FRITZEL GPA-404 (FR-4007) – 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 404:

Anteny pionowe GPA 404 są przeznaczone do pracy w pasmach amatorskich 7MHz, 14MHz, 21MHz i 28MHz. Zamiast pracy w paśmie 7MHz można dostosować je do pracy w paśmie amatorskim 10,1MHz.

• 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). Dolny segment Wibratora jest wzmocniony mechanicznie przez włożenie w jego wnętrza rury wzmacniającej. Górne sekcje są wymienne: można wybrać pracę anteny GPA 404 bądź to w paśmie 10,1MHz, bądź też w paśmie 10,1MHz. GPA 404 jest dostarczana z kompletem przeciwwag na pasma amatorskie 14MHz / 21MHz / 28MHz. Na pasma 10,1MHz oraz 7MHz dostarczane są pojedyncze przeciwwagi. Wszystkie przeciwwagi są ucięte na właściwe długości. Dochodzi do tego komplet objemek zaciskowych do łączenia rur Wibratora, mocowania podstawy Wibratora oraz komplet izolatorów do przeciwwag.
• 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 (bardziej szczegółowe informacje na temat przeciwwag podano na stronie 10).

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.

Moduł doposażenia o pasmo 10,1MHz
Rysunek po prawej stronie (strona 9) pokazuje zmontowaną antenę do pracy także w paśmie amatorskim 10,1MHz. Zamocowany jest segment przedłużający ponad trapem 20m oraz przeciwwaga dla pasma 30m. Przeciwwaga ta może pozostać dołączona gdy modyfikujemy antenę do pracy 7MHz (zamiast 10,1MHz).

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 fali (lub wielokrotności połówek fali)
** w których antena może być wykorzystywana w sposób bezpieczny dla tranzystorów stopnia mocy, przy wspomaganiu antenowym układem dopasowującym i pod warunkiem użycia kabla koncentrycznego o długości elektrycznej równej pół długości fali (lub wielokrotności połówek fali). Dla częstotliwości, dla których SWR zawiera się pomiędzy 2 a 5, możliwa praca ze zmniejszoną mocą wyjściową

Parametry mechaniczne: