Ραδιογωνιομετρική κεραία VHF

 Ραδιογωνιομετρική κεραία VHF

Παρακάτω περιγράφεται η κατασκευή μιας πρωτότυπης ραδιογωνιομετρικής κεραίας για την μπάντα των 2 μέτρων και των 70 εκατοστών, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από φορητούς και mobile δέκτες vhf & uhf. Αυτού του τύπου κεραίες χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό σταθμών εκπομπής, κάτι που στο εξωτερικό είναι ένα πολύ διαδεδομένο event μεταξύ ραδιοερασιτεχνών και ονομάζεται Κυνήγι Αλεπούς (Fox Hound).

 Ως εισαγωγή, μερικά εκλαϊκευμένα πράγματα από την θεωρία της μετάδοσης των ραδιοκυμάτων.

 Τι είναι τα ραδιοκύματα;  Τα ραδιοκύματα είναι ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικής (ΗM) ακτινοβολίας με μήκη κύματος στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα περισσότερο από το υπέρυθρο. Έχουν συχνότητες από 3 kHz έως 300 GHz, και αντίστοιχα μήκη κύματος από 100 χιλιόμετρα σε 1 χιλιοστό. Όπως όλα τα άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα ραδιοκύματα κινούνται στο διάστημα με την ταχύτητα του φωτός. Τα φυσικά ραδιοκύματα γίνονται με αστραπές ή αστρονομικά αντικείμενα. Τα τεχνητά δημιουργούμενα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται για σταθερές και κινητές ραδιοεπικοινωνίες, ραδιοτηλεοπτικές εκπομπές, ραντάρ και άλλα συστήματα πλοήγησης, δορυφόρους επικοινωνιών, δίκτυα υπολογιστών και αναρίθμητες άλλες εφαρμογές. Οι διαφορετικές συχνότητες των ραδιοκυμάτων έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά διάδοσης στην ατμόσφαιρα της Γης - τα μακρά κύματα μπορούν να καλύψουν ένα μέρος της Γης πολύ σταθερά, τα βραχύτερα κύματα μπορούν να αντανακλούν την ιονόσφαιρα και να ταξιδέψουν σε όλο τον κόσμο και πολύ μικρότερα μήκη κύματος (VHF - UHF και μικρότερα μήκη κύματος) λυγίζουν ή αντανακλούν πολύ λίγο και ταξιδεύουν σχεδόν ευθύγραμμα (διάδοση οπτικής επαφής). Φυσικά υπάρχουν και οι διάφορες μορφές ανάκλασης των ραδιοκυμάτων αυτών αλλά αυτό δεν θα το αναλύσουμε στο παρόν άρθρο. 

Κλωβός Φαραντέι. 

Ένας κλωβός Φαραντέι ή ασπίδα Φαραντέι είναι ένα περίβλημα που χρησιμοποιείται για να μπλοκάρει τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Μια ασπίδα Φαραντέι μπορεί να σχηματιστεί από ένα συνεχές κάλυμμα αγώγιμου υλικού, ή στην περίπτωση ενός κλωβού Φαραντέι, από ένα πλέγμα τέτοιων υλικών. Οι κλωβοί Φαραντέι πήραν το όνομά τους από τον επιστήμονα Μάικλ Φαραντέι, ο οποίος τα εφηύρε το 1836. Ένας κλωβός Φαραντέι λειτουργεί επειδή ένα εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο αναγκάζει τα ηλεκτρικά φορτία μέσα στο αγώγιμο υλικό του κλουβιού να κατανεμηθούν έτσι ώστε να ακυρώσουν την επίδραση του πεδίου στο εσωτερικό του κλουβιού.Σε μεγάλο βαθμό, προστατεύουν το εσωτερικό από την εξωτερική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία εάν ο αγωγός είναι αρκετά παχύς και τυχόν οπές είναι σημαντικά μικρότερες από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.Η λήψη ή η μετάδοση ραδιοκυμάτων, προς ή από μια κεραία εντός ενός κλωβού Φαραντέι είναι πολύ εξασθενημένη ή μπλοκαρισμένη από τον κλωβό. Οι συμπαγείς κλωβοί γενικά εξασθενούν πεδία σε ένα ευρύτερο φάσμα συχνοτήτων από τους κλωβούς πλέγματος. 

