Perusluokan palsta 2015-19/ZL Special ja Ruokounelma

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

ZL Special ja Ruokounelma

Kun on aikansa työskennellyt dipolilla tai muulla yksielementtisellä lanka-antennilla, tekee varmasti mieli kokeilla jotakin tehokkaampaa antennia. Haaveissa saattaa siinnellä korkea masto, jossa pyörivät uutuuttaan kiiltelevät alumiiniyagit. Jos tuhansien eurojen käyttäminen tämän unelman toteuttamiseksi ei vain tule kysymykseen, on onneksi olemassa huomattavasti edullisempiakin vaihtoehtoja.

ZL Special

ZL Special on ZL3MH:n vuonna 1949 Uudessa Seelannissa kehittämä kaksielementtinen suunta-antenni. Se koostuu kahdesta noin puolenaallon pituisesta taittodipolielementistä, säteilijästä ja heijastajasta, jotka ovat toisistaan noin λ/8:n etäisyydellä. Heijastaja on noin 5 % säteilijää pidempi.

Kuva 1. ZL Specialin piirustus. Mitat A…E kullekin bandille löytyvät Taulukosta 1.

Taittodipolit muodostuvat antennilangasta, joka tekee yhtenäisen lenkin. Kussakin taittodipolin päässä antenni on kiinnitetty kahden antennieristimen avulla kannatusrakenteeseen. Taittodipolit on kytketty toisiinsa vaiheistuslinjalla, ristiin menevällä 300 Ω:n TV-parijohdolla, ja syöttöpiste on säteilijän keskellä. Taittodipolin sisemmän langan keskikohdassa puolikkaat kiinnitetään antennieristimeen ja vaiheistuslinja juotetaan eristimen kummallakin puolella kiinni antennijohtoon (kuva 1).

Syöttöpisteen impedanssi on noin 70 ohmia. Syöttöjohtona voi tosin käyttää hyvälaatuista 50 ohmin koaksiaalikaapelia.

Antennin pääsäteilysuunta on kohtisuorassa säteilijää kohti antennista poispäin. Tällaisen antennin voi rakentaa riippukeinun näköiseksi, ripustaa sen päistään esimerkiksi puihin ja varustaa sen naruilla, joilla sen voi kääntää pituusakselinsa ympäri 180°. Näin antennin pääsuunta voi olla suunnilleen Euroopan suuntaan, ja haluttaessa sen voi kiepsauttaa ympäri, jolloin eurooppalaiset asemat hiljenevät ja pohjois-amerikkalaiset vastaavasti voimistuvat. Tämän konstruktion etu on, että antennin voi helposti rakentaa alemmille bandeille 30 ja 40 m. Näillä bandeilla yleisin antenni on yksielementtinen, puoliaaltodipoli tai vastaava, ja siksi kaksi elementtiä antavat merkittävän edun muihin asemiin verrattuna.

ZL Specialin luvattu vahvistus on noin 4 dBd (eli puoliaaltodipoliin verrattuna), mutta luvattu etu/taka-suhde on jopa 20 dB (eli 100).

Antennin mitat on esitetty Taulukossa 1. Mitat on laskettu kunkin bandin alkupäähän, CW-alueelle. Antenni on kuitenkin niin laajakaistainen, että se kattaa hyvin myös SSB-alueen.

Kuva 2. EZNEC-mallinnuksen tulokset: 40 metrin ZL Special verrattuna puoliaaltodipoliin puolen aallonpituuden asennuskorkeudessa keskivertomaan yläpuolella, ylempänä vaakasäteilykuvio (azimuth) ja alempana pystysäteilykuvio (elevation). Uloin rengas (0 dB) on 11,37 dBi.

Antennin voi tehdä myös alumiiniputkesta. Erityisesti VHF- ja UHF-taajuuksilla tämä saattaa olla perusteltua.

