TURVA/antennivinkit

Taustaa

Ensimmäisessä Turva-harjoituksessa vuonna 2003 HF-verkossa sanomat siirrettiin puheella. Verkon kapasiteetti oli hyvin pieni ja verkko ruuhkautui pahasti jo hyvin pienellä sanomamäärällä. Oli selvää, että jatkossa sanomat tulee siirtää digitaalisesti. Digitaalisella siirrolla voidaan saavuttaa kaksi hyvin merkittävää etua; nopeus ja varmuus siirrettyjen sanomien virheettömyydestä. Toistaiseksi on löytynyt kaksi Turva-käyttöön kelpaavaa digitaalista ratkaisua: RFSM-8000 ja WINMOR. Kumpikin takaa virheettömästi siirtyvät sanomat. Molemmat ovat ohjelmallisesti toteutettuja nykyaikaisia HF-modeemeja, jotka käyttävät PC:tä signaaliprosessorina ja tavallista äänikorttia A/D- ja D/A-muuntimena. Molemmat ohjelmistot ovat ilmaiseksi saatavilla ja toimivat Windowsissa. Erillisiä kalliita modeemeja ei siis tarvita. Siirtonopeus säätyy automaattisesti olosuhteiden mukaan. Normaaleilla päiväkeleillä kotimaanliikenteessä hyvillä asemilla virheettömät nettosiirtonopeudet ovat RFSM-8000:lla n. 1800 bittiä sekunnissa ja WINMOR:lla n. 1000 bittiä sekunnissa. Turva 2003 harjoituksessa muutaman lauseen sanomat veivät toistakymmentä minuuttia. RFSM-8000:lla tai WINMORilla tyypillisen SRAL bulletiinin kokoiset sanomat siirtyvät virheettä parissa minuutissa. Lisää tietoa RFSM-8000- ja WINMOR-digimodeista löytyy SRAL Turva-sivuilta ja wiki.ham.fi Turva-sivuilta.

RFSM-8000 ja WINMOR pääsevät hyviin nopeuksiin n. 15... 20 dB signaali-kohina- tai signaali-häiriösuhteella, joka riittää myös hyvään puheyhteyteen. Olosuhteiden huonontuessa siirto hidastuu ja luonnollisesti lopulta katkeaa. WINMOR toimii tarvittaessa huonommissa olosuhteissa kuin RFSM-8000. WINMORilla hitaat, mutta virheettömät datayhteydet ovat mahdollisia olosuhteissa, joissa puheyhteys ei käytännössä enää toimi. Tämä kyky on kuitenkin syytä jättää huonojen olosuhteiden varalle eikä ”ulosmitata” sitä jo normaaleissa olosuhteissa.

Turvan HF-verkossa puheyhteyksiä tarvitaan alkuvaiheessa kun verkkoja pystytetään ja tilannekuvaa vasta luodaan. Tositilanne poikkeaa kovasti harjoituksista; harjoituksissa verkot on suunniteltu etukäteen. Tositilanteessa verkot muodostuvat niistä asemista, jotka on saatu ääneen. Lisäksi valmius puheyhteyksiin tarvitaan myös sen varalta, että jollakin asemalla kaikki PC:t menevät rikki.

Kun verkkojen käyttämät taajuusalueet ja antennit mietitään sen mukaan, että puheyhteydet ovat mahdollisia, kulkee datakin liukkaasti.

HF-verkon haasteet

Turvan tulee kyetä toimimaan kaikkina vuorokauden- ja vuodenaikoina. Siksi HF-verkossa pitää olla valmius käyttää lähialueen yhteyksiin 3.5 MHz ja 1.8 MHz alueita. Jälkimmäistä tarvitaan usein pimeän aikaan. Pohjois-Suomen ja Etelä-Suomen välisiin yhteyksiin pitää varautua käyttämään päivällä 7 MHz ja 3.5 MHz alueita sekä yöllä 3.5 MHz ja 1.8 MHz alueita. 1.8 MHz alueen käyttö edellyttää todella pitkää antennia. Asialle ei vaan voi mitään – kepulikonstit eivät toimi. Auringonpilkkuminimin aikaan talviöinä lähiyhteyksien suurin käyttökelpoinen taajuus putoaa välillä jopa 1.8 MHz alapuolelle.