Σύμφωνα με τα παραπάνω αλλά και απ όσο μπορεί να καταλάβει ο καθένας από την εμπειρία του, μια κεραία η οποία περιβάλλεται από έναν μεταλλικό σωλήνα αλουμινίου ανοικτό μόνον από την μία πλευρά θα δέχεται ραδιοκύματα μόνον από τα σημεία όπου δεν καλύπτεται από μέταλλο. Θα κατασκευάσουμε λοιπόν μια κεραία η οποία θα είναι μέσα σε ένα σωλήνα αλουμινίου (σωλήνα θωράκισης). Η κεραία είναι τύπου loop χωρίς κύκλωμα συντονισμού, η πιο απλά είναι  κυκλικό κλειστό δίπολο. Το μήκος του σύρματος που θα χρησιμοποιήσουμε είναι 1/10 του μήκους κύματος των 2μ, δηλαδή 200(cm)/10 = 20 cm. Αυτό το κάνουμε κύκλο αφήνοντας 1 εκατοστό (η και περισσότερο ανάλογα με την διάμετρο του σωλήνα που θα χρησιμοποιήσετε) από την κάθε πλευρά ως βάση στήριξης. Προσέχουμε έτσι ώστε η κεραία μας να χωράει στον σωλήνα που έχουμε, διαμορφώνοντας ανάλογα το μήκος της βάσης της.  Αν χρησιμοποιήσετε ένα σωλήνα διαμέτρου 6-7 εκατοστών και μήκους  13 - 15 εκατοστών η κεραία χωράει μέσα άνετα. Το μήκος του σωλήνα δεν είναι κρίσιμο  μέγεθος για την λειτουργία της κεραίας. Επειδή η κεραία που  μόλις κατασκευάσαμε έχει σύνθετη αντίσταση (εντός του σωλήνα) περίπου 100 Ω η προσαρμογή της στον πομποδέκτη γίνεται με ένα balun 2:1  το οποίο κατασκευάζεται από σύρμα διαμέτρου 1,00 ή 0.75 χιλιοστών όπως φαίνεται στην εικόνα.

Κατασκευάζουμε δύο δίσκους από πλαστικό υλικό διαμέτρου ίσης με το εσωτερικό του σωλήνα μας και πάχους 2-4 χιλιοστών.Στον πρώτο δίσκο  ανοίγουμε 2 τρύπες 0,5 cm απόσταση η μία από την άλλη με διάμετρο όσο το σύρμα της κεραίας μας και περνάμε μέσα τα δύο άκρα της κεραίας. Κατόπιν στερεώνουμε την κεραία στον δίσκο με κόλα στιγμής. Από την πλευρά των άκρων των 100 Ω του balun κολλάμε τα δύο άκρα του balun στα άκρα της κεραίας μας που προεξέχουν από το δίσκο και από την άλλη τον κοννέκτορα σύνδεσης με τον πομποδέκτη όπως φαίνεται στο σχήμα του balun. Στον δεύτερο δίσκο ανοίγουμε τρύπα και περνάμε και βιδώνουμε τον κοννέκτορα σύνδεσης με τον πομποδέκτη μας (BNC ή PL). Προσέξτε ετσι ώστε η όλη κατασκευή από το άκρο του σύρματος της κεραίας μέχρι τον δεύτερο δίσκο που είναι βιδωμένος ο κοννέκτορας να έχει μήκος μικρότερο από το μήκος του σωλήνα θωράκισης τουλάχιστον 0,5 cm.  Τώρα έχουμε ολοκληρώσει κατά 99% την κατασκευή του εσωτερικού μέρους της κεραίας μας. 

Πάμε να φτιάξουμε την υπόλοιπη κατασκευή και κατόπιν θα συναρμολογήσουμε την κεραία μας στην τελική της μορφή.  Βρίσκουμε έναν παλιό χαλασμένο σκληρό δίσκο υπολογιστή από σκράπ τον ανοίγουμε και παίρνουμε το μοτέρ του αφαιρώντας τους δίσκους (κρατάμε ένα δίσκο για τυχόν προβλήματα προσαρμογής) και όλα τα άλλα εκτός από τις βίδες στερέωσης και τυχόν μεταλλικά δαχτυλίδια προσαρμογής. 

Παίρνουμε ένα ξύλο πάχους 1,0 cm και με την σέγα το κόβουμε σε σχήμα κύκλου με ακτίνα 13 - 15 cm. Στο κέντρο του κύκλου ανοίγουμε τρύπα και τοποθετούμε το μοτέρ του σκληρού δίσκου βιδώνοντάς το πάνω στο ξύλο. Η πάνω πλευρά του μοτέρ περιστρέφεται ελεύθερα.   Καλύπτουμε την επιφάνεια του ξύλου με ένα φύλλο χαρτιού στο οποίο έχουμε τυπώσει έναν κύκλο χωρισμένο σε μοίρες και γράφουμε πάνω σ αυτόν τα σημεία του ορίζοντα. 

Δείτε το σχέδιο

Φυσικά αφαιρούμε ένα κυκλικό κομμάτι στο κέντρο του κύκλου έτσι ώστε να αφήνει ελεύθερο το μοτέρ του σκληρού δίσκου και εννοείται ότι το κολλάμε με μια κόλλα χαρτιού.

Σ αυτήν την πλευρά που έχουμε κολλήσει το χαρτί με τον βαθμονομημένο κύκλο βιδώνουμε τον σωλήνα που θα περιέχει την κεραία μας, αφού ανοίξουμε πρώτα τις ανάλογες τρύπες. Ένας  εύκολος τρόπος είναι να ανοίξουμε τρύπες και από τις δύο πλευρές του σωλήνα να  βιδώσουμε τις βίδες στερέωσης και κατόπιν να καλύψουμε τις τρύπες με αυτοκόλλητη αλουμινοταινία.  (Δείτε το σχήμα.)

 Επίσης μαζί με τον σωλήνα μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα δείκτη (σαν βέλος κατάδειξης) από πλαστικό και να τον βιδώσουμε μαζί με το σωλήνα έτσι ώστε να περιστρέφονται μαζί όπως φαίνεται στην εικόνα της τελικής μορφής της κατασκευής μας.

 

 

Η κάτω πλευρά της κεραίας

(ξύλινη βάση & στο κέντρο το μοτέρ του σκληρού δίσκου)

Τα δυο τακάκια έχουν τοποθετηθεί ως βάση.

Αφού έχουμε βιδώσει τον σωλήνα στο μοτέρ και περιστρέφεται , παίρνουμε το εσωτερικό μέρος της κεραίας που έχουμε κατασκευάσει και το τοποθετούμε μέσα στον σωλήνα στερεώνοντας το με δυο μικρές βίδες πάνω στους πλαστικούς δίσκους με αντίστοιχες τρύπες στον σωλήνα ή απλά τους κολλάμε με μια κόλλα στιγμής.  
Στην εικόνα δίπλα το εσωτερικό της κεραίας.

 

Καλύπτουμε με αλουμινοταινία και την πίσω πλευρά του σωλήνα οπου έχει εφαρμόσει ο δεύτερος πλαστικός δίσκος , αφήνοντας να προεξέχει μόνο ο κοννέκτορας σύνδεσης της κεραίας.

Τελικά η κεραία μας έχει πάρει την τελική της μορφή η οποία είναι όπως στην διπλανή εικόνα.

Απομένει να κάνουμε ένα καλώδιο σύνδεσης με τον πομποδέκτη το οποίο πρέπει να θωρακίσουμε  και (προαιρετικά) μια εξωτερική επέκταση της κεραίας για πολύ χαμηλά σήματα και μεγάλη απόσταση.

 Το καλώδιο κατασκευάζεται από ενα κομμάτι 50 εκατοστών μπλεντάζ ή coaxial καλωδίου 50 Ωμ το οποίο το θωρακίζουμε για να αποφύγουμε την λειτουργία του ως κεραία. Η θωράκιση γίνεται με ένα κομμάτι καλωδίου τηλεόρασης από το οποίο αφαιρούμε το εσωτερικό και κρατάμε την εξωτερική μόνωση και το coaxial πλέγμα. Μέσα σ αυτό περνάμε το καλώδιο της καθόδου μας και στερεώνουμε τις άκρες με  θερμοσυστολικό μακαρόνι.

 

Θωρακισμένο καλώδιο καθόδου και εξωτερική επέκταση της κεραίας.

Η εξωτερική επέκταση της κεραίας είναι μια ανοιχτή λούπα διαμέτρου 5,5 εκατοστών που στην άκρη της κολλάμε ένα κορκοδειλάκι για την σύνδεσή της με την λούπα της κεραίας μας, όπως φαίνεται στην διπλανή εικόνα.