Taulukko 1. ZL Specialin mitat.

f [MHz]	A [m]	B [m]	C [m]	D [m]	E [m]
7,05	18,94	19,33	4,37	5,27	4,76
10,11	13,20	13,48	3,04	3,68	3,32
14,05	9,50	9,70	2,19	2,65	2,39
18,07	7,39	7,54	1,70	2,06	1,86
21,05	6,34	6,47	1,46	1,77	1,59
24,9	5,36	5,47	1,24	1,49	1,35
28,05	4,76	4,86	1,10	1,33	1,20

Mitoitustaajuudet ovat kunkin bandin alkupäässä, CW-alueella. Taittodipolien ansiosta antenni on kuitenkin niin laajakaistainen, että se toimii hyvin koko bandilla. Antennin voi kuitenkin mitoittaa halutulle taajuudelle seuraavasti: A säteilijä [m] = 133,5 / f [MHz], B heijastaja = 136,3 / f, C elementtien sisempien lankojen välinen etäisyys = 30,8 / f, D elementtien ulompien lankojen välinen etäisyys = 37,2 / f, E vaiheistuslinjan pituus = 33,5 / f. On huomattava, että vaiheistuslinjan pituus on suurempi kuin taittodipolien välinen etäisyys.

Kuvassa 2 on esitetty EZNEC-simulointien tulokset. Tässä on verrattu 40 m:n ZL Specialia ja puoliaaltodipolia puolen aallonpituuden asennuskorkeudessa. Nähdään, että ZL Specialin vahvistus on noin 3 dB eli kaksinkertainen puoliaaltodipoliin verrattuna. Etu/taka-suhde on puolestaan noin 14 dB. Molemmat arvot ovat hieman pienempiä kuin kirjallisuudessa esitetyt, mutta antanevat realistisen kuvan suorituskyvystä tavanomaisissa asennuspaikoissa.

The Scotsman’s Delight

Kuva 3. The Scotsman’s Delight / Ruokounelman piirustus. Mitat A…C kullekin bandille löytyvät Taulukosta 2.

Lew McCoy, W1ICP, esitteli vuonna 1962 QST:ssä bamburungolle 300 Ω:n parijohdosta teipatun ”The Scotsman’s Delight”-antennin (kuva 3). Se perustuu edellä esitettyyn ZL Special-konseptiin. Antennin mitat on esitetty Taulukossa 2. Antennille luvataan noin 3 dBd:n vahvistus ja noin 18 dB:n etu/taka-suhde.

Taulukko 2. The Scotsman’s Delightin mitat.

f [MHz]	A [m]	B [m]	C [m]
14,05	9,50	9,70	2,39
18,07	7,39	7,54	1,86
21,05	6,34	6,47	1,59
24,90	5,36	5,47	1,35
28,05	4,76	4,86	1,20

Mitoitustaajuudet ovat jälleen kunkin bandin alapäässä. Antennin voi kuitenkin mitoittaa halutulle taajuudelle seuraavasti: A säteilijä [m] = 133,5 / f [MHz], B heijastaja = 136,3 / f, C vaiheistuslinjan pituus = 33,5 / f.

Ruokounelma

Suomeen tämä antenni rantautui 1970-luvun alussa, ja se ristittiin Ruokounelmaksi. Antenni oli siihen aikaan suosittu kokelasluokan radioamatöörien keskuudessa. Koska 15 metrin bandi oli ainoa kokelaiden käytössä oleva yläbandi, suurin osa Ruokounelmista tehtiin juuri tälle bandille. Sen mitat ovat samat kuin jo Taulukossa 2 esitetyt. Kuten ZL Specialkin, on Ruokounelma yhden bandin antenni. Nyt auringonpilkkuminimin aikaan voi olla perusteltua valita jokin bandeista 20, 17 tai 15 metriä mieluummin kuin 12 tai 10 metriä.

Kuva 4. 15 metrin Ruokounelman runkorakenne. Tämän voi samalla periaatteella mitoittaa myös muille bandeille.

Kuvassa 4 on esitetty yksi mahdollinen antennin runkorakenne. Sitä voi hyvin soveltaa käytössä olevien materiaalien mukaan. Puomi ja siihen puuruuveilla liitetyt poikkituet on valmistettu 39 x 66 mm:n kertopuusta, jota käytetään yleisesti talonrakennuksessa väliseinien runkotolppana. Se on valmistettu havupuuviiluista liimaamalla, ja sen jäykkyys, suoruus ja mittatarkkuus ovat huomattavasti parempia kuin vastaavalla höylätyllä sahatavaralla. Se ei ole myöskään merkittävästi kalliimpaa. Tähän runkoon kiinnitetään sitten ongenvavat. Aikaisemmissa rakennusselostuksissa on suositeltu käytettäväksi tähän tarkoitukseen eristysnauhaa, mutta kestävämpi kiinnitys syntyy käyttämällä nippusiteitä. Kukin vapa on noin 30 cm puurungon päällä.