Kaikki HF-verkon asemat tarvitsevat ainakin kahdella bandilla toimivat antennit ja osa tarvitsee kolmen bandin antennit. Tärkeiden johtoasemien olisi hyvä kyetä työskentelemään samaan aikaan kahdella bandilla.

5 MHz alueesta olisi usein hyötyä päiväkeleillä. 5 MHz ei kuitenkaan yksin riitä edes päiväkäyttöön, joten antennimielessä se ei välttämättä vähennä vaan pikemminkin lisää vaatimuksia. Toistaiseksi digitaalinen siirto on sallittua vain yhdellä kanavalla ja erikoislupia alueen käyttöön myönnetään vain kerhoille.

Sähkölaitteista tulevat häiriöt ovat suuri ongelma 1.8-7 MHz alueilla erityisesti kaupunkiympäristössä. Moni kaupunkiasema raportoi 3.5 MHz häiriötasoksi yli S9. Tositilanteessakin osa Turva HF-verkon asemista toimii alueella, jossa sähkönjakelu ei ole katkennut. Monissa palveltavissa kohteissa on varavoima ja häiriötaso voi paikallisesti olla täysin sama kuin normaalitilanteessa. Tärkeät HF-asemat pitäisi pyrkiä sijoittamaan kaupunkialueen ulkopuolelle. Silti sähkölaitehäiriöt ovat merkittävä riski.

Ilta- ja yöaikaan ulkomaanhäiriöt ovat usein hyvin voimakkaita.

Erityisesti Pohjois-Suomen kannalta aurora on ikävä riski HF-etenemiselle.

Vaatimukset antenneille

Sähkölaitehäiriöiden ja ulkomaanhäiriöiden takia meillä ei ole varaa käyttää antenneja, joiden hyötysuhde on vain muutamia prosentteja tai antenneja, jotka säteilevät vain vääriin suuntiin.

Lähialueen HF-yhteyksissä pääsääntöisesti käytettävä etenemismuoto on lähes pystysuora ionosfääriheijastus eli englanniksi near vertical incident skywave (NVIS) propagation. Pisimmätkin kotimaanyhteydet toimivat useimmiten hyvin korkean lähtökulman heijastuksella. Väärien antennien lisäksi on syytä varoa myös QRP:n houkutuksia. QRP saattaa aluksi vaikuttaa hyvältä idealta akkusähkön säästämisen kannalta. Nopeilla datamodeilla – tai puheella - QRP-asemat ovat oman kokemukseni mukaan hieman turhan marginaalisia jo normaaleillakin päiväkeleillä. Silloinkin kun yhteys saadaan, voi siirtonopeus jäädä niin pieneksi, että kokonaisenergiankulutus kasvaa samoihin lukemiin kuin normaaleilla tehoilla. QRP-asemia ei olla suinkaan karkottamassa Turvan HF-verkosta, mutta riskit on tiedostettava.

Varottavat huonon hyötysuhteen antennit

Halu toimia monella taajuusalueella altistaa helposti ns. laajakaista-antennien houkuttaville mainoksille. Monessa HF-alueen laajakaista-antennissa on osana tarkoituksella lisätty kuormitusvastus, joka parantaa antennin sovitusta (”SWR”) hyötysuhteen kustannuksella.

