Składana i przenośna antena teleskopowa VHF/UHF na pasma 2m i 70cm (PoC)

Budując pierwszą ćwierćfalową antenę typu Ground Plane (GP) na pasma 2[m] i 70[cm] (opisaną tu) doświadczyłem efektu działania poprawnej ścieżki powrotu do masy dla sygnału RF. Okazało się, że nie ma mowy, aby standardowa antenka, dodawana do radiostacji ręcznych, miała tak dobre wyniki jak antena GP. Bierze się to przede wszystkim z faktu, iż charakterystyka promieniowania dla GP-aka jest równomierna i dookólna, oraz z faktu iż emitowany sygnał radiowy nie znajduje drogi do masy poprzez operatora, a dedykowane elementy zwane przeciwwagami symulujące podniesioną płaszczyznę ziemi.

Biorąc udział w cyklicznych próbach łączności Dolnośląskiej Amatorskiej Sieci Ratunkowej, na wyżej wymienionych pasmach, korzystam z instalacji mobilnej, lub przenośnej, gdzie przeprowadzam łączności przy pomocy anteny standardowej (dla radiostacji ręcznej), mobilnej z podstawą magnetyczną i Ground Plane (podłączanej do obu radiostacji). Praca w terenie wymaga zatem ode mnie częstego transportu anteny GP. Ponieważ przeciwwagi mojej pierwszej konstrukcji były wykonane z nie składanych rurek aluminiowych całość była słabo transportowalna. Podczas załadunku i wyładunku z samochodu stale trzeba uważać, aby nie uszkodzić odstających elementów nie mówiąc już o znalezieniu odpowiedniego miejsca we wnętrzu pojazdu.

Poznawszy ograniczenia dotychczasowego rozwiązania postanowiłem zbudować model przeznaczony do przewożenia, który na czas transportu miał zajmować mało miejsca, a swą konstrukcją nie narażać się na uszkodzenia. Tak właśnie powstał plan budowy nowej wersji anteny GP z elementów składanych, którymi okazały się być tanie teleskopowe anteny od radioodbiorników boadcastowych.

Oczywiście konstrukcja miała być weryfikacją koncepcji, zatem koszty starałem się trzymać jak najniżej. Najważniejszymi elementami są: promiennik i przeciwwagi, więc potrzebowałem zestawu anten dwóch rodzajów. Promiennik jako antena prosta rozciągająca się na przynajmniej 50 centymetrów (1/4 z 2[m]), zaś przeciwwagi jako anteny łamane przy podstawie (umożliwiając dzięki temu zmianę kąta ich pochylenia) o długości maksymalnej przynajmniej o 20% większej niż element główny. Zakupione teleskopy posiadały długości (po ich rozciągnięciu) odpowiednio: 60[cm] i 64[cm].

Budowa

Jako podstawę anteny wykorzystałem, tak popularne w środowisku radiowym, elementy instalacji wodno-kanalizacyjnych dostępne bez żadnych problemów w sklepach budowlano-remontowych. Ze względu na oczekiwaną małą średnicę korpusu wybrałem rurę PVC o średnicy zewnętrznej c.a. 31.5[mm] wraz z korkiem zamykającym dopasowanym do odcinka łącznikowego tej rury mającego średnicę zewnętrzną c.a. 37.5[mm]. W korku wykonany został otwór na przeprowadzenie anteny prostej będącej promiennikiem.

Korek do rury PVC z wywierconym otworem na promiennik.

Do podstawy promiennika, czyli w miejscu gdzie zwyczajowo mechanicznie stabilizowany jest ów element, przylutowałem przewód, który dostarcza sygnał radiowy do wypromieniowania wprost ze złącza wejściowego budowanej anteny.

Promiennik z przylutowanym przewodem zasilającym.

Po przeciśnięciu promiennika przez wykonany w korku otwór ustabilizowałem jego położenie i jednocześnie zakotwiłem go z wykorzystaniem odpowiedniej ilości kleju na gorąco wlewając go do wnętrza korka poruszając przy tym lekko antenę by dobrze uszczelnić połączenie.

Promiennik zamontowany w korku i ustabilizowany klejem na gorąco.

