FRITZEL GPA-30 (FR-3006) – Antena bazowa pionowa

Uwarunkowania dotyczące krótkofalarskich anten pionowych:

Anteny pionowe z serii GPA idealnie nadają się dla krótkofalowców, i to z wielu powodów:

• ze względu na minimalne wymagania na teren potrzebny do ich instalacji. Wymagania pod tym względem są podstawową przeszkodą w budowie dużych amatorskich konstrukcji antenowych. Koszt terenu niezbędnego pod duże anteny jest większy niż zakup drogich urządzeń nadawczo – odbiorczych. Rozwiązania antenowe, nie wymagające tak dużego terenu pod ich instalację, są szczególnie poszukiwane przez krótkofalowców. Oferowane przez firmę FRITZEL pionowe anteny z serii GPA mają pod tym względem bardzo skromne wymagania, w przypadku montowania ich na pochyłym lub płaskim dachu. Po prostu, tyle miejsca, ile jest wymagane do pewnego mechanicznie zamontowania podstawy mocującej te anteny,
• ze względu na dookólną charakterystykę kierunkowości na odbiorze i podczas nadawania. Kierunkowość anten z serii GPA jest bardziej dookólna aniżeli dipola rozwieszonego pionowo jak również klasycznych anten GP. Zwłaszcza wtedy, gdy pracują one tylko z jedną, lub dwiema przeciwwagami. Charakterystyki promieniowania wykazują głębokie minimum w kierunkach pionowych do góry. Anteny GPA promieniują większość energii równomiernie we wszystkich kierunkach. Są do-okólne,
• ze względu na promieniowanie pod niskimi kątami w płaszczyźnie elewacji, co jest korzystne dla łączności ze stacjami odległymi DX. Bo tylko fale wypromieniowane pod niskimi kątami, dzięki mniejszym stratom, podczas mniejszej liczby odbić od jonosfery i od podłoża, są zdolne dotrzeć na znaczne odległości. Jest oczywistym, że anteny z serii GPA oferują znacznie skuteczniejsze wypromieniowanie fal pod niskimi kątami aniżeli umieszczone na takich samych wysokościach nad podłożem anteny w polaryzacji poziomej,
• ze względu na możliwość pracy na kilku pasmach amatorskich dzięki zastosowaniu trapów(obwodów – pułapek, oddzielających sekcje poszczególnych pasm amatorskich). Trapy, zarówno separują od siebie sąsiednie sekcje λ/4 (te poniżej od tych powyżej), jak i – jednocześnie – łączą na niższych częstotliwościach sekcje dolne z górnymi. To, w połączeniu ze stale dołączonymi przeciwwagami na poszczególne pasma amatorskie sprawia, że anteny GPA pracują jako pół-falowe Wibratory na poszczególnych pasmach amatorskich. Dzięki takim rozwiązaniom, na wszystkich pasmach amatorskich (do których dostosowany jest dany model anteny GPA) możliwe jest uzyskanie dobrego dopasowania impedancji wejściowej anten GPA do impedancji kabli koncentrycznych 50Ω. Miarą dopasowania jest współczynnik fali stojącej wyrażany przez SWR. Na częstotliwościach rezonansów impedancja wejściowa ma ściśle rezystywny charakter i jest zbliżona do 50Ω. Tzn. składowe bierne są równe 0 (+/-jΩ),
• ze względu na szerokość zakresu częstotliwości z akceptowalnym SWR. W miarę oddalania się od częstotliwości rezonansu anteny wzrastają składowe bierne i – wskutek tego – rośnie SWR. Podawane przy danych technicznych poszczególnych modeli zakresy MHz od / do informują na jakich częstotliwościach dana antena może być użytkowana bez układu dopasowującego jej impedancję wejściową do kabla, a na jakich częstotliwościach taki układ dopasowujący jest niezbędny. Przestrajane ręcznie „skrzynki antenowe” mają (zazwyczaj) szerszy zakres transformacji od 10Ω do 250Ω. Niektóre „automatyczne skrzynki antenowe” mają zakres transformacji impedancji tylko od 20Ω do 150Ω,
• ze względu na korzystny stosunek koszt zakupu względem przydatności i skuteczności. Anteny z serii GPA odznaczają się długowiecznością, łatwością montażu i demontażu. Te cechy zachowują się przez lata, ułatwiając zmianę miejsca lokalizacji anten GPA, czy to podczas przeprowadzek, czy sporadycznych eskapad w teren.

Konstrukcja anten krótkofalarskich GPA 30:

Antena pionowa GPA 30 jest skonstruowana dla pasm amatorskich 14MHz, 21MHz oraz 28MHz. Informacje o jej parametrach elektrycznych zawarte są w protokołach pomiarów.