Hyvin yleinen kaupallinen ratkaisu on ns. terminoitu taittodipoli (esikuvana Tilted Terminated Folded Dipole T2FD). Nyrkkisääntönä terminoitu taittodipoli toimii jotenkuten bandeilla, joilla sen pituus on puoli aaltoa tai enemmän. Yksi bandi alaspäin tuottaa noin 10 dB huononnuksen – antenni toimii kuin ”antilinukka”. Kaksi bandia alaspäin antenni on käytännössä huonosti suojattu keinokuorma – prosentti tehosta päätyy taivaalle.

Millennium-verkossa käytettiin vastusterminoitua LK-99- antennia. Aallonpituuteen nähden suuret LK-99:t toimivat kohtuullisesti. Pienet LK-99:t ovat keinokuormia eikä niihin pidä erehtyä.

Vastusterminoiduista antenneista ei siis ole apua tilaongelmiin!

Varottavat väärään suuntaan säteilevät antennit

Vertikaaliantennit eivät säteile juuri lainkaan korkeisiin lähtökulmiin, jotka ovat välttämättömiä Turvassa. Ainoa poikkeus on Pohjois-Suomen ja Etelä-Suomen väliset yhteydet 7 MHz alueella; tässä käytössä täyspitkät vertikaalit voivat olla yhtä hyviä tai huonoja kuin hyvin matalalla olevat vaakadipolit.

1.8-7 MHz alueilla autopiiskat kuuluvat kumpaankin varottavaan pääkategoriaan. Vaikka niissä ei olekaan tarkoituksella lisättyä resistanssia, on niiden hyötysuhde erittäin huono ja vähäinenkin säteily pyrkii lähtemään väärään suuntaan. HF-mobiletyöskentelyssä on oma viehätyksensä, mutta Turvassa ei pidä laskea mitään autopiiskojen varaan.

Suositeltavista antennityypeistä

Lähellä maata olevat vaaka-antennit säteilevät Turva-käytön kannalta oikeaan suuntaan; lähinnä ylöspäin.

Puoliaaltodipoli

Erillinen puoliaaltodipoli kullekin bandille on erittäin suositeltava Turva-antenniratkaisu. Loivat ”inverted V” –dipolit toimivat myös erittäin hyvin.

NEC2:lla simuloituna esimerkkinä huonon maan yläpuolella olevan 3.5 MHz alueen puoliaaltodipolin vahvistukset suoraan ylöspäin korkeuden funktiona: 2.5 m -1.6 dBi, 5 m 1.3 dBi, 10 m 4.4 dBi ja 20 m 5.3 dBi. Olisi hyvä saada 3.5 MHz dipoli ainakin 5 metriä korkealle ja vastaavasti 1.8 MHz dipoli ainakin 10 metriä korkealle, mutta puoleen väliin jääminenkään ei ole vielä täydellinen katastrofi, vain yksi S-yksikkö. Tarkoituksella antenneja ei kuitenkaan pidä laittaa tarpeettoman alas. 1.8 MHz puoliaaltodipoli toimii tunerilla välttävänä 5.3 MHz antennina.

Ristidipoli

Ristidipolissa on kahden alueen puoliaaltodipolit yhdistettynä samaan syöttöpisteeseen. Mikäli antennit ovat 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden, ne eivät juuri vaikuta toisiinsa ja antennien virittäminen pituutta säätämällä on helppoa. Antennit voivat olla suoria dipoleita tai loivassa inverted V –asennossa. Ainakin vierekkäisten bandien ristidipolit (1.8/3.5 MHz tai 3.5/7 MHz) ovat käytännössä toimivia ratkaisuja.

Trappidipoli

Trappidipoli on alimmalla bandillaan usein jonkin verran lyhyempi kuin puoli aaltoa ja siten auttaa hieman myös tilaongelmissa. Hyötysuhde on usein varsin kohtuullinen, koska lyhentäminen on jakautunut usean trapin sivuvaikutukseksi. Kaupallisia 1.8/3.5/7 MHz bandien trappidipoleita on ollut saatavilla.

Trappidipolit ovat joskus hieman kapeakaistaisia joillakin bandeilla. Kaikki rigien sisäiset tunerit eivät välttämättä sovita niitä koko bandilla.

