Ero sivun ”Perusluokan palsta 2015-19/Avolinja” versioiden välillä

Radioamatööriwikistä
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
p (otsikot)
Ei muokkausyhteenvetoa
 
Rivi 128: Rivi 128:


10.    Barry Shackleford, W6YE, “Custom Open-wire Line -- It's a Snap”, QST Jul 2011, ss. 33…36.
10.    Barry Shackleford, W6YE, “Custom Open-wire Line -- It's a Snap”, QST Jul 2011, ss. 33…36.
''Julkaistu [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.fi CC BY-NC-ND 4.0] -lisenssillä.''

Nykyinen versio 15. maaliskuuta 2022 kello 18.34

Tämä sivu on osa Tomi Helpiön Perusluokan palsta 2015–19 -kirjaa, johon on uudelleentoimitettu Radioamatööri-lehdessä vuosina 2015–2019 julkaistut Perusluokan palsta -juttusarjan artikkelit.

Avolinja

Laitteiden itse rakentaminen ei enää lyö leiville. Elektroniikka valmistetaan pääosin halpatyömaissa, ja sen hinta on laskenut niin, että laitteen saa yleensä halvemmalla valmiina kuin itse rakentamalla. Itserakentamisen etuja ovat tietenkin asioiden oppiminen ja tekemisen ilo. Ja joitakin laitteita ei yksinkertaisesti ole saatavina valmiina. Antennien rakentaminen on poikkeus: siinä voi tekemisen ilon saamisen lisäksi säästää rahaa. Samoin usein unohdetun aseman osan, syöttöjohdon, voi tehdä itse ja säästää rahaa. Samalla pääsee nauttimaan itse tehdyn syöttöjohdon, avolinjan, hyvistä ominaisuuksista.

Syöttöjohtojen historiaa

Yksilankasyöttö

Kuva 1. Radioamatööritoiminnan alkuaikojen suosittuja lanka-antenneja: (a) yksilankasyöttöinen päästä syötetty Hertz, (b) avojohdolla syötetty Zepp ja (c) avojohdolla keskeltä syötetty dipoli (doublet).

Radioamatööritoiminnan alkuaikoina 1900…1930-luvuilla kuparijohto oli suhteessa huomattavasti arvokkaampaa kuin nykyään. Harrastelijat pyrkivät sen vuoksi tulemaan toimeen mahdollisimman vähällä, ja kaikkein yksinkertaisin ja halvin vaihtoehto antennin syöttämiseen oli yksilankasyöttö. Tämän ajan suosittu antenni oli päästä syötetty Hertz (kuva 1a) /1, 2/; sen suosio säilyi pitkään, Suomessa jopa 1960-luvulle asti. Se muodostui yhdestä langasta, joka jakaantui varsinaiseksi antenniksi ja syöttöjohdoksi. Langan kokonaispituus oli noin puoli aallonpituutta alimmalla käytetyllä taajuudella; antennia voitiin käyttää myös ylemmillä harmonisilla taajuuksilla. Vaakasuora antenniosuus pyrittiin tekemään mahdollisimman pitkäksi ja syöttöjohdon pituus määräytyi tarpeen mukaan. Koko lanka, siis myös syöttöjohto-osuus, toimi säteilijänä, ja tämä saattoi aiheuttaa ongelmia, kuten RF-häiriöitä.

Toinen yksilankasyöttöinen antenni oli Windom, jossa on puolenaallon pituinen säteilijä, jota tosin syötetään 14 % keskikohdan sivusta /3/. Syynä on se, että näillä main syöttökohdan impedanssi vastaa syöttölangan impedanssia, joka on joitakin satoja ohmeja. Tavoitteena oli, että syöttöjohto ei säteilisi, vaan kaikki energia siirtyisi säteilijään. Tämä ei varmaankaan toteutunut kaikilla työskentelytaajuuksilla. Nykyään kutsutaan koaksiaalisyöttöisiä OCF (Off Center Fed)-dipoleita virheellisesti Windom-antenneiksi. Koaksiaalisyötön lisäksi niiden erona aitoon Windomiin on se, että säteilijä koostuu kahdesta osasta eli se ei ole yksi yhtenäinen lanka.

