Radioamatööritoimintaa reserviläisille

Osa 5 – Tekstiiliantennien käyttö kannettavilla radioamatööriasemilla

”Yksinkertaiset ratkaisut ovat usein parhaita”

Teksti, kuvat ja antennin rakenteluvinkit: Timo Järvi, OH3LMG

Johdanto

Toisin kuin perinteiset jäykistä materiaaleista koostuvat antennit, tekstiiliantennit (engl. textile antennas) ovat joko osittain tai kokonaan valmistettu tekstiilimateriaaleista. Tekstiiliantennin muodostavat tekstiilit on jaettu säteily- ja maadoitusosien sähköä johtaviin kankaisiin, joita kutsutaan sähkötekstiileiksi sekä dielektrisiin eli sähköä johtamattomiin materiaaleihin antennin eristysosissa. Perinteisesti tekstiiliantenneita käytetään puettavissa älyvaatteissa, joissa viestintä on toteutettu langattomasti integroidun puettavan tekstiiliantennin ja puettavan lähetin-vastaanottimen avulla. Tuolloin langaton viestintä tapahtuu ihmiskehon ja ympäröivän ympäristön välillä.

Kuva 1. Kallioiselle mäelle männyn oksaan ripustettu 144 MHz:n alueen nauhamainen tekstiiliantenni valmiina koeyhteyksiin.

Tässä artikkelissa tutustutaan nauhamaisesta tekstiilimateriaalista valmistettujen antennien tarjoamiin mahdollisuuksiin työskenneltäessä tilapäisesti maasto-olosuhteissa, jolloin on usein tarve parantaa käsiradioiden kantamaa ja kuuluvuutta. Tarkasteluun on valittu kaksi 144 ja 430 MHz radioamatööritaajuuksille kaupallisesti saatavissa olevaa ja valmiiksi mitoitettua ”J -pole” antennia. Mitoitusta muuttamalla ohjeita voidaan soveltaa myös 66 – 88 MHz taajuusalueen (RHA68) pelastuspalvelu-, metsästys- ja muuhun harrastekäyttöön – luvasta vapautettuja 27 MHz alueen CB/LA -radioharrastajia unohtamatta. Lisäämällä varustukseen syöttökaapeli ja ripustusnaru, saadaan aikaiseksi kuvien 1 ja 2 kaltainen kevyt, vähän tilaa vievä ja helposti käyttöön otettava antenni luonnossa liikkumisesta tai mökkelystä kiinnostuneille radioamatööreille, reserviläisille tai muille radioharrastajille.

Kuva 2. Nauhamaisista tekstiilimateriaaleista radioamatöörikäyttöön valmistettu kaupallinen 430 MHz:n alueen antenni.

J -antennit ja niiden käyttö radioamatööriasemilla

J -napainen antenni (engl. J-pole antenna) on lyhytaalloilla (HF) ja sitä korkeammilla taajuusalueilla (VHF/UHF) käytetty ympärisäteilevä antenni lähetys- sekä vastaanottokäyttöön. Tämä lähes radion alkuajoilta peräisin oleva antenni kehitettiin ja patentoitiin jo 1900 -luvun alkupuolella käytettäväksi Zeppelin -ilmalaivoissa, joissa antennin muodosti ilmalaivan takana hinattava yksi puolen aallon pituinen lanka ja siihen rinnan liitetty neljännesaallon pituinen siirtolinja, jonka tehtävä oli sovittaa antennin impedanssi syöttölinjaan. Myöhemmin antennia alettiin käyttämään myös maalla sijaitsevissa lähettimissä, joissa säteilevä elementti ja vastaava osa oli asennettu pystysuoraan. Uudesta asennustavasta ja J -kirjaimen muodosta johtuen sai alkunsa kuvassa 3 esitetty J -antenni (engl. J antenna).

Kuva 3. J -antennin rakenne ja toimintaperiaate.