OCFD

Off-center fed dipole on kätevä monialueantenni. Matalimmalla käyttötaajuudellaan antenni on puoli aaltoa pitkä. Syöttöpiste on noin 1/3 toisesta päästä. Antenni sovittuu ja säteilee hyvin muutamalla ensimmäisellä harmonisellaan. Syötössä on hyvä olla 4:1 impedanssinmuuntosuhteen omaava balun, mutta silti pitää varautua myös tunerin käyttämiseen. (OCFD:tä kutsutaan usein virheellisesti nimellä Windom. Windom on kuitenkin maata vastaan syötettävä epäsymmetrinen T-antenni.)

1.8/3.5/7 MHz OCFD on aivan realistinen antenni Turva-käyttöön yhdellä varauksella: ilman erittäin hyvää yhteismuotokuristintyyppistä balunia (virtabalunia) antenni voi olla EMC-painajainen. Vastaanotossa häiriötaso on hirveä ja lähetyksellä RF pyörii asemalla sotkien tietokoneet ja äänikortit tai vähintäänkin pilaten oman digilähetteen laadun RF-takaisinkytkennän takia.

OCFD:n kanssa tarvitaan paljon ferriittiä syöttöjohdon kumpaankin päähän. Monta ferriittiä ja monta kierrosta per ferriitti. Joissakin kaupallisissa OCFD-käyttöön tarkoitetuissa baluneissa väitetään olevan myös yhteismuotokuristin, mutta ilmeisesti kuristimen impedanssi on aivan liian pieni.

Kokoaallon vaakaluuppi

160 metrin kokoaallon vaakaluuppi joko kolmi- tai nelikulmaisena versiona toimii hyvänä kaikkien Turva-bandien antennina. Virittimellä antenni sovittuu ja säteilee hyvin 1.8 MHz lisäksi myös 3.5 ja 7 MHz bandeilla sekä välttävästi 5.3 MHz:lla. Usein suositellaan 4:1 muuntosuhteen balunia. Luuppi olisi hyvä saada ainakin 5-10 metriä korkealle.

Antenninvirittimistä ja pakkosovitetuista antenneista

Monet rigien sisäisistä antenninvirittimistä ovat sovitusalueeltaan kovin rajoittuneita ja vaikeuksia saattaa tulla jo resonanssityyppistekin monialueantennien kanssa.

Ulkoisillakaan virittimillä ei kannata yrittää tehdä ihmeitä; pääsääntöisesti antennien on syytä olla suurinpiirtein resonanssissa ja järkevällä impedanssilla

Yritys tunerilla pakottaa 3.5 MHz alueen puoliaaltodipoli 1.8 MHz alueelle tuntuu tuottavan vain huonoja tuloksia. Ilmeisesti 99 prosenttia tehosta jää lämmittämään virityslaitetta ja syöttöjohtoa.

Jotkin antennityypit kuten esimerkiksi G5RV ja sen johdannaiset menevät (ulkoisella) tunerilla vireeseen monella aluella. On syytä muistaa, että 1.8 MHz toimintaan on lankaa oltava paljon. Perus G5RV ei toimi 1.8 MHz:lla senkään vertaa kuin täysmittainen 3.5 MHz dipoli!

Pakkosovitetuissa antenneissa syöttöjohtojen on syytä olla pienihäviöisiä. Syöttöjohdon häviöt kasvavat huomattavasti mikäli SWR on suuri ja antenni pakkosovitetaan tunerilla.

EMC

Sähkömagneettinen yhteensopivuus, electromagnetic compatibility EMC, on pidettävä mielessä Turva-installaatioissa. Antennit on pyrittävä sijoittamaan etäälle häiritsevistä tai mahdollisesti häiriintyvistä kohteista.

Turva-pakkiin on syytä kuulua kourakaupalla ferriittiä jo pelkästään oman aseman tarpeisiin.