Η λειτουργία της κεραίας είναι σχετικά απλή. Τοποθετούμε την κεραία πάνω σε ένα χάρτη και προσανατολίζουμε και την συσκευή και τον χάρτη με τον βορρά. Συνδέουμε την κεραία με ένα πομποδέκτη, εγώ την δοκίμασα με ένα Icom  IC-T3H  και ένα Quansheng UV-K6, βάζουμε την συχνότητα που θέλουμε να ανιχνεύσουμε και περιστρέφουμε την κεραία  μέχρι να ακούσουμε τη μέγιστη στάθμη του σήματος του πομπού που θέλουμε να εντοπίσουμε.  Υπ όψιν ότι το εύρος λήψης (σε μοίρες) της κεραίας περιορίζεται στο άνοιγμα του σωλήνα οπότε  ακούμε τον πομπό σε μία μόνο κατεύθυνση. Από το σημείο που βρισκόμαστε διαβάζουμε πάνω στο καντράν (στον τυπωμένο κύκλο)  της κεραίας  το αζιμούθιο της κατεύθυνσης του σταθμού σε μοίρες. Τραβάμε μια ευθεία στο χάρτη από το σημείο μέτρησης προς την κατεύθυνση που έχουμε βρει και αλλάζουμε θέση σε μια άλλη περιοχή.

 Εκεί επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία και τραβάμε άλλη μια ευθεία γραμμή πάνω στον χάρτη από το δεύτερο σημείο μέτρησης προς την δεύτερη κατεύθυνση που έχουμε βρει. Εκεί που τέμνονται οι δυο ευθείες είναι η κατά προσέγγιση τοποθεσία εκπομπής του σταθμού. Εκείνο το σημείο θα είναι και το πρώτο σημείο της επόμενης μέτρησης που θα γίνει για να εντοπίσουμε με ακρίβεια τον πομπό που αναζητούμε. Αν αναζητούμε έναν σταθμό VHF - UHF ο οποίος εκπέμπει σε μεγάλη απόσταση θα τον βρούμε σχετικά εύκολα διότι θα έχει εμφανή κεραία εκπομπής. Αν αναζητούμε έναν πομπό μικρότερης ισχύος και χωρίς εμφανή κεραία εκπομπής μπορούμε να περιορίσουμε το εύρος λήψης της κεραίας καλύπτοντας ένα μέρος της εμπρόσθιας επιφάνειας του σωλήνα με αλουμινόχαρτο ή άλλο μεταλλικό φύλλο, ή ένα στρόγγυλο μεταλλικό καπάκι με μια σχισμή, ή ένα πλαστικό καπάκι επενδυμένο με αλουμινοταινία, όπως φαίνεται στο σχήμα κάτω δεξιά. Με αυτό τον τρόπο μπορούμε να περιορίσουμε ακόμη περισσότερο το γεωμετρικό εύρος λήψης και να αυξήσουμε την κατευθυντικότητα της κεραίας.

Η κεραία έχει αποδώσει καλά βρίσκοντας τις γενικές κατευθύνσεις σταθμών και από μεγάλες αποστάσεις (μεταξύ πόλεων Κατερίνη, Θεσσαλονίκη , Λάρισα , Βέροια)  και τις τοποθεσίες σταθμών τοπικά (εντός πόλεως) με ακρίβεια 100 - 500 τετραγωνικών μέτρων ανάλογα με τις συνθήκες. (Ισχύς εκπομπής, συχνότητα εκπομπής, διάδοση, ανακλάσεις σήματος, ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος της περιοχής μέτρησης κλπ).

Σε συνδυασμό με το συχνόμετρο - scanner του Quansheng UV-K6 ανίχνευσε την κατεύθυνση και τον υπότονο εκπομπής ενός σταθμού σε απόσταση 85 χιλιομέτρων. 

Καλή επιτυχία και καλό "κυνήγι αλεπούς"!

ΠΑΣ ΓΑΡ Ο ΖΗΤΩΝ ΣΤΑΘΜΟΝ ΕΥΡΙΣΚΕΙ ΑΥΤΟΝ 

(ΚΑΙ ΟΥΔΕΙΣ ΕΝ ΚΡΥΠΤΩ ΕΣΤΙΝ).

....πᾶς γὰρ ὁ αἰτῶν λαμβάνει καὶ ὁ ζητῶν εὑρίσκει...  

                          ΚΑΤΑ ΜΑΤΘΑΙΟΝ 7:7-8

SY2CYZ