Szerokość strojenia anteny GP 2[m]/70[cm] w paśmie 70[cm] dla SWR < 2:1

Zakres strojenia w okolicach pasma 70[cm] dla SWR < 2:1 wyniósł 132[MHz] i zawierał się w przedziale 414[MHz – 546[MHz]. Kolejny ciekawy wynik.

Podsumowując polecam każdemu budowę tej jakże prostej anteny GP na pasma 2[m]/70[cm]. Jest ona nie tylko łatwa i tania w wykonaniu, lecz także otwiera zupełnie nowe możliwości pracy stanowiąc alternatywę dla fabrycznych anten radiotelefonów przenośnych. Wprawdzie jej skuteczność na “siedemdziesiątce” nie jest tak dobra jak w ramach pasma “dwójkowego” to z powodzeniem może być wykorzystywana w obu przypadkach. Dodatkowo antenę taką, jak ma to miejsce w moim przypadku, łatwo jest wynieść wyżej choćby z wykorzystaniem taniego i przenośnego statywu fotograficznego. Umożliwia to jeszcze skuteczniejszą pracę w porównaniu z antenami montowanymi bezpośrednio do transceivera ręcznego. Antena znakomicie nadaje się tak do pracy w terenie jak i do pracy bazowej. Grubość zastosowanych przewodników umożliwia pracę pod znacznym obciążeniem mocy.

Mam nadzieję, że artykuł ten będzie stanowił inspirację dla wielu z Was, którzy nadal wahają się czy warto przeznaczyć odrobinę swojego wolnego czasu na zgłębianie tajników anten, ich konstrukcji oraz poznawania ich możliwości. Proponowany projekt należy do tych, od których warto zacząć, aby iść dalej w tej ciekawej i pouczającej przygodzie jaką jest radioamatorstwo.

Miłego antenowania!