• Sekcje pionowe anten GPA są wykonane z lekkich rur stopu AlMgSi1. Średnice rur łączonych teleskopowo to: 28mm, 24mm, 20mm oraz 16mm. Grubości ścianek rur: 1,9mm oraz 1,4mm. Oba trapy mieszczą się w rurach o średnicy 50mm o grubości ścianek 2mm. Dwa trapy są zabezpieczone kapsułkami z dielektryka od góry (aby nie dostawała się wilgoć) a od spodu są otwarte (aby zapewnić wentylację).
• Cewki indukcyjne trapów nawinięte są polistyrenowych karkasach o średnicy 20mm, na których wyżłobione są rowki na przewód cewek. Dzięki temu możliwa jest duża powtarzalność podczas produkcji, co zapewnia uzyskanie rezonansu trapu na pożądanej częstotliwości.
• Zastosowany stop nie zawiera metali ciężkich, dzięki temu jest odporny na korozję. W połączeniu z tlenem z powietrza powierzchnie rur okrywają się cieniutką warstwą tlenków, co (dodatkowo) chroni je przed korozją. Jednak, dla lokalizacji nadmorskich, ze znaczną zawartością soli w powietrzu, wskazane jest pokrycie powierzchni metalowych farbą anty-korozyjną. Wszystkie klamry zaciskowe są wykonane ze stali nierdzewnej, co zapewnia ich niezawodność i długowieczność.
• Przedsięwzięto środki zapobiegawcze przeciwko wystąpieniu znacznych różnic potencjałów w miejscach styku różnych metali (złącza bimetaliczne). I tak, połączenie pomiędzy pionową sekcją wykonaną ze stopu lekkich metali a miedzianym przewodem kabla koncentrycznego jest wykonane przez szereg pośredniczących złącz bimetalicznych, kolejno: Al  Zn  Fe  Ni  Cr  Cu. Na tych pośredniczących złączach występują mniejsze (cząstkowe) różnice potencjałów.

Przeciwwagi:

Przeciwwagi są niezbędnym składnikiem anten GPA. Dla każdego z pasm stanowią one drugą ćwiartkę fali, co ułatwia zasilanie anten GPA w miejscu o niskiej impedancji, wprost z kabla koncentrycznego. Przeciwwagi mogą być pominięte tylko w jednym przypadku: gdy antena GPA jest postawiona na ziemi o „idealnej przewodności”, co – prawie nigdy – nie ma miejsca.

Dostarczany zestaw zawiera po jednej przeciwwadze na każde pasmo. To niezbędne minimum. Przy jednej przeciwwadze na poszczególne pasma impedancja wejściowa anten GPA powinna być w zakresie 60Ω – 70Ω. Przy dwóch przeciwwagach na każde z pasm, impedancja wejściowa anten GPA powinna być w zakresie 50Ω – 60Ω. Im więcej przeciwwag, tym mniejsza impedancja wejściowa (przy większej liczbie przeciwwag maleje oporność strat i rośnie sprawność energetyczna anten pionowych). Gdy przeciwwag jest dużo, to impedancja wejściowa anteny zbliża się do 30Ω (wówczas sprawność energetyczna anten pionowych jest największa). Rezonansowe ćwierć-falowe przeciwwagi wiszące w powietrzu mają tak samo wysokie potencjały podczas nadawania jak pionowy Wibrator. Dlatego powinny być tak ulokowane, aby nie zagrażały ludziom czy zwierzętom.

Oprócz rezonansowych przeciwwag ćwierć-falowych stosowane są rozłożone na powierzchni ziemi (lub zakopane na niewielkiej głębokości) przeciwwagi nie rezonansowe. Aby były one skuteczne i antena pionowa była sprawna energetycznie, powinny rozchodzić się promieniście od podstawy anteny pionowej. Zadawalającą sprawność energetyczną uzyskuje się już przy 32 przeciwwagach. Gdy brakuje miejsca na rozłożenie długich przeciwwag, można wykorzystać dostępną powierzchnię rozkładając przeciwwagi z grubszych przewodów. W odróżnieniu od anten serii GPA ćwierć-falowe anteny w polaryzacji pionowej montowane na ziemi potrzebują dużego obszaru terenu na rozwinięcie przeciwwag. Zatem, anteny GPA są remedium na kłopoty z miejscem na anteny pionowe.

Przy rozwieszonych w powietrzu rezonansowych przeciwwagach ćwierć-falowych można zastanawiać się nad wpływem kąta pomiędzy pionowym Wibratorem a skierowanymi skośnie ku podłożu przeciwwagami. Wspomina o tym Rothammel w odniesieniu do anteny pionowej „Triple-Leg-Antenna”. Przy 3 i większej liczbie przeciwwag można oczekiwać impedancji wejściowej 50Ω, gdy przeciwwagi są skierowane pod kątem 50 stopni do dołu. Przy tylko jednej rezonansowej przeciwwadze ćwierć-falowej na każde z pasm w antenach GPA nie obserwuje się jakiejś wyraźnej zależności impedancji wejściowej anteny od kąta, pod jakim skierowane są przeciwwagi do dołu.

