Amaterska televizija

Članak opisuje konstrukciju Yagi antene za 23 cm opseg a sama konstrukcija antene dizajnirana je za područje amaterske televizije na 1270 MHz, ali antena dobro radi i na cijelom 23 cm području. Opisana antena ima dobit od oko 13 dBd i može služiti za bliske tropo veze isto tako i za veze na većim udaljenostima. Antena se pokazala kao dobar kompromis između pojačanja i dužine antene. Antene kao takve su poznate i prihvaćene kod radioamatera, a karakterizira ih usmjereno zračenje i dobit antene. Antenu koju ću opisati možemo napraviti za 50-ak kuna a napravljena je od lako nabavljivog materijala.

Za homemade majstore ova antena je napravljena kao UHF long Yagi antena po DL6WU dizajnu, što predstavlja nenadmašnost u pogledu dobitka antene i širokopojasnosti, i ako se pravilno izradi i točno prate dimenzije koje su u nastavku navedene, performanse antene mogu biti kao kod kupovne antene koje koštaju i više od 700 kn. Antena se dakako može napraviti za puno nižu cijenu Sljedeća Yagi antena za 23 cm područje koja slijedi, u praksi je potpuno isprobana i testirana u radu. Odlučio sam se za gradnju 15 elementne Yagi antene, zašto? Iz jednog vrlo jednostavnog razloga. Sasvim slučajno sam u posjedu imao jednu televizijsku log-periodic antenu za VHF/UHF područje i iskoristio boom i elemente antene za svoju novu antenu na 23 cm području. Dužina booma postojeće televizijske antene iznosi oko 1 metar, što je dovoljno da se smjesti 15 elemenata. Osim toga, televizijska log-periodic antena sastoji se od dva booma, tako da se od jedne TV antene mogu napraviti dvije antene za 23 cm područje rada.

Priprema - Antena je konstruirana tako da je impedancija napajanja 50 Ω. Samim time na antenu se može spojiti bilo koji 50 Ω koaksijalni kabel (RG-58, RG-213, RG-217...). Spomenut ću samo alate koje je potrebno imati da bi napravili antenu, tu je čekić, pila za željezo, bušilica, točkalo, kombinirke, metar, pomična mjerka i fina turpija za metal. Dakle odmah vidimo da za samu konstrukciju nije potrebno posjedovanje skupog i nekog egzotičnog alata. Konstrukciju započinjemo rastavljanjem postojeće TV antene i to tako da pažljivo izvadimo elemente antene (šipkice) iz booma, to ćemo učiniti sa laganim i pažljivim udarcima čekiča okomito na element tako da izađe na drugu stranu. Isto to učinimo sa svim elementima na anteni tako da dobijemo čisti boom bez elemenata (zapamtite da možemo iskoristiti dva booma od jedne log-periodic antene). Ukoliko ne želite da se vide rupe od elemenata koje su činile TV antenu, elemente isto tako možete izrezati sa pilicom za metal. Sada je boom spreman za daljnju obradu.

Parazitski elementi - elemente koje smo pažljivo izvadili iz postojeće TV antene iskoristit ćemo ih za našu antenu, ali dakako prije toga potrebno ih je prvo izrezati na potrebnu dužinu po tablici 2. Dužine parazitskih elemenata kao i dužina dipola nalaze se u tablici 1. Za tu operaciju bit će nam potrebna pilica za željezo, pomična mjerka, metar i turpija za metal. Najprije metrom izmjerimo elemente na nešto veću dimenziju od potrebne, otprilike pola milimetra veću, zatim zabilježimo sa flomasterom. Pilicom za željezo odrežemo po zacrtanome. Kako svaki element režemo tako ga i obilježimo da poslije znamo o kojem se elementu antene radi. Slijedi fino dotjeravanje potrebne dužine antenskih elemenata sa turpijom za metal. Povremeno ćemo prokontrolirati dužinu elementa sa pomičnom mjerkom sve dok ne dobijemo traženu dužinu. Sada imamo sve elemente osim zračećeg elementa tj. dipola.

