162 MHz antennin rakentaminen

Johdanto

Antenna.

Ajatus

Tehdään antenni.

Pieni sähkömagneettinen aalto, joka nyt mikä on tässä reunoilta katkaistu tasoaalto, kulkee avaruudessa mitään pelkäämättä. Sillä ei ole mitään aavistusta, että sen kulkumatkalle, joka oikeasti on koko avaruudessa, laitetaan sähköjohto, joka on pieni antenni. Johto on oikeastaan kaksi johtoa, eli se on keskeltä katkaistu. Tällaista johtoa kutsutaan dipoliantenniksi.

Sähkömagneettinen aalto indusoi antenniin sähkökentän eli jännitteen ja virran, joka voidaan kuljettaa sähköjohdolla vaikkapa radioon, ja voimme kuunnella esimerkiksi laivoja.

Antenni muuttaa tasoaaltoa jonkin verran lähellään, mutta kaukana se on samanlainen.

Miten voidaan tehdä parempi antenni, millainen on antenni? Antennin pituus tai koko liittyy sen kuulemiin taajuuksiin, eli sähkömagneettisen säteilyn spektrin osaan. Voidaanko laivoja kuunnella kauempaa?

Tässä on pieni antenni. Se kuuntelee 162 MHz:n taajuutta, ainakin suunnittelusivuston mukaan (https://3g-aerial.biz/en/online-calculations/antenna-calculations/dl6wu-yagi-uda-antenna-online-calculator). Runko on verhoputkea ja antennin metalliosat on vanhasta hajonneesta rullamitasta. Ne ovat hytketty toisiinsa 3d-tulostetuilla muovisilla kiinnikkeillä. Kuvassa näkyy myös NanoVNA, eli laite jolla voi analysoida antenneja.

NanoVNA sanoo, että antennilla on 3 eri resonanssia melko lähellä sitä 162 MHz:n taajuutta, jota tutkitaan -- mutta tämä antenni ei ole aivan mittojen mukaan tehty. Tutkitaan, miten antennin ominaisuudet muuttuvat, kun antenniin lisätään osia ja muutetaan ne oikean mittaisesti.

Dipoli

Otetaan ensin pelkkä dipoliantenni eli kaksi johdetta, joiden yhteismitta on noin 90 senttiä. Niiden välissä on parin sentin rako. Toinen puoli on kytketty koaksaalikaapelin sisä- ja toinen ulkojohtimeen. Kaapeli kytketään nyt mittalaitteeseen. Pitäisi näkyä melko tasainen resonanssi- tai vahvistuskäyrä. Taajuus näyttää olevan noin 144 MHz.

Verrataan tätä simuloinnista saatuun tulokseen. XNec2C laskee nopeasti momenttimenetelmällä eli olettaen että antennin osat ovat pieniä pyöreitä johtoja. Rullamitasta tehty on lähes sellainen. Simulaatio ei näytä ihan samalta.

Heijastin

Sähkömagneettinen säteily, kuten valo, heijastuu peilistä. Lisätään tähän heijastin eli peili. Se on aavistuksen pitempi johto eli pätkä mitasta. Resonanssi lähestyy 162 MHz:ää, ja muuttuu nätimmäksi. Mitattu ja simuloitu muistuttavat vähän toisiaan.

Katsotaanpa vielä, miltä antennin säteilykuvio näyttää, eli miten se vastaanottaa tai lähettää säteilyä eri taajuuksilla. XNec2 laskee senkin nopsaan. Animaation kuvat on piirretty Pythonilla. Katso wikiluntista koodi siihen.

Yksi suuntaaja

Eipähän nämäkään simuloidut ja mitatut juuri toisiaan vastaa. Paitsi että taajuus on suurinpiirtein oikein. Piirsin tuohon vielä tuon Smithin graafin, jos siitä jotain ymmärtäisi.

Viritys eli oikeaan mittaan katkaisu

Eli, elementit ovat hieman väärän mittaisia, ja nyt haluan tietää, miten antennin taajuusvaste reagoi, kun muutan ne oikean eli suunnitelman mittaisiksi.

Muutosta tapahtuu!

Mitä sitten, jos pidennetään tätä dipolia. Sitä varten minulla hauenleuat, jotka saadaan tuohon päähän helposti kiinni. Nyt, kun mitat ovat oikeita, niin antennin taajuusvaste on selvästi parempi ja yksipiikkinen.

Toinen mitta vierellä aiheuttaa jotain ilmiötä antenniin.

Kohtuullisen hyvän näköinen tulos.

Säteilykuvio

XNex2c-ohjelmalla saadaan vielä säteilykuvio näkyviin. Katsotaan, miltä säteily näyttää eri taajuuksilla. Kyllä se on sellainen kuin pitääkin, eli vahvistaa hyvin 160 MHz:n tajuudella kulkevaa sähkömagneettista säteilyä. Varsin hyvä juttu.

Lopetus

Teepä ite parempi

Vielä muuta

• johto, jännite/ virta
• lähikenttä/ kaukokenttä
  • reaktiivinen lähikenttä, Fresnelin alue, kaukokenttä (Fraunhofer)
• säteilykuvio, suuntaus, voimakkuus
  • desibelit.
• impedanssi
• “Aukon koko”