Avolinja

Yksilankasyötön ongelmia ratkaisi avolinja. Se on symmetrinen syöttöjohto, joka koostuu kahdesta langasta. Koska symmetrisen avolinjan kahdessa johtimessa kulkee saman suuruiset mutta vastakkaisvaiheiset virrat, kumoavat näistä virroista koituvat säteilyosuudet toisensa, eikä avolinja kokonaisuutena näin ollen säteile. Avolinjaa voitiin käyttää mm. Zepp-antennin syöttämiseen (kuva 1b). Antennin nimi juontuu Zeppelin-ilmalaivoista, joissa sitä käytettiin. Zeppiä syötettiin päästä ja vain toinen avolinjan johtimista kytkettiin säteilijään; toinen johdin jatkui samalle korkeudelle, mutta sitä ei kytketty mihinkään.

Toinen, edelleen laajassa käytössä oleva, avolinjalla syötettävä antenni on keskeltä syötetty dipoli (kuva 1c). Dipolin pituus on puoliaallonpituutta matalimmalla käytettävällä taajuudella, ja sitä voidaan käyttää kaikilla tätä korkeammilla taajuuksilla. Avolinjan monialuekäytön eduista lisää myöhemmin.

Sekä yksilanka- että avolinjasyötössä esiintyy johtimissa myös hyvin korkeita jännitteitä. Siksi niiden täytyy kulkea hyvin eristettyinä ja riittävän kaukana ympäröivistä rakenteista.

Parijohdot

Erityyppisiä parijohtoja on myös käytetty syöttöjohtoina. Ne ovat periaatteeltaan avolinjoja, mutta niissä johtimet on valettu muoviin, joka tukevoittaa parijohdon rakennetta ja toimii eristimenä. Myös kierrettyä parijohtoa on käytetty syöttöjohtona.

Koaksiaalikaapeli

Koaksiaalikaapelin periaate keksittiin jo 1800-luvulla, ja Oliver Heaviside patentoikin sen Englannissa jo vuonna 1880. Kesti kuitenkin muutamia kymmeniä vuosia ennen kuin nykyistä muistuttava, käytännöllinen koaksiaalikaapeli keksittiin. Sen patentoivat vuonna 1929 AT&T:n insinöörit Lloyd Espenschied ja H. A. Affel /4/. Aluksi uusi TV-tekniikka vaati suojatun siirtojohdon, jonka kaistanleveys olisi suurempi kuin siihenastisten siirtojohtojen. Myöhemmin 1930-luvulla ja toisen maailmansodan aikana tutkatekniikan ja muiden RF-tekniikoiden kehitys loi tarpeen koaksiaalikaapelin ja siihen sopivien liitinten kehitykselle ja laajamittaiselle käytölle.

Sodan jälkeen radioamatööritoiminta alkoi palautua normaaliksi. Erityisesti Yhdysvalloissa vapautui valtava määrä armeijan ylijäämäkoaksiaalikaapelia markkinoille ja löysi nopeasti tiensä radioamatöörien käyttöön. Radioamatöörit arvostivat koaksiaalikaapelin etuja entisiin syöttöjohtoihin verrattuna: sen soveltuvuus pyörivien suunta-antennien syöttöön sekä suojatun kaapelin huolettomuus johdettaessa se kiinteiden rakenteiden ohi antenniin. Suomessa ei vastaavaa armeijan ylijäämää ollut. Koaksiaalikaapeli oli ollut sotakäytössä vain erikoiskohteissa, kuten esimerkiksi lentokoneradioissa. 1950-luvun Yhdysvalloissa RG/U-tyyppiset koaksiaalikaapelit olivatkin yleisessä radioamatöörikäytössä /5, 6/. Suomessa koaksiaalikaapeli oli kyllä tunnettu, mutta oletuksena syöttöjohtona käytettiin avolinjaa tai esimerkiksi 300 ohmin parijohtoa /7/. Näin jatkuikin pitkälle 1960-luvulle asti, jolloin japanilaiset radiot UHF-antenniliittimineen tulivat markkinoille, ja koaksiaalikaapelin käyttö esimerkiksi TV-antenniasennuksissa alkoi yleistyä.