Po zastygnięciu kleju antena trzymała się pewnie i szczyt konstrukcji był zakończony.

Widok na wklejony promiennik od zewnętrznej strony korka.

Następnie zabrałem się za nawiercenie w korpusie czterech otworów, w których planowałem osadzić przeciwwagi. Dodatkowo na tym etapie budowy dociąłem rurę PVC na długość 76[mm] (licząc od strony łącznikowej gdzie wciskany jest korek), aby umożliwić późniejszy dostęp do jej wnętrza pistoletem z gorącym klejem.

Korpus anteny z nawierconymi otworami pod przeciwwagi.

Do końców przeciwwag także dolutowałem przewody (byle jakie – w końcu to konstrukcja testowa),

Przeciwwaga z dolutowanym przewodem zasilającym.

a następnie wkleiłem je do wcześniej przygotowanych otworów.

Stabilizacja przeciwwagi w korpusie przy użyciu kleju na gorąco.

Podczas montażu przeciwwag trudnością okazał się sam proces ich klejenia ze względu na ograniczony dostęp do elementów wewnątrz rury montażowej. Zadanie to było także czasochłonne ponieważ wymagało stabilizacji każdego elementu z osobna podczas tężenia kleju. Poniesiony wysiłek opłacił się jednak ponieważ po kilku chwilach nowo wytworzona część anteny stanęła na “własnych nogach”.

Wklejone przeciwwagi umożliwiają postawienie anteny “na nogi”.

Przed dalszym etapem montażu nastąpiło mechaniczne zespolenie dotychczas opracowywanych części, aby umożliwić wyprowadzenie wszystkich przewodów z jednej strony korpusu – od strony linii zasilającej. Korek zaślepiający został wciśnięty w uszczelkę rury PVC w standardowy sposób.

Korek z promiennikiem wciśnięty w korpus. Przewody zasilające dostępne z drugiej strony.

Następnie przystąpiłem do montażu złącza zasilającego. Wybrałem do tego celu panelowe złącze męskie N. Złącza te stosuję w konstrukcjach pracujących na zewnątrz głownie ze względu na pewność połączenia oraz jego szczelność zapewnioną przez długi i gęsty gwint. Oczywiście można wykorzystać dowolne inne złącze, lecz w moim przypadku wiązałoby się to z przygotowaniem nowych fiderów lub też użyciem beczek. Ostatniej opcji staram się unikać jak tylko mogę ponieważ nie ma sensu wtrącać do toru radiowego dodatkowego tłumienia, oraz niepotrzebnych zafalowań wartości charakterystycznej impedancji falowej (50[Ohm]).

Panelowe złącze N posiada cztery otwory montażowe idealnie pasujące do stabilizacji jego położenia na obwodzie korpusu budowanej anteny. Wykonałem odpowiednie przewierty w materiale PVC i połączyłem elementy drutem miedzianym poprzez jego skręcenie kombinerkami. Wykorzystałem drut zamiast opasek winylowych (trytów) świadomie, aby poza prostym i pewnym mocowaniem mechanicznym umożliwić późniejsze elektryczne połączenie przeciwwag do zewnętrznej części złącza.

Jeszcze przed drutowaniem przylutowałem do środkowego wyprowadzenia N-ki przewód od promiennika docięty na odpowiednią długość. Przewody od przeciwwag wyprowadziłem przez szczeliny na obwodzie rury celem docięcia na wymiar i przylutowania.

Mechaniczny montaż złącza zasilającego do korpusu anteny. Przewody przeciwwag wyciągnięte na zewnątrz.

Zwoje skręconego drutu zostały pobielone cyną i przycięte tak by dało się do nich przylutować przewody przeciwwag, których długość została odpowiednio dopasowana.

Elektryczne połączenie masy złącza zasilającego i przeciwwag.

Ostatnią czynnością konstrukcyjną było zabezpieczenie szczelin pomiędzy złączem zasilającym antenę, a korpusem z PVC, przez które wyprowadzone zostały przewody przeciwwag. Doskonałym materiałem do tego celu okazał się być ponownie klej na gorąco którego sporą ilością zalałem interesujące miejsca uszczelniając i izolując zarazem tą arcyciekawą cześć produktu.