Kaikkien antennien kanssa on viisasta käyttää yhteismuotokuristinta syöttöjohdossa. Erityisen suuri tarve on OCFD:n kanssa. T-, L-, vertikaali- ja LK-99-antennien kanssa on erityisesti varottava antennin RF-maan ja paikallisen sähköverkon maan välillä syöttöjohdon vaipan pintaa pitkin kulkevaa RF-virtaa. Paikallinen sähköverkko voi olla valtakunnanverkko tai saareke, jota syötetään aggregaatilla tai invertterillä. Vastaanotolla sähköverkon häiriöt voivat päästä syöttöjohdon vaipan pintaa pitkin antenniin ja lähetyksellä vastaavasti oma lähete voi kulkeutua asemalle samaa reittiä. Yhteismuotokuristin syöttöjohdossa auttaa.

Missään tapauksessa ei pidä yrittää käyttää sähköverkon maata antennin ”vastapainona”. Tähän virheeseen johtaa helposti kiireessä syntynyt idea käyttää 3.5 MHz dipolia ja sen syöttöjohtoa 1.8 MHz T-antennina kytkemällä syöttöjohdon molemmat navat tunerin ”single wire”-liittimeen.

Tietokoneen ja rigin kaikkiin johtoihin voi joutua lisäämään ferriittiä. Äänikorttia käyttävillä digimodeilla on vaara oman lähetteen pääsystä äänikortin ja rigin välisiin audioihin. Ainakin TX-audiossa olisi hyvä olla pientaajuusmuuntaja galvaanisena erotuksena estämässä yhteisimpedanssikytkeytymisen (=”maasilmukka”) kautta siirtyviä ”mörinöitä”.

Kannettaville tietokoneille on syytä olla erilliset tavanomaiset hiiret. Useat touchpad-hiiret ovat arkoja RF:lle.

Oman lähetteen laadun tarkistaminen säätöjen oikeellisuuden ja myös RF-takaisinkytkennän varalta toisella rigillä on suositeltavaa, mikäli siihen on mahdollisuus. Monitoroiva vastaanotin ei saa tällöin olla kiinni missään isossa antennissa!

Vastaanottimien suojelusta

Usean HF-rigin asemilla on huolehdittava vastaanotinten suojelusta. Mikäli on tarkoitus edes päivystää muita HF-alueita samaan aikaan kun toisilla lähetetään, täytyy antennit ja niiden sijoittelu miettiä etukäteen huolellisesti ja mielellään tarkistaa isolaatiot paikanpäällä. 1.8/3.5/7 MHz alueilla puoliaaltodipolit vaimentavat mukavasti toisten alueiden signaaleita mikäli antennit eivät ole aivan lähekkäin.

Mikäli käytössä on myös 5.3 MHz, on muistettava, että 1.8 MHz puoliaaltodipoli toimii kohtuullisesti 5.3 MHz:lla ja viereisen 5.3 MHz aseman lähete voi pahimmillaan vaurioittaa vastaanotinta.

Mikäli samassa QTH:ssa olevilla asemilla on laajakaista- tai monialueantennit, ovat vastaanottimet erityisessä vaarassa, vaikka asemat toimisivat eri taajuusaluiella.

Luupit toimivat (toisin kuin dipolit) myös parillisilla harmonisillaan, joten 160m kokoaallon luuppi toimii myös 80 m ja 40 m. Tämä on pidettävä mielessä monen rigin asemilla.

Kahden saman bandin aseman sijoittamisessa täytyy olla erittäin huolellinen. Nyrkkisääntönä vastaanottimet ovat vaarassa mikäli antennit tai mitkään aseman osat ovat alle 100...200 metrin päässä toisistaan. Häiriötön yhteiselo edellyttää todennäköisesti yli 500 m etäisyyttä, huolellisesti sijoitettuja antenneja ja hyviä rigejä.