Syöttöjohtojen rakenne

Koaksiaalikaapeli

Kuva 2. Yleisimpiä syöttöjohtoja: (a) koaksiaalikaapeli, (b) 450 Ω:n parijohto ja (c) avolinja.

Kuvassa 2 on esitetty erityyppisten syöttöjohtojen rakenne. Ylimpänä (a) on koaksiaalikaapelin leikkauskuva. Siitä nähdään koaksiaalikaapelin pääosat: keskijohdin ja ulkovaippa, niiden välissä oleva eriste sekä uloimpana oleva suojakuori.  Koaksiaalikaapelin tärkeimmät ominaisuudet määräytyvät keskijohtimen ulkohalkaisijan (d), ulkovaipan sisähalkaisijan (D) sekä eristeen sähköisten ominaisuuksien perusteella. Radiotaajuinen energia kulkee pääasiassa koaksiaalikaapelin eristeessä keskijohtimen ulkopinnan ja ulkovaipan sisäpinnan välissä. Tähän perustuu se, että koaksiaalikaapeli ei säteile kuljettamiaan sähkömagneettisia aaltoja ympärilleen. Myöskään ulkoiset häiriöt eivät pääse sisään eivätkä ulkoiset esineet häiritse koaksiaalikaapelin toimintaa. Ulkovaippa voi olla myös kaksinkertainen, ja sen suojavaikutus voi olla jopa yli 90 dB.

Koaksiaalikaapelin häviöt voi jakaa kolmeen osaan: säteilyhäviöt, ohmiset häviöt ja eristehäviöt. Näistä ensimmäinen on vaipan hyvän suojauksen ansiosta yleensä häviävän pieni. Ohmiset häviöt ovat verrannollisia kaapelissa kulkevan virran neliöön, eli virran kaksinkertaistuessa häviöt nelinkertaistuvat. Koska taajuuden noustessa yhä ohuempi kerros kummankin johtimen pinnasta toimii sähkön johteena, kasvavat ohmiset häviöt myös taajuuden noustessa. Eristehäviöt riippuvat johdinten välisestä jännitteestä sekä eristemateriaalin sähköisistä ominaisuuksista. Esimerkiksi kaapelityypin RG-213 eriste on kiinteää polyeteeniä ja sen häviö 100 MHz:n taajuudella on 6,9 dB/100 m. Saman paksuisessa RG-8-kaapelissa on eristemateriaalina vaahdotettu polyeteeni, ja sen häviö 100 MHz:n taajuudella on vain 3,9 dB/100m. Samalla tosin syöttöjohdon jännitteenkestävyys laskee 3,7 kilovoltista vain 300 volttiin. Tämä vaikuttaa rajoittavasti siirrettävään tehoon. Koaksiaalikaapelien tyypillisiä ominaisimpedansseja ovat 50 Ω ja 75 Ω, mutta muitakin ominaisimpedansseja on olemassa.

Parijohto

Keskimmäisenä (b) kuvassa 2 on parijohto. Siinä on kaksi johdinta, jotka on upotettu eristemateriaaliin (yleensä polyeteeniä). Eristeeseen on tehty aukkoja, joiden tarkoituksena on lisätä vähähäviöisen ilman osuutta eristeessä. Kuvassa on noin tuuman levyinen ”tikapuujohto” tai ”ikkunajohto” (”window line”), jonka ominaisimpedanssi on 450 Ω. Parijohtoa on saatavissa myös kapeampana, ominaisimpedanssiltaan 300 Ω:n, lähetyskäyttöön tarkoitettuna parijohtona. Myös vastaanottokäyttöön tarkoitettu 300 Ω:n parijohto, ”lapamato”, sopii radioamatöörikäyttöön; se kestää matalat lähetystehot hyvin. Myös ominaisimpedanssiltaan 75 Ω:n parijohtoa on olemassa; sen saatavuus on tosin huono.

