MIETTEITÄ TAITTOWINDOM–ANTENNISTA

Olen kokeillut kyseistä antennia jo toistakymmentä vuotta. Antenni koostuu puolen aallon mittaisesta avolinjasta, joka on oikosuljettu molemmista päistään. Syöttöpiste on siirretty 0.125 aallonpituutta keskikohdasta sivulle päin. Antenni on periaatteessa kokoaallon luuppi ja antennivirran vaihenuolet seuraavat syöttöpistettä kuin hai laivaa.

Tarkastellaan ensin kokoaallon quad-luuppia. Jos antenni on neljännesaallon pituinen sivu vaakasuorassa ja syöttöpiste tämän keskellä, ovat antennivirran vaiheet kuvan 1 mukaisesti (ARRL antenna book1984, sivu2-28, kuva 59a).  Venytetään luuppia vastakkaisista kulmista, jolloin syöttöpiste jää sivuun keskipisteestä kunnes luupista muodostuu noin puolen aallon mittainen avolinjaelementti. Vaihenuolet eivät ole siirtyneet mihinkään syöttöpisteen suhteen. Kuitenkin tällainen antenni toimii hyvin (kusoja pidetty ja antenni mitattu analysaattorilla kuva 2).

Antennia  voi simuloida NEC-pohjaisilla ohjelmilla, mutta simulointi antaa väääriä tuloksia. Analysaattorin kuvasta (kuva 2) voi lukea antennin impedanssiksi noin 80 ohmia ja reaktiiviset osat ovat nollilla. Simulaattorin antama antennin impedanssi on 56 –j422 ohmia.  Reaaliosa on lähes kohdallaan, mutta imaginääriosa on puppua. Myös simuloinnin virtakuvio on ihmeellinen, virtamaksimit ovat antennin päissä ja minimit antennilankojen keskiosassa (kuva 3).

Selvästikään EZNEC6 ei pysty  mallintamaan antennia, jossa on 2 lankaa lähellä toisiaan, langoissa kulkee vielä sama luupin virta ja vaiheet pyörivät samaan tahtiin kuin kokoaallon luupissa. Kyselin EZNEC:in tekijältä simulointituloksesta, hänen mielestään 56 –j422 ohmia on oikea tulos. Lähetin hänelle antennin analysaattorikuvan ja kysyin pystyykö hän simuloimaan tällaisen antennin kun minä en pysty sitä tekemään. Vastaus oli: Ei hänkään pysty sitä simuloimaan.

Tästä innostuneena aloin miettimään antennin magneetti– ja sähkökenttien vaiheita antennin kehällä. EZNECin tekijä vielä muistutti, että antennilangan magneetti- ja sähkökenttiä ei voi erottaa toisistaan. Tätä ovat muutkin toistelleet. Kukaan ei kuitenkaan koskaan ole kieltänyt yhdistämästä kahden lähekkäin olevan langan sisältämiä saman signaalin eri vaiheisia kenttiä (kokoaallon luuppi).

Kenttien piirtely taittowindomin kehälle näytti lupaavalta. Jännite- ja virtamaksimit ja/tai -minimit sattuivat kohdakkain. Tämä tarkoittaa sitä, että antenni säteilee. Kentistä on piirretty ensin kaaviokuva suoralle viivalle, johon on merkitty syöttöpiste, 90,  180, 270 ja 360 asteen kohdat (kuva 4).


Seuraavassa kuvassa (kuva 5) suora lanka on käännetty n. puoliaallon mittaiseksi avolinjaelementiksi. Kun antennilankaa käännetään 180 astetta muuttuuko vaihekin 180 astetta? Ainakin virtojen vaiheet kääntyvät langan mukana, jolloin ne ovat molempien lankojen keskiosissa samansuuntaiset, eli syntyvät säteilyt vahvistavat toisiaan. Syöttökohta jää nyt 0.125 aallonpituutta sivuun avolinjan keskipisteestä ja syöttökohdalla toisessa langassa on 270 (90) asteen piste. Tämä tarkoittaa sitä, että syöttökohdan virran muodostama magneettikenttä ja  ylälangan jännitekenttä on saatu mekaanisesti kohdakkain.. Tämä tapahtuu luupissa toiseenkin kertaan ja alalangan virran aiheuttama jännitekenttä ja ylälangan magneettikenttä ovat kohdakkain.

Magneetti- ja sähkökentät ovat kohdakkain, mutta miten saadaan kentät 90 asteen kulmaan toistensa suhteen? Tämä tapahtuu automaattisesti avolinjan lähellä. Linjan kaksi lankaa ovat kuvitellun ympyrän kehällä, sen vastakkaisilla puolilla. Sähkö- ja magneettikentät ovat peräisin eri langoista, jolloin kentät ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden tämän kuvitellun ympyrän kehällä (puoliympyrän sisältämä kehäkulma on aina 90 astetta( kuva 6). Säteilyn syntymisalue muodostaa ikään kuin putken avolinjan ympärille. Antenni säteilee syöttöpisteestä  alkavalla neljännesaallon osalla tehokkaaasti. Säteily suuntautuu  poispäin langoista sekä on myös mahdollisesti avolinjan lankojen suuntaista.

Rothammelin antennikirjasta luin avolinjojen ominaisuuksista mielenkiintoisia asioita. Sieltä jäi mieleeni avolinjan reaktanssin suhde impedanssiin 0 – 90 asteen välillä. 45 asteen (=0.125 aallonpituutta)  kohdalla reaktanssi on avolinjan impedanssin suuruinen olipa avolinja päästään oikosuljettu (induktiivinen) tai avoin (kapasitiivinen). Tämän avulla voidaan taittowindomin oikosuljetut kahdeksasosa-aallon mittaiset päädyt vaihtaa sopiviin keloihin ja meillä on neljännesaallon pituinen lyhennetty taittowindom antenni. Muutama vuosi sitten muistui mieleeni brittiprofessorin, GM3HAT (SK),  piirtämä kuva kyseisestä antennista. Hän ei antanut muuta vinkkiä antennin rakenteesta tai toiminnasta kuin sen, että antenni on noin neljännesaallon mittainen (kuva 7).

Antennin rakenteessa on huomioitava, että syöttöpisteen lähelle toiseen lankaan muodostuu suuri-impedanssinen kohta , josta voi vuotaa RF-jännitettä syöttöjohdon vaippaan ja sitä kautta rigille saakka. Tästä selvitään asentamalla syöttöjohtoon 1:1 Balun muuntaja.

Jos joku on eri mieltä antennin toiminnasta, saa hän minun puolestani olla. Olen puoleksi savolainen, joten vastuu tekstin ymmärtämisestä siirtyy lukukokemuksen edetessä kokonaan lukijalle. En myöskään ota mitään kantaa tätä tekstiä tankkaavien luetun ymmärtämiseen.

Heikki Antman,  OH7ND