Olcsó UHF, illetve VHF, vertikális antenna készítése házilag

A rádiózással hobbiszinten foglalkozók életében időnként előfordulhat, hogy szükségük támad egy gyorsan és olcsón elkészíthető jó hatásfokú antennára. Így vagyok ezzel én is.

2008 nyarán sürgősen szükségem lett volna egy UHF antennára. Telefonáltam pár helyre, böngészgettem az Interneten kereskedelemben kapható antennák után, de nem találtam számomra megfelelőt. Viszont találtam olyan oldalakat, ahol saját készítésű antennák méretezését és elkészítését ismertették. Így hát elhatároztam, tervezek és építek én is egy antennát.

Mielőtt az ember antennát tervezne, érdemes átgondolni az igényeket és a ráfordítandó munkát, időt és pénzt.

Tudtam, hogy az antennát egy szokásos kézi (mobil) adóvevőhöz használnám körülbelül 4-5 Wattos maximális kimenő teljesítményhez. Jobb nyereséget szerettem volna a rádió saját "gumiantennájánál", vagy egy negyedhullámú antennánál. Az antenna talpponti impedanciája 50 Ohm kellett, hogy legyen és olyan anyagokból készülhetett csak, amelyek a "ház körül" számomra könnyen elérhetők voltak. Az antenna keskeny sávú körsugárzó. A"gumiantenna" széles sávú...

Kutatva a sok antennafajta közt, a válaszásom végül a "J-Pole" antennára esett, mivel ennek nyeresége helyes tervezés esetén +2dBd (félhullámú dipólhoz viszonyítva) az okosok szerint, ami meglepőnek tűnhet egy ilyen egyszerű konstrukcióhoz képest. Találtam is számos "J-Pole" antenna kalkulátort az Interneten. Én kettőt próbáltam ki, az egyik Harry honlapján található. A másikat M0UKD adta közre. Mindkét kalkulátorral számolt és megépített változat hasonlóan teljesített...

Az antenna (röviden ismertetve) úgy működik, mint egy olyan függőleges félhullámú sugárzó, melynek az illesztését a koax-kábelhez egy Lecher-vezeték végzi. Ez azért is előnyös, mert ha valaki nem 50ohmos kábelt használ, akkor is könnyedén behangolhatja az antennáját, ha a csatlakozókat máshová állítja a Lecher-vezetéken. A kanyar felé csökken az impedancia, ellentétes irányba pedig növekszik...

Választásom azért is esett erre az antennatípusra, mert ez könnyen továbbfejleszthető a szintén népszerű "Slim-Jim" antennává, egy további vezető hozzátoldásával. Ez M0UKD honlapján érthetően ismertetésre került.

Az Interneten népszerűek az ilyen (J-Pole) elven működő több sávos antennák, amiket találóan "kaktusz-antennáknak" neveznek. A kaktusz csak azt jelenti, hogy egy függőleges vezető-oszlopból "nőnek ki" a különböző sávokhoz tartozó illesztőcsonkok (a J-k hurkai). Ebben az esetben érdemes diplexert is használni, aminek tervezése túlmutat e cikk keretein.

Beírtam tehát Harry kalkulátorába a kívánt frekvenciát, amire megkaptam a szükséges geometriai méreteket.

Sokan készítenek ilyen antennát vörösréz (vízvezeték) csövekből. Mivel nekem csak 4-5 Wattot kellett kibírnia az antennának, ezért én egyszerű tömör villanyvezetékből készítettem az antennámat, ami sokkal olcsóbb, könnyebb és könnyebben is forrasztható.

Lássuk a szükséges anyagok illetve kellékek listáját:

  • A kalkulátor által kiszámolt hosszúságú ("Total wire length needed (mm)" a kalkulátorban) 1,75mm átmérőjű tömör rézvezeték, ami a barkácsáruházakban, vagy villanyszerelési szaküzletekben könnyedén fillérekért beszerezhető.
  • Két kontaktus egy hagyományos méretű sorkapocsból "kitermelve" (ld. 2. ábra).
  • 30x10mm keresztmetszetű megfelelő hosszúságú fenyőléc, ami a barkácsáruházakban, vagy barkács szaküzletekben könnyedén fillérekért beszerezhető (a cikk írásakor egy 2m-es szál ami 145MHz-hez elég, kb. 200Ft volt).
  • Körülbelül hullámhossznyi kis csillapítású koaxiális kábel (H155 javasolt (a szimmetrizálóhoz)), de én RG58-at is sikerrel használtam 145MHz-en) plusz 5cm ráhagyással, valamint további kábel ami elér az antennától a rádióig.
  • Egy darab szükséges csatlakozó, amivel az antenna a rádióhoz csatlakoztatható (nálam BNC dugó)
  • Négy darab kicsi (1cm hosszú) szeg
  • Műanyag ragasztópisztoly

Először a lécet finom dörzspapírral simára csiszoltam, majd gondosan lelakkoztam (színtelen Akrilán lakkal).

Ezután fúrtam a léc egyik végétől 1 cm-re a szélesebbik lapjába a középvonalra egy 3mm-es átmenő furatot (ld. 1. ábra), hogy a kész antennát felfüggeszthessem.

A furattól további 1 cm-re kezdődik az antenna csúcsa (ld. 1. ábra).