Avolinja

Kuvassa 2 alimpana (c) on esitetty avolinja. Se koostuu kahdesta johtimesta, jotka pidetään toisistaan vakioetäisyydellä yksittäisillä eristimillä. Avolinjan eristemateriaali on pääasiassa ilma. Tämän ansiosta eristehäviöt on saatu minimoitua, ja käytännössä ainoat häviöt syntyvätkin johdinten resistanssista.

Kuten parijohdon, avolinjankin symmetrisyys kärsii, jos toinen johdin kulkee lähempänä kiinteää rakennetta, esimerkiksi metallista ikkunalautaa, kuin toinen johdin. Siksi nämä asettavatkin asentamiselle huomattavasti koaksiaalikaapelia suurempia rajoituksia. On myös otettava huomioon johtimissa lähetyskäytössä olevat korkeat jännitteet. Siksi parijohdot ja avolinjat on suojattava tahattomalta koskettamiselta. Koaksiaalikaapeleillahan tämä ei ole ongelma, koska oikein käytettynä kaapelissa kulkeva RF-energia ei vaikuta lainkaan kaapelin ulkopuolella.

Avojohdon edut

Kuva 3. SAS:n aiheuttama lisähäviö syöttöjohdossa, kun SAS ja sovitetun (SAS = 1:1) syöttöjohdon häviö on tunnettu /8/. Kaaviossa on käytetty logaritmista asteikkoa, jotta erot tulevat pienilläkin lukuarvoilla hyvin näkyviin.

Koaksiaalikaapelin edut ovat kiistattomat. Niiden ansiosta se onkin levinnyt niin yleiseen käyttöön. Koaksiaalikaapeli on huoletonta: se voi kulkea pitkiä matkoja sähköä johtavien rakenteiden, esimerkiksi teräsmaston, päällä, pyörivien suunta-antennien syöttäminen sillä on helppoa, ylimääräisen kaapelin voi laittaa kiepille, se on tunteeton ulkopuolisille häiriöille eikä se oikein käytettynä aiheuta itsekään häiriöitä, ja lopuksi, kaapelin pinnalla ei ole missään käyttöolosuhteissa vaarallisia jännitteitä. Kaikki nämä ovat parijohdon tai avolinjan käytössä ongelmia. Avojohdot ovat kuitenkin monessa suhteessa parempia kuin koaksiaalikaapeli.

Pienet syöttöjohtohäviöt

Kuva 3 /8/ esittää syöttöjohdon lisähäviön, kun syöttöjohdon seisovanaallonsuhde (SAS, SWR) ja sovitettu häviö (SAS=1:1) on tunnettu. Jos esimerkiksi syöttöjohdon häviö sovitettuna on 1 dB, ja SAS on 2:1, on lisähäviö 0,2 dB. SAS:n ollessa 5:1 on lisähäviö 1 dB. Kokonaishäviö on yksinkertaisesti sovitetun häviön ja lisähäviön summa eli näissä tapauksissa 1,2 dB ja 2 dB. Huomataan, että SAS:n ollessa vielä suurempi, on lisähäviö pian kestämättömän suuri.

Kuva 4. Syöttöjohdon kokonaishäviö (vaimennus) eri syöttöjohdoilla (koaksiaalikaapelit RG-58 ja RG-213, 450 Ω:n parijohto sekä 600 Ω:n avolinja) SAS:n eri arvoilla. Taajuus f = 10 MHz ja syöttöjohdon pituus l = 30 m. Kuvaan on merkitty katkoviivalla 3 dB:n raja. Tällöin vain puolet lähetystehosta pääsee syöttöjohdon läpi.