Moduły umożliwiające pracę anten GPA 30 w pasmach amatorskich 40m oraz 80m:

Anteny pionowe GPA 30 mogą być zmodernizowane do pracy także w pasmach amatorskich 40m oraz 80m. Z pomocą dwóch modułów opcjonalnych:

• EWS50umożliwia pracę GPA 30 także w paśmie amatorskim 40m oraz w na pewnym wycinku pasma amatorskiego 80m. Po zainstalowaniu tego modułu antena GPA 30 przekształca się w GPA 50,
• EWS404 umożliwia pracę GPA 30 także w paśmie amatorskim 40m i po zainstalowaniu tego modułu antena GPA 30 przekształca się w GPA 404. Ten moduł opcjonalny zawiera także komponenty umożliwiające – ewentualną pracę GPA 30 także w paśmie amatorskim 30m. To krótkofalowiec decyduje jaką konfigurację wybierze. Czy zestaw pasm 7MHz / 14MHz / 21MHz / 28MHz czy też 10,1MHz / 14MHz / 21MHz / 28MHz. Wszyscy zainteresowani przerobieniem swoich anten GPA 50 w GP 404 mogą wykorzystać w tym celu moduł EWS 404.

Na następnej stronie zamieszczono rysunki ilustrujące przeróbkę anten GPA 30 w GPA 50 lub GPA 404. Sekcje należące do anteny GPA 30 oznaczone są liniami kropkowanymi. Komponenty modułów opcjonalnych EWS50 oraz EWS404 narysowano liniami ciągłymi. Ułatwia to ich identyfikację i informuje o sposobie wykonania modernizacji. EWS50:

• 1 sekcja wydłużająca anteny GPA 30 do pracy w paśmie amatorskim 80m,
• 1 skrócony dipol umożliwiający pracę anteny GPA 30 w paśmie amatorskim 40m Aby praca zmodernizowanej anteny GPA 30 w paśmie 80m była efektywna, należy zmodernizowaną antenę właściwie uziemić. Wskazówki są podane na stronie 10 niniejszego opracowania.

EWS404:

• 1 trap na pasmo amatorskie 20m,
• 2 rurki wydłużające antenę GPA 30 od góry do pracy w paśmie amatorskie 40m,
• 1 rurka wydłużająca antenę GPA 30 od góry do pracy a paśmie amatorskim 10,1MHz,
• 1 rurka 24mm / 1,9mm / 1000mm wzmacniająca najniższą sekcję anteny GPA 30 (wkładana do wnętrza najniższej sekcji GPA 30),
• 1 przeciwwaga z drutu na pasmo amatorskie 7MHz,
• 1 przeciwwaga z drutu na pasmo amatorskie 10,1MHz.

Zadaniem rurki wzmacniającej najniższy segment Wibratora anteny GPA 30 jest przeciwdziałanie siłom zginającym wyższy Wibrator (po modernizacji) przez napór wiatru, dążącym do zgięcia dolnej sekcji Wibratora tuż ponad objemką zaciskową łączącą dolne segmenty Wibratora.

Jest to ważne podczas zmian konfiguracji zmodernizowanej anteny z pasm 7MHz / 14MHz / 21MHz / 28MHz na pasma 10,1MHz / 14MHz / 21MHz / 28MHz, co może mieć miejsce gdy antena jest zamontowana w miejscu łatwo dostępnym (balkon, taras, praca terenowa). Odbywa się to poprzez wymianę „przedłużek” powyżej trapu na pasmo 20m.

Moduły opcjonalne EWS50 oraz EWS404 mogą być używane ze wszystkimi antenami GPA 30 wyprodukowanymi po roku 1975, tj. tymi, które mają obudowy trapów o średnicy 50mm. Modułowa konstrukcja anten pionowych serii GPA umożliwia łatwe modyfikacje:

• nawet po wielu latach użytkowania anteny GPA mogą być łatwo zdemontowane,
• mogą być rozebrane i poddane modernizacji,
• łatwo wymienić uszkodzone sekcje ze względu na dostępność części zapasowych,
• poszczególne komponenty anten GPA mogą być łatwo adaptowane do „królestwa” anten Yagi. Na przykład, z pomocą zestawu adaptującego 3012, przekształcającego Wibratory GPA 30 w sekcje anten Yagi FB13.

Uwaga do danych technicznych:

Dane dotyczące częstotliwości rezonansu anteny, jej impedancji wejściowej, przebiegu SWR oraz szerokości zakresu częstotliwości dla akceptowalnego SWR są słuszne TYLKO DLA KONKRETNEJ LOKALZACJI mierzonej anteny. Inna wysokość podwieszenia, inny kąt pomiędzy przeciwwagami oraz bliskość okolicznych struktur mogą skutkować zupełnie innymi wartościami parametrów anten. Ze względów praktycznych, nie można „gwarantować” dobrych parametrów dla anten na częstotliwości poniżej 10MHz, zwłaszcza, gdy podłoże ma kiepską przewodność gruntu. W takich lokalizacjach parametry podawane przez producenta należy przyjmować jako orientacyjne.

Warunki wykonywania pomiarów:

Usytuowanie anteny:

Wyniki pomiarów:

* bez wspomagania antenowym układem dopasowującym. Wystarczy zasilanie kablem koncentrycznym o długości elektrycznej równej pół długości