Radioamatöörikäytössä J -antennit eli puhekielessä ”J -tikut” ovat yleensä yhden taajuusalueen päästä syötettyjä puolen aallon dipoliantenneja. Kuvan 4 mukaisesti näistä antenneista on olemassa myös kahden taajuusalueen versioita ja useita eri muunnelmia, kuten SlimJIM, Super-J tai Collinear J-Pole. Radioamatöörit ovat käyttäneet vuosikymmenten ajan J -tikkuja, sillä antenni on rakenteeltaan yksinkertainen, helppo rakentaa ja itse tehtynä halpa. Antennina J -tikku on huomattavasti suorituskykyisempi kuin esimerkiksi käsiradioiden mukana tulevat taipuisat vakio-antennit.

Kuva 4. J -antennin kahden taajuusalueen malli ja eri muunnelmia.

Tekstiiliantennit radioamatööritaajuuksille

Kaikki lähti liikkeelle tarpeesta löytää helppo, yksinkertainen ja toimiva antenniratkaisu, joka mahdollistaisi paremmin yhteyksien pitämisen ulkona käyttäen käsi- tai akkukäyttöistä ajoneuvoradiota. Käsiradion mukana tuleva vakio-antenni ja usein pieni 4 – 5 W lähetysteho mahdollistavat yhteydenpidon laajemmalle 40 – 100 kilometrin alueella vain lähialueen puhetoistinasemien kautta sekä 2 – 3 kilometrin lähiyhteydet suorilla kanavilla. Ajoneuvoradioita käytettäessä vaihtoehtoina on usein ajoneuvoon tai erilliseen kevytmastoon asennettu ympärisäteilevä tai suuntaava yagi-antenni. Jälkimmäisessä vaihtoehdossa maastossa mukana kuljetettavan varustuksen määrää ja paino kasvaa rajoittaen liikkuvuutta. Pienen etsiskelyn jälkeen kohteeksi valikoitui kiinnostava ratkaisu – kuvassa 5 nähtävät nauhamaisesta kangasmateriaalista VHF- ja UHF -alueille tehdyt J -antennit. Testiin valikoituneiden ja Yhdysvaltain radioamatööritaajuuksille mitoitettujen antennien tekninen rakenne ja mittaustulokset on esitetty tämän artikkelin lopussa kuvissa 9 – 12. Lopussa esitellään myös näiden antennien soveltuvuutta radiokilpailuihin, kuten VHF NAC -tiistaitesteihin käyttäen pelkkää 5 W käsiradiota.

Kuva 5. Kämmeneen mahtuvat tekstiiliantennit 144 ja 430 MHz radioamatööritaajuuksille.

J -tikusta radioamatööriaseman antennivarusteeksi

Mukana kuljetettava kevyt ja pienikokoinen ”J -tikku” vaatii toimiakseen vähäisen määrän lisävarusteita, joihin sisältyvät itse valmistettava antennin syöttökaapeli sekä vyyhtikela antennin ja sen ripustusnarun sekä kiinnityshakojen säilytystä varten. Luettelo rakenteluun tarvittavista osista löytyy tämän esittelyn lopusta. Eri käyttötilanteet huomioiden, yhtä VHF- tai UHF -antennia kohti kannattaa varata kaksi samanlaista, mutta eri pituista syöttökaapelia. Lyhyempi 5 m antennikaapeli riittää puun juurella työskentelyyn. Pidempi 10 – 15 m pituinen syöttökaapeli mahdollistaa työskentelyn etäämmältä, kuten retkipöydän tai teltan ääreltä.

Kuva 7. Ripustettavalle J -antennille tehty syöttöjohto antenniin kiinnitettävää liitintä suojaavalla vedonpoistolla.

Syöttökaapeliksi kannattaa valita vähähäviöinen ja taivutusta kestävä 50 ohmin RG223 antennikaapeli, mutta myös tavallinen RG58 tai vähähäviöisempi LL58 kelpaa. Syöttökaapelin radion puoleiseen päähän valitaan käsiradioissa yleisemmin käytetty BNC -liitin ja sen kulmamalli, jolloin saavutetaan radion parempi käyttö-ergonomia. Syöttökaapelin antennin puoleiseen päähän lisätään vedonpoisto, joka suojaa antenniliittimiä syöttökaapelin aiheuttamalta mekaaniselta rasitukselta. Asennuksessa kannattaa suosia paremman kulutuskestävyyden omaavia puristettavia antenniliittimiä sekä antennikaapelin ja liittimen puristuskohdan kosteudelta suojaavaa hyvälaatuista liimakutistesukkaa. Kuvan 7 esimerkissä toteutusta voidaan parantaa kaapelin molempiin päihin kiinnitettävillä antenniliittimien suojahatuilla, jotka estävät kenttäolosuhteissa kosteuden ja epäpuhtauksien pääsyn liittimien sisälle kaapelin säilytyksen tai käsittelyn aikana.