Kuva 4 on vielä havainnollisempi esitys syöttöjohtohäviöistä. Se esittää 30 m pituisten syöttöjohtojen (RG-58, RG-213, 450 Ω:n parijohto ja 600 Ω:n avolinja) kokonaishäviön 10 MHz:n taajuudella eri SAS:n arvoilla. Kuvaan on katkoviivalla merkitty 3 dB:n raja. Häviöiden ollessa 3 dB vain puolet lähettimen tehosta pääsee antenniin asti. 100 watin lähetystehosta siis 50 wattia muuttuu syöttöjohdossa lämmöksi. Tätä 3 dB:n rajaa voidaan pitää hyväksyttävien syöttöjohtohäviöiden ylärajana. Nähdään, että ohut koaksiaalikaapeli RG-58 ylittää 3 dB:n rajan jo SAS:n arvolla 9. Paksumpi koaksiaalikaapeli RG-213 saavuttaa sekin rajan jo seisovanaallonsuhteella 15. Parijohto ja avolinja sen sijaan pysyvät rajan alapuolella vielä äärimmäisen korkeilla SAS:n arvoillakin.

Kuvasta 4 havaitaan, että korkea SAS ei sinänsä aiheuta syöttöjohtohäviöitä, vaan syntyvät häviöt ovat syöttöjohdon ominaisuus. SAS riippuu yleensä syöttöjohdon sovituksesta antenniin. Jos tämä sovitus ei ole täydellinen (SAS>1:1), kasvaa syöttöjohdossa vaikuttavat jännitteet ja virrat. Tämä taas lisää sekä eriste- että ohmisia häviöitä. Riippuu syöttöjohdon rakenteesta, kuinka suuria nämä häviöt ovat. Seisovanaallonsuhteen ollessa 10:1 on kuvan 4 esimerkissä koaksiaalikaapelin RG-58 häviö hieman yli 3 dB, kun taas 600 Ω:n avolinjan häviö samoissa olosuhteissa on vain 0,3 dB.

Suuri jännitteenkestävyys

Syöttöjohtohäviöiden lisäksi korkea SAS lisää syöttöjohdossa vaikuttavaa huippujännitettä. Ohmin laista johtamalla saadaan huippujännite syöttöjohdon alkupäässä

missä P on syöttöjohtoon johdettava teho watteina ja Z syöttöjohdon ominaisimpedanssi ohmeina. Tässä oletetaan, että syöttöjohtoon johdettava vaihtojännite on sinimuotoista.

Syöttöjohdossa vaikuttavat yhtäaikaisesti kohti kuormaa etenevä jännite sekä kuorman epäsovituksen vuoksi takaisinpäin heijastunut jännite. Syöttöjohdon jokaisessa pisteessä näiden kahden jännitteen (vektori)summa määrää jännitteen tässä pisteessä. Tuloksena syntyy seisovia aaltoja, joiden suuruus riippuu kuorman (epä)sovituksesta. Tätä kuvataan yleisesti seisovanaallonsuhteella (SAS, SWR). Wikipediassa (https://en.wikipedia.org/wiki/Standing_wave_ratio) on esitetty havainnollinen animaatio seisovien aaltojen syntymisestä syöttöjohdossa. Tämä kannattaa ehdottomasti käydä katsomassa.

Ottamalla käyttöön uusi käsite, heijastuskerroin , saadaan etenevän ja heijastuneen huippujännitteen summa eli

.

Tässä on heijastuskertoimen itseisarvo, joka voi saada arvon väliltä 0 (ei yhtään heijastunutta tehoa) ja 1 (kaikki teho heijastuu takaisin). Syöttöjohto oletetaan häviöttömäksi.

Yllä olevan heijastuskertoimen itseisarvon ja seisovanaallonsuhteen (SAS) välinen yhteys on:

.

Käyttämällä tätä on ylläoleva huippujännite

.
Kuva 5. Eri syöttöjohtojen (50 Ω:n koaksiaalikaapeli, 450 Ω:n parijohto sekä 600 Ω:n avolinja) eristeessä vaikuttavat huippujännitteet SAS:n eri arvoilla lähetystehon ollessa 100 W (yhtenäiset viivat) tai 1000 W (katkoviivat). Huomaa, että käyrä 50 Ω / 1000 W on lähes näkymättömissä käyrien 450 Ω / 100 W ja 600 Ω / 100 W välissä.