Először széttörtem a sorkapocs műanyag borítását és kioperáltam a benne lévő réz csatlakozótömböt a két kis csavarral. Kettő ilyen réztömbre volt szükségem ahhoz, hogy a koaxiális kábelt hangolható módon csatlakoztathassam az antenna rézvezetékére (ld. az alábbi képet).

2. ábra

Ez a csatlakozási mód lehetővé tette a kész antenna precíz és gyors beállítását. Ugyanakkor a rögzítés tartós és elektromosan jól érintkező lett.

A réztömbök kitermelése után rajzoltam fel a lécre ceruzával (az antenna számolt méretei alapján) azokat a vonalakat, ahol a tömör rézvezetéket végig kellett vezetnem. A szögletes rajzolat sematikus ábrája az 1. ábrán látható. Látszik, hogy ahol a vezeték irányt vált, illetve végződik, kis szegek vannak a lécbe verve. Tehát a rajzolat sarokpontjaiba bevertem a kis szögeket úgy, hogy majd rájuk hajlíthassam a rézkábelt. Ez azt jelentette, hogy a szögeket nem verhettem be teljesen, hanem kilógtak a lécből kb. 2 mm-t.

Levágtam a megfelelő hosszúságú rézkábelt (10 cm ráhagyással) és teljesen eltávolítottam a szigetelést róla. Készítettem egy hurkot az egyik végén és az antennavezeték csúcsánál lévő szeg köré hajlítottam és összeforrasztottam. Felfűztem a vezetékre az egyik réztömböt. Ezután vezettem tovább a vezetéket a lécre felrajzolt útvonal mentén.

Elérve a J aljához derékszögbe hajlítottam a vezetéket, majd a további szegnél ismét. Ekkor értem el a J rövidebb szárához. Itt felfűztem a maradék réztömböt is, majd továbbvezettem a vezetéket a másik végpontig. Ott szintén forrasztott hurokkal rögzítettem a vezetéket, akárcsak a másik végénél. Ezután a ragasztópisztollyal rögzítettem a vezetéket a szegek környékén és a többi szakaszon is, de szabadon hagytam a kiszámolt és szintén ceruzával bejelölt koax csatlakozási pont (Harry "Feed point (mm) (L3)"-nak hívja) környékén 4 cm-t. Így a réztömböket szabadon tologathattam a végleges hangolás során.

Ráforrasztható lett volna a teljes koaxiális kábel a réztömbökre, ami a rádióhoz csatlakozott. De mégsem tettem. Ez az antenna szimmetrikus táplálású (Lecher vezeték), ami azt jelenti, hogy ha csak úgy rászereltem volna a kábelt, akkor a kábel árnyékoló harisnyája is sugárzott volna. Ez szinte lehetetlenné teszi az antenna normális beállítását. Amellett a hatásfoka is pocsék lett volna.

Ismét az Internethez fordultam, és megkérdeztem "Google Kapitányt". Így bukkantam rá IW5EDI remek honlapjára. Itt pedig találtam egy leírást az úgynevezett "1:1-es koaxiális balunnak" hívott megoldásról. Ez egy késleltető tápvonal típusú (delay line) megoldás, ahol az antenna felé menő két koaxiális kábelszakasz árnyékoló harisnyáin egymással 180 fokos (kioltó) fázisú jelek jönnek létre. Így az adó kiegyenlítetlen (unbalanced) jeléből kiegyenlített, azaz szimmetrikus (balanced) jel jön létre. Vételnél a folyamat fordított...

A megoldás egy ezzel a témával foglalkozó cikkemben található. Később ezt a megoldást leváltottam a cikk alján tárgyalt fojtó balunra.

Az ilyen típusú balunok hiányossága (működési elvükből adódóan), hogy erősen frekvenciafüggők. Tehát egy adott frekvenciára méretezhetők, és ha attól az adónk frekvenciája eltér, akkor az eltérés mértékétől függő szimmetriaromlás jön létre. Érthető, hiszen a sárga és zöld szakaszokon terjedő hullámok fázisa csak egy adott frekvencián van ellen-fázisban.

A transzformátor (mágneses) elvet használó balunok kevésbé rendelkeznek az iménti korlátozással, de az UHF/VHF sávokra ritkán található ilyen elven működő jó megoldás. Főleg rövidhullámon használnak ilyen balunokat.

A harmadik lehetséges (talán a legjobb) megoldás amit sokan használnak még, a legprimitívebb. Egyszerűen az antenna levezető kábeléből tekernek egy pár menetes fojtótekercset, ami meggátolja az árnyékoló harisnyában folyó (zavaró) nagyfrekvenciás sugárzások létrejöttét. Ezt nevezik fojtó-balunnak, vagy choke-balunnak. Erről van egy ismertető cikkem.

Én az első megoldást használtam. Olcsó, jól tervezhető, könnyű, kis helyigényű (mert összehajtható) és strapabíró megoldás.

A szimmetrikus oldal "meleg" ereit az antennán csúsztatható réztömbökre forrasztottam és a réztömböket (a felüknél) a tápvonal jelöléshez állítottam (amit a kalkulátor adott meg).

Az elkészült antenna meglepően jó lett. A számítások során is használt frekvencián az SWR 1:1 volt! Ettől +/-1MHz távolságban sem volt rosszabb 1:1,2-nél, ami még nyugodtan elfogadható.

Az antenna teljesítményére példa egy 22km-t áthidaló UHF összeköttetés volt. Én 0,5 Wattot (!) használtam, az ellen oldal pedig egy nyolc elemes koax-kolineárt 10 Wattal.