Valmiiseen runkoon kiinnitetään sitten varsinainen parijohdosta tehty kuvan 2 mukainen antenni. Säteilijän ja heijastajan sisemmät johtimet katkaistaan keskeltä ja parin sentin pala eristystä poistetaan kummastakin johdon päästä. Näin syntyneessä raossa juotetaan vaiheistuslinja kiinni elementtiin, parijohdon sisempään johtimeen. Säteilijään syntyy näin syöttöpiste, jonka impedanssi on luokkaa 75 ohmia. Syöttöjohtona voi hyvin käyttää hyvälaatuista 50 ohmin koaksiaalikaapelia ilman että syöttöjohtohäviöt olisivat liian suuret.

Tämä TV-parijohto, ”lapamato”, oli takavuosina hyvin yleinen TV- ja ULA-antennien antennijohto. Siksi sen saatavuus oli hyvä. Muistan ostaneeni sitä 1980-luvun alussa paikallisesta TV/Radio-liikkeestä metritavarana. Jos tänä päivänä menee paikkakunnan Giganttiin kyselemään ”lapamatoa”, saa varmaan aikaan lähinnä hitaita katseita. Jos vielä löytää sitä jostakin, sitä kannattaa samalla ostaa varastoon. Jos sitä ei löydy mistään, ainakin Peter, DK1RP (http://www.dx-wire.de), valmistuttaa ja myy sitä hintaan 0,90 euroa/m. Tämän johdon nopeuskerroin on 0,82

Myös antennielementit voi kiinnittää runkoon nippusiteillä. Kiinnitettäessä antennielementtiä runkoon on huomattava, ettei parijohto ole kierroksella. Vain puomia pitkin kulkeva säteilijän ja heijastajan yhdistävä vaiheistuslinja tekee puoli kierrosta eli 180° akselinsa ympäri. Muuten parijohdot kulkevat rungon päällä tasaisesti. Elementtien päissä parijohdon puolikkaat juotetaan yhteen; tämän vuoksi on hyvä jättää jokaiseen päähän sentti ylimääräistä parikaapelia. Samoin vaiheistuslinja kannattaa katkaista pari senttiä liian pitkäksi, jotta päissä olisi riittävästi juotosvaraa.

Kuva 5. EZNEC-mallinnuksen tulokset: 15 metrin Ruokounelma verrattuna puoliaaltodipoliin puolen aallonpituuden asennuskorkeudessa keskivertomaan yläpuolella, ylempänä vaakasäteilykuvio (azimuth) ja alempana pystysäteilykuvio (elevation). Uloin rengas (0 dB) on 10,72 dBi.

Kaikki juotokset ja koaksiaalikaapelin pää on suojattava säänkestäviksi. Syöttöjohto on kiinnitettävä siten, ettei sen paino rasita juotoksia. Puuosat voi myös suojata säältä esimerkiksi maalilla.

Ruokounelman voi kiinnittää puomistaan olemassa olevaan mastoon tai sitä varten voi kiinnittää vaikka ulkoseinään TV-mastoputken. Antennin voi suunnata kiinteästi johonkin suuntaan tai sen voi käydä välillä käsin kääntämässä haluttuun suuntaan (ns. ”Armstrong”-rotaattori). Voipa maston varustaa sähköisellä rotaattorillakin. Tähän tarkoitukseen riittää halpa TV-antennirotaattori.

Vaikka kaikki antennin rakentamiseen tarvittavat tarvikkeet joutuisi ostamaan, kuluu sen rakentamiseen alle 50 euroa. Vastaavasti nurkissa lojuvia tarvikkeita käyttämällä ruokounelman voi rakentaa parikaapelin ja ongenvapojen hinnalla. Tämän parempaa hinta/laatu-suhdetta tuskin löytyy!

Kuvassa 5 on esitetty EZNEC-simulointien tulokset. Tässä on verrattu 15 m:n Ruokounelmaa ja puoliaaltodipolia puolen aallonpituuden asennuskorkeudessa. Huomataan, että säteilykuviot ovat hyvin samanlaisia kuin ZL Specialilla. Tämä ei olekaan yllättävää; onhan kyseessä lähes sama antenni. Ruokounelman vahvistus on noin 3 dB eli kaksinkertainen puoliaaltodipoliin verrattuna. Tämä vastaa kirjallisuudessa esitettyjä arvoja. Etu/taka-suhde on sen sijaan vain noin 10 dB.

Lähteet

Julkaistu CC BY-NC-ND 4.0 -lisenssillä.