Teksti: 17.12.1992 J. Hartikka. Päivitetty 03.01.2004.

Lentokvaki kahdelle metrille

- Terve, Ilmari. Huomasin tässä koiraa ulkoiluttaessa, että laskit kahden metrin antennia alas. Tarvitsetko apua?
- Terve, Osmo. Kiitos kysymästä, tämä aneetti ei paina kuin vajaa pari kiloa, sen kyllä hoitelee yksinkin.
- No tuo on kyllä ufojuttuja, sehän on hyvinkin kuusimetrinen harava, ei sellaista voi yhdellä kädellä pyöritellä mastossa.
- Arvasit pituuden täsmälleen oikein, mutta tätä kyllä jaksaa nostella jopa yhdellä sormella. Laske se Musti tähän pihalle ja koeta vaikka!
- Varovasti... oho! Sehän on yhtä kevyt kuin onkivapa, hyvä jotta ei lentoon lähde!


Antenni kuin lentokone

- Tarkalleen sanottuna 1,85 kg mukaanlukien 4 m pätkä RG-58/U syöttöjohtoa, ja kymmenen elementtiä 144 MHz:lle kolmen aallon puomilla.
- Ei uskoisi, jos ei omin käsin tuntisi... mutta noinkohan näin heppoinen harava kestää ylhäällä?
- Aivan samoin kuin lentokone, se kestää ylhäällä juuri siksi että se on tarpeeksi kevyt ja aerodynaaminen. Tämä antenni on jo kestänyt vaurioitta mastonhuipussa kahden syksyn ja talven myräkät.
- Olkoon vaikka miten aerotyraaminen, mutta mitä sillä on antennin vorkkimisen kanssa tekemistä?
- Maailman tuulet ne antenniakin heittelee, Osmo hyvä. Huomaat, että tämän antennin elementit ovat ohutta, joustavaa 2 mm lankaa, ja puomi pyöreää 22 mm lasikuituputkea, ilman yhtään viistotukea. Elementtien kiinnityskin on tehty välttäen ilmanvastusta aiheuttavia kiinnikkeitä. Ei ole paljoa, mihin tuuli tarttuisi.
- Mutta eikös tämä ole vähän vääräoppisesti tehty, tämä puomihan ei ole edes metallia?
- Antenni ei vorki puomillaan, etenkään jagit, kvadit ja kvakit, niinkuin tämä. Antenni vorkkii elementeillään. Puomi ainoastaan hieman vaikuttaa elementtien mitoitukseen, mikäli se on johde.
- Sanoit, että kvaki. Onko sillä jotain tekemistä noiden kahden neliömäisen elementin kanssa?


Isä Yagi, äiti Quadi

- Täsmälleen. Ensiesittelynsä QST:ssä jälkeen kvakista (quagi) tuli eräs itserakentajien suosituimmista 144 MHz tehoantenneista. Sen säteilijä ja heijastaja ovat kvadielementtejä (quad) ja suuntaajat suoria puikkoja, eli jagielementtejä (yagi). Mitat sain Rollen -2BEW VHF-palstalta vanhasta Vipusesta. Esitettyä 8-elementtistä pidentäen kahdella elementillä syntyi tämä kvaki kahden metrin bandille kolmen aallon puomilla (3 x aallonpituus 2 m = 6 m). Kvaki on laajakaistainen, ja mittojen mukaan tehtynä virittämättä toimiva antenni.
- Näkyvät oleva nuo elukat aika harvakseen puomilla, eikös ne olisi voinut saman tien laittaa puolta lyhyempään tilaan? Tai enempi elementtejä puomille, niin olisi saanut enempi geiniä?
- Katsos, Osmo, elementtimäärä ei määrää antennin vahvistusta, vaan puomin pituus, tietenkin edellyttäen, että antenni on oikein mitoitettu. Toisin sanoen, jos laittaisin tälle puomille vaikka 17 elementtiä kymmenen sijasta, antennin vahvistus ei olennaisesti muuttuisi.
- No nyt puhut kyllä ihan ristiin, vastahan väitit, ettei puomi vorki antennissa!
- Ei puomi itsessään mitään merkitsekään, ainoastaan sen pituus. Voit vaikka ajatella asiaa niin, että mitä laajemmalle alalle antennia voidaan levittää, sen suuremman osan se myös pystyy pyydystämään ohikulkevasta radioaaltorintamasta, eli sen tehokkaampi antenni on. Ei ole tosiaankaan olemassa mitään pientä huipputehokasta ihmeantennia, aaltojan sieppaaminen laajalta alalta edellyttää aina myös laajaa antennia. Mutta ei sen välttämättä tarvitse olla rakenteeltaan raskas.
- Ahaa, eli samanpainoisella antennilla enempi geiniä?


Terveellinen kevytkvaki

- Oikeinpa oivalsit. Jos rakennat antennin, jossa on muihin vastaavantehoisiin verrattuna puolta pienempi tuulipinta-ala ja painostakin puolet pois, voit stakata niitä kaksi kappaletta samaan mastoon, joka muuten kestäisi vain yhden. Eli tuplavahvistus, periaatteessa 3 dB. Tällaista kevytkvakia voisit laittaa kolmekin kappaletta, kääntäjää tai mastoa rasittamatta enempää kuin yhdellä tavallisella alumiiniantennilla.
- Joo, minulta tuuli rikkoi kääntäjän viime talvena. Olisi pitänyt kevyempi antenni laittaa kuin se 20-elukkainen. Näitä kvakeja voisikin laittaa sinne kaksi päällekkäin.
- Niin voisi, ja vahvistus olisi silloin samaa luokkaa tai karvan verran parempi kuin 20-elementtisellä viiden aallon eli 10 m puomilla.
- Noistahan syntyisi varmasti mukava nelikkokin?
- Kyllä, kvaki käy hyvin neljän antennin ryhmiin. Tukikehikon ei tarvitse kevytkvakeilla olla järeämpi kuin tavallisesti viisielementtisillä, ainoastaan antennien väliä on pidennettävä kvakin kolmen aallon puomia vastaavaksi, noin neljään metriin. Nelikon laskennallinen vahvistus on 6 dB yli yhden antennin. Hei, älä pudota sitä lintulautaa!


Antennin ympäristöpäästöt

- Anteeksi, innostuin kun rupesin mallaamaan nelikkoa. En muistanut, että antenni oli vielä kädessä, lasketaan tähän maahan...
- No, ei linnut tästä kvakista tykkää muutenkaan. Elementit ovat niin ohuet, että aina kun yrittävät niille istua, tekevät mukin.
- Tämä näyttää ikäänkuin häviävän ympäristöön heti kun sitä katsoo kauempaa. Jos ei linnuille, niin taitaisi kuitenkin ympäristönsiistijöille olla mieleen?
- Se on lisäetu pienestä tuulipinnasta. Poissa silmistä, poissa mielestä. Ja onhan sitäpaitsi havaittu, että jos antenni ei näy, se jostain syystä ei yleensä aiheuta myöskään TVI:tä...
- No tuo on jo suorastaan kieroa. Hei, Musti, irti siitä! No nyt se lähti viemään sitä kvakia hampaissaan...
- Haluaa varmasti leikkiä sillä niinkuin isäntänsäkin.
- Musti! Ei sinne metsään! No nyt se juoksee noiden puiden välistä! MUSTI!
- Oho, tulipas äkkipysäys!
- Antennin puomi taipui ihan mutkalle, taisi vääntyä pilalle koko aparaatti?
- Tuskinpa. Katsotaanpas... puomi oikeaa suoraksi heti kun pääsee jännityksestä, lasikuituun ei jää pysyvää taipumaa niinkuin metalliin. Se joko oikeaa tai katkeaa. Pari pientä naarmua jäi Mustin hampaista, ei syytä korjaukseen. Elementit taas ovat niin ohuita, että ne vain taipuvat, eivät katkea. Ne oikeavat sormivoimin, näin.
- Jo oli lentävä lähtö. Vaan Musti ei näyttänyt olevan moksiskaan moisesta törmäyksestä. Ei tainnut edes käydä hampaisiin.
- Oli tuo puomi niin joustava. Samalla tavalla se joustaa tuulessakin, eikä riko hampaita antenninkääntäjänkään rattaista.
- Nyt Musti saat mennä järsimään puukeppiä, antennit jätät rauhaan! Huh, kun säikähdin, että tuli uuden kvakin rakennus...
- No, ei tämä sentään kovin vaikea olisi rakentaakaan. Tuolla on toisen lentokvakin aihio tallissa tekeillä, tulehan katsomaan!


Suksisauvankin sukua

- Tämä lasikuituputki taitaakin olla samaa, mistä kaverit ovat rakennelleet HF-kvadien ruotoja?
- Aivan samaa, kotimaista Exelin putkea. Tuli tosiaan samassa paketissa kuin kvadiaineet kerhon yhteistilauksessa, täysimittaisena 6 m salkona. Juuri sen mukaan kvakin puomin pituuskin on valittu.
- Eikös tässä kestäisi tuo 19 mm putkikin puomina?
- Kyllä lujuus riittäisi, mutta jäykkyys ei riitä: ohuempi putki taipuu enemmän, vaikkei katkeakaan. 22 mm putki on ohuin, johon ei tarvitse vinotukia puomia kannattelemaan, koska se taipuu näiden kvakielementtien painosta vain arviolta 5 - 10 cm, joka ei vielä vaikuta mitään antennin toimintaan. 19 mm putki roikkuisi ja parikymmentä senttiä, mikä pistäisi jo pahasti silmäänkin.
- Mitä ainetta nämä elementit ovat? Eikö ne muuten voisi tehdä paksummastakin aineesta, vaikka 3 mm langasta?
- Tähän antenniin olen pätkinyt vanhaa 2 mm teräskuparista avolinjaa elementeiksi, mutta messinkilanka tai kova alumiini käy yhtä hyvin, kunhan elementit eivät ole yhtään raskaampia kuin nämä. Siksi 3 mm lanka ei enää käy.
- Ai niin, se taipuma.
- Tämä kvaki on tosiaan kuin lentokone: kaikki lisäpaino haittaa sen pysymistä ylhäällä. Siksi muutkin rakenneratkaisut muistuttavat lentotekniikkaa. Lasikuituputkeen ei esimerkiksi saa kiinnittää mitään läpiruuvaamalla, pulttaamalla tai niittaamalla, mutta se on helppoa liimata tavallisella epoksiliimalla, esim. Araldit, Super Epoxy, Bostik 7.
- Minä en kyllä astuisikaan lentokoneeseen, jos se olisi liimattu kokoon!
- Itse asiassa olet jo saattanut astua sellaiseen koneeseen. Nykyaikaiset lentsikat on rakennettu hämmästyttävän suurelta osin liimatuista komposiittimateriaaleista, kevyttä ja lujaa.
- Huh! No, jos olisin tiennyt, en ehkä olisi astunut... Mutta onhan tuossa kvakissa yksi metalliputkenpätkäkin!