Kuvassa 5 on esitetty syöttöjohdossa vaikuttava huippujännite eli suurin mahdollinen jännitepiikki, kun seisovanaallonsuhde tunnetaan. Tämä huippujännite riippuu tietenkin lähetystehosta, mutta sen lisäksi syöttöjohdon impedanssista. Nähdään, että huippujännite nousee sekä seisovanaallonsuhteen, lähetystehon että syöttöjohdon impedanssin kasvaessa. Yleensä tämä ei ole ongelma, mutta joskus huippujännite on otettava huomioon. Työskenneltäessä 100 W:n lähetysteholla ja käytettäessä 50 Ω:n koaksiaalikaapelia on kohtuullisella seisovanaallonsuhteella (SAS<3:1) syöttöjohdossa vaikuttava huippujännite alle 200 V. Kaikki koaksiaalikaapelit kestävät tämän. Jos sen sijaan lähetysteho on 1000 W ja SAS korkea, eivät kaikkien koaksiaalikaapelien eristeet enää kestä tätä, vaan syntyy läpilyöntejä, ja kaapeli saattaa vahingoittua. Näissä käyttöolosuhteissa kaapeli voi myös ylikuumentua, mikä samoin johtaa sen vahingoittumiseen. Kuvasta 5 huomataan myös, että 600 Ω:n avolinjassa vaikuttavat kaikkein korkeimmat huippujännitteet, 1000 W:n lähetysteholla jopa kilovoltteja. Avojohdoilla onkin myös kaikkein suurin jännitteenkestävyys: 600 Ω:n avolinjalla 12 kV. Tosin tämän tasoiset jännitteet ovat lähettimen ja syöttöjohdon väliselle antenninsovituslaitteelle yleensä liikaa.

Arvioitaessa syöttöjohdon tehonkestävyyttä merkitsevää ei ole valmistajan ilmoittama tehonkestävyys (yleensä ilmoitettu vain SAS:n ollessa 1:1), vaan johdon jännitteenkestävyys ja käyttöolosuhteissa johdossa esiintyvä huippujännite.

Pienihäviöinen myös korkeilla taajuuksilla

Kuva 6. Syöttöjohtojen (koaksiaalikaapelit RG-58 ja RG-213, 450 Ω:n parijohto sekä 600 Ω:n avolinja) vaimennus taajuuden eri arvoilla, kun SAS = 1:1 ja syöttöjohdon pituus l = 30 m.

Syöttöjohtohäviöt riippuvat myös taajuudesta; mitä korkeampi taajuus, sitä suuremmat häviöt. Kuvassa 6 /8/ on esitetty syöttöjohtohäviöiden riippuvuus taajuudesta erityyppisillä syöttöjohdoilla, kun syöttöjohto on sovitettu antenniin (SAS=1:1) ja sen pituus on 30 m. Nähdään, että VHF-alueella taajuuden ollessa yli 100 MHz koaksiaalikaapeleiden RG-58 ja RG-213 häviöt alkavat olla hyväksymättömän suuria. Niiden tilalle onkin syytä etsiä vähähäviöisempiä kaapeleita. HF-alueella (3…30 MHz) niiden häviöt taas ovat hyväksyttävällä tasolla. Parijohdon ja avolinjan häviöt ovat HF-alueella häviävän pieniä. Ne soveltuisivat pienten häviöidensä perusteella käytettäviksi myös VHF-alueella, mutta niitä ei juurikaan käytetä HF-aluetta korkeammilla taajuuksilla. Pääasiallinen syy tähän on se, että johdinten välinen etäisyys alkaa taajuuden kasvaessa lähestyä aallonpituutta, ja avolinja rupeaa säteilemään. Nyrkkisääntö on, että johdinten välisen etäisyyden tulee olla pienempi kuin aallonpituuden sadasosa. 10 m:n alueella tämä on 100 mm ja kahdella metrillä 20 mm. Avojohtojen käyttäminen VHF-alueelle tyypillisten pyörivien suunta-antennien kanssa on myös hankalaa.