Zračeći element - u našem slučaju dipol, još točnije zatvoreni savijeni dipol čija se impedancija kreće oko 200 Ω, napravljen je od komada bakrene žice promjera 3 mm. Debljina žice nije kritična, ako žica ima veći promjer, antena će biti širokopojasnija i obrnuto. Promjer od 3 mm odabrao sam na temelju širine emisije ATV signala koji je sam po sebi širok oko 8 MHz, dakle antena sama po sebi mora biti širokopojasna, što promjer dipola i ostalih parazitskih elemenata od 3 mm sasvim zadovoljava. Dipol je napravljen od bakrene žice koja se savija oko okrugle šablone promjera 25 mm, a na mjestu napajanja žica je odsječena 2,5 mm sa obje strane, kao što je prikazano na slici 2. Da bi spojili 50 Ω koaksijalni kabel na dipol impedancije 200 Ω, potrebno je napraviti prilagodni element - balun.

Balun - ili prilagodni element čija je osnovna uloga prilagoditi napajanje koje je u našem slučaju koaksijalno tj. nesimetrično, u simetrično. Gledamo li u električnom smislu, antenu možemo napajati i bez baluna, samo ako impedancija nekog zračećeg elementa iznosi oko 50 Ω. Kao greška javlja se iskrivljeni dijagram zračenja na jednu stranu, upravo zbog direktnog prijelaza nesimetrije na simetriju. Zatvoreni savijeni dipol ima impedaciju od oko 200 Ω i nije moguće direktno spajanje koaksijalnog kabela na dipol, iz tog razloga balun ima i svoju drugu funkciju kao tranformator impedancije u odnosu 1:4. Balun ćemo napraviti od jednog komada koaksijalnog kabela, pazeći pritom da ga odrežemo na točnu dimenziju. Za ovu prigodu upotrijebljen je komad semi-rigid 50 Ω koaksijalnog kabela UT-141, koji je odrezan na dužinu L. Dužina L označava dužinu hladnog kraja odnosno plašta koaksijalnog kabela, a sa svake strane kabela ostavljeno je po 5 mm vrućeg kraja kako je to prikazano na Sl.3, koji ćemo kasnije zalemiti za krajeve dipola. U nedostatku semi-rigid koaksijalnog kabela UT141, možemo upotrijebiti bilo koji drugi koaksijalni kabel ukoliko znamo njegov faktor brzine širenja radio valova tzv. v (velocity factor). Ako to neznate, možete pogledati ovdje u tablici. Dužinu koaksijalnog kabela za balun izračunat ćemo po slijedećoj formuli gdje je frekvencija za naše potrebe 1,27 GHz:

L=(15/f) * v

gdje je L (dužina koaksijalnog kabela), f (frekvencija u GHz) i v (faktor brzine širenja radio valova u koaksijalnom kabelu)

Boom - sad kad imamo sve potrebne aktivne i pasivne lemente antene pripremljene, možemo pristupiti daljnjoj obradi a zatim i postavljanju ili montaži antenskih elemenata na boom. Svi elementi osim zračećeg elementa prolaze kroz boom i na temelju toga uzeto je u obzir kod proračuna dužine elemenata, za razliku od zračećeg elementa odnosno zatvorenog dipola koji je u potpunosti izoliran od booma i njemu ćemo posvetiti posebnu pažnju kod konstrukcije. Boom je kao što smo to rekli iskorišten od stare log-periodic antene za TV prijam i njegov poprečni presjek je kvadratnog oblika dimenzija 14 x 14 mm, isto tako dimenzija poprečnog presjeka booma utječe na same dimenzije elemenata, što je također uzeto u obzir prilikom proračuna.

Sad je potrebno izbušiti rupe na boomu, a mjesta na koje dolazi rupa obilježit ćemo s vodootpornim flomasterom. Mjesta za rupe označavat ćemo na onoj strani odnosno plohi booma na kojoj se ne nalaze rupe koje su nastale kao posljedica vađenja elemenata log-periodic antene. Samo da napomenem da umjesto starog booma od log-periodic antene možete i kupiti novi dimenzije poprečnog presjeka 14 x 14 mm. Kao početna točka od koje ćemo sve mjeriti je mjesto na koje dolazi reflektor, ona će biti zabilježena kao mjerna točka i od te točke mjerit ćemo potrebne dužine na boomu za ostale elemente antene. Početnu točku za reflektor možete slobodno udaljiti od kraja booma i ostaviti mjesta za nosač cijele antene. Potrebne dimenzije možemo vidjeti u tablici 2. Ovdje ću naglasiti da za svaku poziciju elementa mjerimo u odnosu na poziciju reflektora. Zašto? Ako bi mjerili međusobne razmake između elemenata učinili bi kumulativnu pogrešku do 2 mm, zamislite da vam na svakom razmaku pobjegne desetinka milimetra? Pomnožite to sa 14 razmaka i vidjet ćete zašto se koriste pozicije mjerene od jedne referentne točke (u našem slučaju je to reflektor). Nemojte zaboraviti označiti i pozicije za dvije rupe koje dolaze za nosač N-konektora, a te dve rupe su okomite na osi rupe u koju dolaze elementi. Rupe za nosač N-konektora leže na uzdužnoj osi booma i jednako su udaljene od pozicije zračećeg elementa sa jedne i druge strane za polovicu dužine dijagonale od jednog do drugog središta rupa N-konektora (Sl.5). Kad smo to učinili i kad imamo sve točke na koje dolaze budući elementi, možemo pristupiti bušenju rupa, to ćemo učiniti sa bušilicom na stalku jer je jako bitno da rupe izbušimo u jednom potezu sa jedne i druge strane što ravnije. Isto je jako bitno da boom prilikom bušenja odnosno ploha koja se buši da se dovede u okomicu u odnosu na svrdlo bušilice. Tako ćemo dobiti paralelan položaj svih antenskih elemenata prilikom ugradnje. Bušimo sa svrdlom promjera 4 mm