Po przestygnięciu kleju antena była gotowa do testów, zaś jej rozłożona wersja zaprezentowana jest poniżej.

Finalna antena w wersji rozłożonej.

Wersja złożona (czyli esencja budowy) pozwalająca na łatwy i bezpieczny transport (oraz przechowywanie) pokazana jest poniżej.

Antena w wersji złożonej umożliwiającej łatwy transport i przechowywanie.

Testy

Niestety na obecną chwilę nie jestem w stanie podzielić się wynikami pomiarów zestrojonej anteny ponieważ wcięło mi pliki pomiarowe wykonane przy pomocy NanoVNA. Niemniej antena została wykorzystana do łączności próbnych z niską mocą w pasmach 2[m] i 70[cm] z dobrymi raportami. SWR dla obu pasm był poniżej 1.5:1.

Pracę anteny oceniałem przy wyniesieniu jej na wysokość około 2[m] nad poziom gruntu poprzez zaczepienie jej do szczytu teleskopowego statywu fotograficznego.

Podczas przeprowadzanych łączności (stacja przenośna do stacji bazowej) sprawdzałem “na ucho” różnicę pomiędzy składanym GP-akiem, a standardową anteną dostarczaną z przenośną radiostacją (Anytone 878). Prezentowana antena jest czulsza i lepiej promieniuje. Radio było w stanie usłyszeć korespondentów, na których było głuche przy antenie standardowej, zaś raporty RS były lepsze o przynajmniej +2S w obszarze siły sygnału (w zależności od korespondenta).

Nie porównywałem tej wersji anteny GP z wersją nie składaną.

Gdy przemierzę tą antenę jeszcze raz ta sekcja artykułu zostanie zaktualizowana.

Wnioski

Konstrukcję składanej anteny GP, którą wykonałem, (aby przekonać się czy jest możliwe zbudowanie małej i przenośnej anteny na pasma 2[m] i 70[cm]) uważam za udaną. Doświadczenie zdobyte przy pracy nad nią jest doskonałą bazą do dalszych udoskonaleń i pracy nad kolejnymi wersjami. Antena sprawdziła się podczas prób łączności w obu pasmach zachowując SWR na poziomie niższym niż 1.5:1. Wszak testowana była jedynie przy użyciu radia ręcznego dysponującego mocą nadajnika max. 7[W] całą konstrukcję oceniam pozytywnie.

Poniżej lista uwag do konstrukcji:

  • Mimo iż teleskopowe oraz łamane elementy umożliwiają znaczną redukcję wymiarów anteny, jej zestrojenie “w polu” wymaga czasu i narzędzia pomiarowego (metrówka, VNA). Można pokusić się o szablon ustawień dla każdego pasma, jednak należałoby sprawdzić, czy uzyskiwane wyniki są w miarę powtarzalne podczas korzystania z anteny w różnych miejscach (SWR, impedancja).
  • Być może zastosowanie odpowiednio lekkiego i poręcznego kątownika 45[o] (druk 3D) ułatwiłoby szybkie i poprawne pochylanie przeciwwag.
  • Ze względu na oddalenie przeciwwag i promiennika od powierzchni złącza połączenia kablowe należy ograniczyć do minimum. Należy rozważyć modyfikację konstrukcji pozwalającą na bezpośrednie połączenie elektryczne tych elementów ze złączem antenowym.
  • Obudowa wykonana w sposób jak pokazano wyżej utrudnia prace serwisowe, ze względu na obecność kleju oraz przewodów połączeniowych dociętych “na miarę”.

Mam nadzieję, że artykuł ten będzie inspiracją dla czytelników do eksperymentowania z konstruowaniem anten. Możliwość budowy i odkrycia samemu przewagi jaką daje antena GP nad standardową antenką radiostacji przenośnych daje dużo frajdy, a przecież o to właśnie chodzi w radioamatorstwie. Możliwość przeprowadzania badań w ekskluzywnie wydzielonej przestrzeni radiowej to przywilej, z którego warto korzystać będąc posiadaczem pozwolenia radiowego.

Miłego antenowania!