Miten käyttää avojohtoja?

Miten ja miksi sitten käyttää avojohtoja? Jos koaksiaalikaapelin käyttäminen on jostakin syystä välttämätöntä, silloin tietenkin valitaan syöttöjohdoksi koaksiaalikaapeli. On kuitenkin olemassa useita kohteita, joissa koaksiaalikaapelin käyttäminen ei ole välttämätöntä. Näissä kohteissa on hyvä harkita avojohdon valintaa syöttöjohdoksi.

Edellä mainitut edut tekevät avolinjasta ja parijohdosta ylivoimaiset syötettäessä epävireisiä antenneja. SAS voi olla hyvin suuri (SAS>10:1), mutta avojohtojen syöttöjohtohäviöt ovat silti kohtuulliset koaksiaalikaapelin häviöihin verrattuina (ks. kuva 4). Esimerkiksi näin voi syöttää monialuedipolia. Syöttöjohdon alapään impedanssi sovitetaan antenninsovituslaitteella lähettimen ulostuloimpedanssiin ja näin voidaan käyttää samaa dipolia kaikilla bandeilla. SAS voi olla syöttöjohdossa hyvinkin korkea, mutta koska avojohdot ovat niin pienihäviöisiä, sillä ei ole merkitystä. Olen itse käyttänyt tällaista monialuedipolia jo monta vuotta kaikilla bandeilla 40…6 m, ja nyt, yli 6000 QSO:a ja 160 DXCC-maata myöhemmin, voin sanoa, että se toimii /9/.

Avojohtoja voi käyttää myös vireisten antennien syöttämiseen. Jos antennin syöttöpiste on sovitettu syöttöjohdon impedanssiin (SAS=1:1), on niiden häviö HF-alueella olemattoman pieni (ks. kuva 6). Tämä on hyvä ominaisuus, jos syöttöjohdon on oltava pitkä.

Avojohtojen, sekä parijohdon että avolinjan, rajoituksista merkittävin on, että niiden täytyy kulkea erillään kaikista rakenteista. Sähköä johtavat rakenteet voivat nimittäin vaikuttaa avojohdon ympärillä olevaan sähkömagneettiseen kenttään. Erityisen haitallista tämä on, jos ulkopuolinen rakenne vaikuttaa yhteen johtimeen enemmän kuin toiseen. Tällöin avojohdon symmetrisyys kärsii ja se alkaa säteillä. Nyrkkisääntö on, että avojohdon etäisyyden ulkoisista rakenteista tulee olla vähintään kaksi kertaa johtimien etäisyys toisistaan.

Avolinjan ja parijohdon välillä syöttöjohtoina ei ole suurta eroa. Parijohtoa on myytävänä metritavarana, mutta avolinja täytyy rakentaa itse.

Avolinjan rakentaminen

Avolinja on rakenteeltaan hyvin yksinkertainen: kaksi johdinta ja niitä erillään pitävät eristimet. Johtimet voivat olla periaatteessa mitä tahansa sähköjohtoa, eristettyä tai eristämätöntä. Johtimen halkaisija voi myös olla melkein mikä tahansa. Ohuesta kuparilangasta voi tehdä lähes näkymättömän avolinjan ja käyttämällä paksua kuparijohdinta voi minimoida avolinjan ohmiset häviöt.

Eristimien ainoat vaatimukset ovat, että ne ovat eristävää materiaalia ja että ne soveltuvat mekaanisesti tehtäväänsä. Barry, W6YE, on koonnut vuosien mittaan QST:ssä julkaistut ratkaisut avolinjan eristimeksi (44 kpl!) ja esittää oman sarjavalmistettavan konstruktionsa /10/. Eristimiä voi myös ostaa valmiina. Nämä valmiit eristimet on yleensä valmistettu muovista ja johdin voidaan nipistää niiden päihin. Parhaat eristimet ovat keraamisia. Jos niitä löytää, saa niistä myös maksaa paljon, mutta tämä menee mielestäni jo hifistelyn puolelle.