Montaža - elemente koje smo prethodno izrezali na potrebnu dužinu uzmemo i montiramo i ako je potrebno uz pomoć čekića laganim udarcima uguramo kroz probušene rupe na boomu. Montiranje započinjemo sa zadnjim direktorom odnosno direktorom broj 13, montiramo sve do zračećeg elementa. Vrlo je bitno da sve elemente pozicioniramo na točnu mehaničku sredinu elementa u odnosu na uzdužnu os booma. mehanička sredina elemenata ujedno znači i električnu sredinu. Kad smo montirali sve direktore na red dolazi zračeći element. Zračeći element je u potpunosti izoliran od booma i isti kroz njega prolazi kroz geometrijsku sredinu. Međusobno zalemimo zračeći element, balun i N-konektor kao što je to prikazano na slici 5. Lijevi vrući kraj baluna spojimo na lijevu stranu zračećeg elementa, a desnu stranu vrućeg kraja baluna spojimo na desnu stranu zračećeg elemeneta. Desnu stranu zračećeg elementa spaojimo na vrući kraj N-konektora. I ostaje nam još samo da spojimo mase baluna sa masom N-konektora.  Masa napajanja mora biti spojena na boom antene, a to postižemo tako da metnemo metalne odstojnike kroz koji prolazi vijak skroz kroz boom a sa druge strane matica koja sve to fiksira (Sl.5). Ujedno nam ti metalni odstojnici služe za centriranje zračećeg elementa. To je sve oko montaže zračećeg elementa, ostaje nam još samo da montiramo reflektor. Ostaje nam još samo da zaštitimo lemne spojeve zračećeg elementa sa N-konektorom i balunom od atmosferskih utjecaja sa epoksidom ili plastičnom masom. Nije svaka plastična masa ili epoksid dobar, jer negativno utječe na antenu. Da bi ispitali koji je epoksid dobar odnosno plastična masa, uzmite komad istih i stavite ih kuhati u mikrovalnu pečnicu zajedno sa šalicom vode na 1 minutu. Plastični materijal koji je nakon 1 minute kuhanja postao vruć probajte sa drugom plastikom, jer ta u nikojem slučaju nije dobra. Plastični materijal koji je topao, može poslužiti za zaštitu spoja. Isto tako može se napraviti i zaštitna kutijica od plastike što je možda estetski i bolje rješenje (nemojte zaboraviti ispitati plastiku).

Ostaje još samo da napišem par rečenica o anteni i njenim specifikacijama. Antena je širokopojasna i može u potpunosti pokriti cijeli 23 cm područje rada uz prihvatljivi VSWR, pojačanje antene je zadovoljavajučih 13 dBd, odnos naprijed/nazad oko 20 dB, horizontalni kut zračenja na -3 dB iznosi 30°. Antena se preporuča početnicima graditeljima a isto tako i iskusnim graditeljima na ATV-u jer ju je vrlo lako napraviti. Antena je isprobana u praksi na terenu, gdje su se sa istom primali signali udaljenih slovenskih ATV repetitora na 1,2 GHz i sudjelovala je u ATV natjecanjima kako u prijamu tako i u predaji. Kao na prijamu isto tako je dobra i na predaji. Ukoliko imate kakvih pitanja vezano za gradnju slobodno možete učiniti putem forme. Puno sreće oko građenja.