Kuva 8. Koeyhteyksiin käytetty kannettava radioamatööriasema sisältäen käsiradiot, antennianalysaattorin ja antennit varusteineen.

Kuvan 8 koeyhteyksissä käytetty antennivarustesetti mahtuu pieneen tilaan, sillä varustukseen sisältyy vain vyyhtikelalla oleva antenni ja ripustusnaru, kiinnityshaat sekä syöttökaapelit. Varusteet voidaan pakata esimerkiksi armeijan poistomyynnistä hankittuun varustepussiin, jonne mahtuu vielä käsiradiot vara-akkuineen ja paristoineen.

Antennin suorituskyky ja seisovan aallon suhde

Antennin tekniseen suorituskykyyn ja ominaisuuksiin ihanteellisissa asennus- ja käyttöolosuhteissa liittyy oleellisesti käsite seisovan aallon suhde (engl. Standing Wave Ratio, lyh. SWR). Termillä kuvataan yksikötöntä suhdelukua, kuinka hyvin lähetin-vastaanottimen eli radion lähettämä suurtaajuinen radiosignaali (engl. Radio Frequency, lyh. RF) kulkee antennijärjestelmän läpi ilmakehään. Lähetin-vastaanottimen yleisen suorituskyvyn kannalta antennin SWR:n tarkistaminen on tärkeää, sillä huonosti toimiva antennijärjestelmä vähentää merkittävästi lähetyksellä ja vastaanotolla kantamaa ja voi vahingoittaa lähetin-vastaanotinta, kun signaali ei kulje antennijärjestelmän läpi oikein ja lähetysteho heijastuu takaisin lähetin-vastaanottimeen. SWR:n pienin arvo 1 : 1 tarkoittaa, että kaikki lähetetty teho siirtyy antenniin eikä yhtään tehoa palaa takaisin lähettimeen. Heijastusten välttämiseksi radion ja antennin välissä voidaan käyttää sovituspiiriä (antenniviritin), jolloin lähetin saadaan näkemään 50 ohmin kuorma. Seisovan aallon suhde määräytyy syöttökaapelin eli siirtojohdon ja antennin impedansseista ja sille on olemassa myös karkea muistisääntö:

• SWR = 1, jolloin järjestelmässä ei ole lainkaan heijastuksia (ideaalitilanne)
• SWR = 2, jolloin 10 % tehosta heijastuu takaisin
• SWR = 3, jolloin 25 % tehosta heijastuu takaisin
• SWR = ∞ (ääretön), jolloin teho heijastuu kokonaan eikä kuormaan (antenniin) mene tehoa lainkaan

Testissä käytetyt antennit

Testiin valikoituneet antennit on mitoitettu kuvien 9 ja 11 mukaisesti amerikkalaisten radioamatöörien käyttämille 2 m ja 70 cm taajuusalueille, jotka poikkeavat Suomessa käytetyistä taajuusalueista sekä puhetoistinasemien ja suorien kanavien taajuusallokaatiosta. Nämä seikat tulee huomioida vastaavan kaltaisia antenneja rakennettaessa ja kuvien 10 ja 12 mittaustuloksia tarkasteltaessa. Etenkin 2 metrin taajuusalueen antennin parhaat SWR -lukemat osuivat Suomessa käytetyn taajuusalueen ulko- ja yläpuolelle, vaikka testin aikana antenni osoittautui toimivaksi ratkaisuksi.

Kuva 9. Amerikkalaisten radioamatöörien 144 MHz metrin taajuusalueelle mitoitetun nauha-antennin toteutusperiaate.

Kuva 10. Radioamatöörien 2 metrin taajuusalueen antennille mitattu SWR -suhdeluku.

Kuva 11. Amerikkalaisten radioamatöörien 430 MHz taajuusalueelle mitoitetun nauha-antennin toteutusperiaate.

Kuva 12. Radioamatöörien 430 MHz taajuusalueen antennille mitattu SWR -suhdeluku.

Yhteyskokeiluiden suorittaminen

Käyttöön hankittujen nauha-antennien testaus ja yhteiskokeilut suoritettiin joulupäivänä 25.12.2024 olosuhteiden ollessa ajankohtaan nähden ”otolliset”. Ulkona vallitsi harmaan kolea ja kostea talvinen ”joulusää”, vaikka onneksi suoranaista vettä ei satanut. Ilmatieteen laitos lupasi päivän pituudeksi ruhtinaalliset 5 tuntia ja vartti sekä auringon laskuajankohdaksi kello 15.06 paikallista aikaa. Nollakeleistä huolimatta ennen joulua vallinneet runsaat lumisateet näkyivät vielä metsissä, joissa avonaisilla paikoilla riitti märkää nuoskalunta helposti 30 – 35 senttiä. Kaikki jalankulkuväylät olivat lähes hiekoittamatta sekä metsässä sivupolut ja tienpistot aiempien sateiden ja sulamisvesien huuhtelemina täysin peilikirkkaassa jäässä. Turvallisuusnäkökohdat huomioiden kengän pohjiin asennetuille liukuesteille oli kerrankin todellista käyttöä.

Kuva 13. Urbaanin luonnon keskellä Tampereen Hallilassa sijainnut koeasema.

Saavuin ennalta tiedusteltuun kohteeseen Tampereen Hallilassa kello 14.20, jolloin tehokasta peliaikaa ennen auringon laskun ja pimeyden saapumista oli noin 1 – 1.5 tuntia. Antennien testaukseen löytyi varsin otollinen ja helposti saavutettavissa oleva paikka kallioisen mäen päältä, jossa oli valmiiksi suhteellisen avoimella paikalla kuin toivomuksesta mänty antennikokeiluita varten. Paikka sijaitsee kuvan 13 mukaisesti aivan Tampereen ratikan Hervannasta keskustaan suuntautuvan reitin varrelta 9 -tien ylittävän sillan kupeesta. Paikka toimi samalla näyteikkunana radioharrastukseen, kun ratikan kyydissä oleva kuljettaja ja matkustajat saivat ihmetellä lumihangessa kahlaavaa ja männyn runkoon käsiradio kourassa nojailevaa radioamatööriä.

Testaus alkoi 2 metrin taajuusalueen antennin asentamisella puun oksalle ja antennin SWR -arvojen mittauksella. Tämän jälkeen suoritettiin yhteyskokeilut ensin Tampereen puhetoistimella taajuudella 145.750 MHz/-0.6 ja sen jälkeen siirtyen liikennöimään suoralle taajuudelle 145.425 MHz. Tällä taajuudella sai heti ensimmäisen yhteyden luontokohteessa OHFF-0201 Tampereen Kaupissa Soukonvuoren luonnonsuojelualueella ja lokaattorissa KP11WM päivän aikana sijainneeseen radioamatööriasemaan, jonka signaali oli hyvin luottavissa. Samalla jaksolla saatiin seuraavaksi yhteydet Kangasalla ja Nokialla sijainneisiin radioamatööriasemiin, joiden signaalit olivat voimakkaita ja täysin ongelmitta luettavissa. Vastaavasti oman aseman signaali oli luettavissa hyvin muilla vasta-asemilla. Ennen paluumatkalle lähtöä, käyttöön vaihdettiin 70 senttimetrin taajuusalueen antenni ja suorittaen sille samat mittaukset sekä yhteyskokeilut suoralla taajuudella 433.500 MHz.Tällä jaksolla saatiin yhteys Kaupin luontokohteessa sekä Tampereen Atalassa sijainneisiin radioamatööriasemiin.

Soveltuvuus radiokilpailuihin?

VHF -alueen nauha-antennia oli testattava uudelleen samassa paikassa heti vuoden ensimmäisessä 144 MHz:n VHF NAC tiistaitestissä (1/2025), jolloin taajuuksilla olisi oletetusti enemmän vasta-asemia paremmin sijoittuneena ympäri maakuntaa. Ulkona vallinneet sääolosuhteet huomioiden testaus ajoittui heti kilpailun alkuun kello 20.08 Suomen aikaa ja kestäen taivasalla tuulisessa pakkaskelissä noin 20 minuuttia.