Kuva 7. Avolinjan ominaisimpedanssi johtimien välimatkan eri arvoilla yleisimpiä sähköjohtokokoja käytettäessä.

Avolinjan tarkan impedanssin tietäminen ei yleensä ole tarpeen. Kuvassa 7 on kuitenkin esitetty impedanssin riippuvuus johdinten välisestä etäisyydestä yleisimpiä sähköjohdinkokoja käytettäessä. Kuvasta nähdään, että impedanssi kasvaa johdinten välisen etäisyyden kasvaessa, mutta pienenee johdinten poikkipinta-alan kasvaessa.

Avolinjan johtimina voi käyttää esimerkiksi 1,5 mm²:n MK-asennusjohtoa (muutamalankainen johdin). Sen hinta on edullisimmillaan n. 0,40€ / m. Valmiina ostettavat eristimet maksavat noin 1 € / kpl. Näillä tarvikkeilla 30 m:n avolinja (eristimet 500 mm:n välein) tulee maksamaan (60* 0,40 + 60 * 1) € = 84 € eli 2,80 € / m. Tähän hintaan saa edullisia koaksiaalikaapeleita (esim. RG-213), mutta vähähäviöiset koaksiaalikaapelit maksavat kaksinkertaisesti kuin tämä tai jopa enemmän. Tekemällä eristimet itse voi säästää niiden hankinnassa, ja jos sopivaa johdinta on jo valmiiksi, voi avolinja olla käytännössä ilmainen.

Avolinjan tai parijohdon käyttäminen syöttöjohtona edellyttää antenninsovituslaitetta, joka sovittaa epäsymmetrisen lähettimen symmetriseen syöttöjohtoon ja tekee myös tarvittavan impedanssimuutoksen näiden välillä. Yksinkertaisimmillaan tämä voi olla rigin sisäisen tai ulkoisen automaattisovittimen perään kytketty baluuni, johon syöttöjohto kytketään. Parempi vaihtoehto on kuitenkin symmetrinen antenninsovituslaite, joka on tarkoitettu symmetriselle syöttöjohdolle.

Kiitokset Karille, OH2NAS, ja Reinolle, OH2HK, syöttöjohtojen OH-historian valottamisesta.

Lähteet

1.    Holland Carter, W4ADE, “The End-Fed Hertz”, QST Dec 1951, ss. 48…49, 114.

2.    W.W. Smith (toim.), ”The Radio Antenna Handbook”, Radio Ltd., Los Angeles, 1936.

3.    L.G. Windom, W8GZ/W8ZG, “Notes on Ethereal Adornments”, QST Sep 1929, ss. 19…22, 84.

4.    Gil McElroy, VE1PKD, “A Short History of Coaxial Cable”, QST Aug 2001, ss. 62…64.

5.    Byron Goodman, W1DX, "My Feedline Tunes My Antenna!", QST Mar 1956, ss. 49...51, 124.

6.    Lewis G. McCoy, W1ICP, ” Choosing a Transmission Line, Part 1 of 2”, QST Dec 1959, ss. 42…45, 194.

7.    Paavo Kotilainen, OH2QZ, ”Syöttöjohdoista”, RA 6/1950, ss. 4…7.

8.    Ward H. Silver, NØAX, (toim.), The ARRL Antenna Book, 22. painos, 2011, ARRL, Newington, CT.

9.    Tomi Helpiö, OH2ID, ”City-antenni”, RA 4/2012, ss. 11…12.

10.    Barry Shackleford, W6YE, “Custom Open-wire Line -- It's a Snap”, QST Jul 2011, ss. 33…36.

Julkaistu CC BY-NC-ND 4.0 -lisenssillä.