Lyhyeksi jääneen kokeilun aikana tiistaitestin FM -puhealueella oli kuultavissa vähän asemia – osa myös Pirkanmaan ulkopuolelta. Oma asema sijaitsi lokaattoriruudussa KP11WL. Muutaman kilpailukutsun tuloksena syntyi ensimmäinen yhteys Pirkkalassa lokaattorissa KP11SK sijainneeseen OH3MJ:n asemaan, jonka signaali oli hyvin ja ongelmitta (RST 57) kuultavissa. Pisin kilpailuyhteys Icomin IC-T3H radiota ja 5 W maksimitehoa käyttäen syntyi Juupajoen Lylyssä sijainneeseen OI3V:n asemaan lokaattorissa KP21FV, jonne linnuntietä matkaa kiertyi noin 58 km. Lylyn kerhoasemalla oli käytössä suuntaava yagi-antenni ja asema oli kuultavissa täysin luettavasti ja ongelmitta (RST 59). Maasto-aseman lähete oli vastaavasti Lylyssä vaikeuksitta ja tyydyttävästi (RST 45) kuultavissa. Saatujen kokemusten myötä saattoi todeta, että edellä mainitun tyyppiset antennit sopivat hyvin retkeilymielessä tehtyyn kilpailutyöskentelyyn etenkin paremmilla kevät-, kesä- ja syyskeleillä.

Johtopäätelmät

Testin johtopäätelmänä voidaan todeta, että nauha-antennina toteutettu ”J -tikku” on keikka- ja retkikäyttöön hyvin soveltuva ratkaisu, jolla lyhyeksi jääneen testin aikana voitiin saavuttaa käsiradiolla työskenneltäessä 15 – 20 kilometrin yhteysväli. Tässä yhteydessä on muistutettava oman asemapaikan valinnan sekä maastoesteiden vaikutus yhteyksien saamiseen. Kokeilu osoittautui sen verran lupaavaksi, että antenneja on kokeiltava myös kilpailutoiminnassa, kuten vaikka osallistumalla joka kuukauden ensimmäisenä tiistaina pidettävään yhteispohjoismaiseen Nordic Activity Contest (NAC) -radiokilpailuun.

Osaluettelo

Tässä artikkelissa ja rakenteluohjeessa mainitut osat on lueteltu ohessa ja kattaen yhden VHF- tai UHF -antennin varustelun. Suluissa on suora viittaus ja linkki ostopaikkaan. Korvaavan osan voi hankkia muualta, käyttää saatavilla olevaa korvaavaa materiaalia tai valmistaa itse.

• Antenni, tekstiili- \ Joustavasta tekstiilimateriaalista radioamatöörien 50, 70, 144 (VHF) tai 430 MHz (UHF) tai muille taajuusalueille valmistettu päästä syötetty pystysuuntainen eli vertikaalinen J -antenni (engl. J Pole), 1 kpl
• Haka, karbiini- \ Ruostumaton ja haponkestävä jousi- eli palomieshaka ilman silmukkaa, mitat 5×50 mm, karbiinihaka toimii tarvittaessa ripustusnarun kevyenä heittopainona, 2 kpl (Clas Ohlson)
• Kaapeli, antenni-, lyhyt \ Antennin syöttöön käytetty RG58 tai RG223 koaksiaalikaapeli, pituus 5 m, esimerkissä antennin puoleinen liitin BNC/uros ja syötön liitin BNC/uros-kulma suoraan käsiradiolle, 1 kpl
• Kaapeli, antenni-, pitkä \ Antennin syöttöön käytetty RG58 tai RG223 koaksiaalikaapeli, pituus 10 m, esimerkissä antennin puoleinen liitin BNC/uros ja syötön liitin BNC/uros-kulma suoraan käsiradiolle, 1 kpl
• Kela, naru- \ Narukela tekstiiliantennin ja ripustusnarun säilytykseen, naru valmistellaan ohjeessa kuvatulla tavalla, 1 kpl
• Narua \ Polypropyleenista valmistettua heitto- ja ripustusnarua, paksuus 2 mm, pituus 20 m, 1 kpl
• Pussi, varuste- \ Antennin ja sen varusteiden säilytyspussi, 1 kpl