Laskutelineet

- Kyllä, kiinnityskohta mastoon täytyy vahvistaa n. 30 cm mittaisella alumiinisella sähkömiehenputkella, jonka sisään lasikuituputki mukavasti menee. Tämä siksi, ettei lasikuituputkea saa läpipultata, eikä edes suoraan puristaa lemmareilla, koska se silloin murtuisi. Vahvikeputki on liimattu sivelemällä lasikuituputken päälle riittävästi epoksiliimaa vahvikkeen pituudelta, ja vetämällä vahvikeputki liiman päälle. Päät varmistetaan sivelemällä niihin liimaa. Tästä metalliputkesta antenni voidaan nyt kiinnittää pakoputkilemmareilla kiinnityslevyyn, ja se edelleen mastoon. Seuraavaksi liimataan syöttöelementin ja heijastajan tukiputket ja suuntaajaelementit puomiin.
- Onko elementtien asennolla puomissa mitään merkitystä?
- On tosiaan sikäli, että lasikuituputket ovat joskus hieman käyriä. Laitahan tuo puomiaihio keskipisteestään vapaasti etusormesi päälle poikittain tasapainoon, ja päästä irti.
- Pyörähti toinen kylki alaspäin ja jäi siihen.
- Nyt sen alaspäin oleva puoli merkataan, noin, ja siitä tulee valmiin antennin yläpuoli. Kippurat päät tulevat silloin ylöspäin, ja antennin puomi roikkuu vähemmän.
- Se on silloin niinkuin vastakiero?
- Kyllä, esitaivutettu. Tässä on kvakin mittapiirros. Neliömäisten säteilijän ja heijastajan pituudet on siinä annettu oikaistuna. Niitä varten joudutaan puomiin laittamaan kohtisuorat kiinnitysputket 16 mm lasikuituputkesta, saisi tosin olla ohuempaa ja kevyempää, mutta muuta en tähän lähtöön kerinnyt saada. Tukiputkille tehdään puomiin 16 mm pystysuorat reijät, joihin ne liimataan epoksilla. Lasikuidun poraus suoritetaan penkkiporassa melko suurella kierrosnopeudella hyvin hitaasti syöttäen, jottei putki halkea. Tämä lasikuitujäte muuten on syytä pitää poissa käsistä, se kutiaa ilkeästi ihossa. Suuntaajille tehdään vastaavasti kohtisuorat 2 mm reijät, mutta vaakatasoon, ja liimataan ne paikoilleen.
- Nämä 16-milliset putkenpätkät ovat päistään halki!
- Niin ovat, mutta tarkoituksella. Niihin on sahattu elementtilangan levyiset kolot, joihin kvadielementit (säteilijä, heijastaja) upotetaan ja liimataan. Tuon säteilijän tukiputken toisen pään kolo on lisäksi suurempi, koska siihen tulee syöttöpiste.
- Näyttää aika vaikealta kiinnittää syöttöelementin päitä tähän putkeen...

Piirros: Lentokvakin mitoitus.

Siivet ja peräsimet

- Niitä ei onneksi tarvitse siihen suoraan kiinnittääkään. Syöttöpiste tehdään yksipuolisesta lasikuituisesta n. 2 x 2 cm kokoisesta painokytkentälevyn palasta. Kupari poistetaan neliön lävistäjiä myöten, niin että yksi levyn nurkka jää erilleen. Tähän juotetaan syöttökoaksin keskilanka. Vaipan pää juotetaan ensin itsensä ympäri, ja sitten levyn toiseen kuparipintaan, jolloin saadaan aikaiseksi myös vedonpoistaja. Balunia ei kvakissa tarvita, koska syöttöimpedanssi on suoraan koaksikaapelille sopiva ja kvadielementti sallii epäsymmetrisen syötön.
- Ahaa, ja elementin päät juotetaan sitten samoihin kuparipintoihin, eli suora syöttö. Näppärää!
- Ja kevyttä. Liittimet olisivat vain turhaa painoa. Syöttöjohto ei saa olla raskaampaa kuin ohut RG-58/U ainakaan antennin puomissa, mastossa se voidaan hyvin liittää paksumpaan koaksiin. Syöttölevy liimataan epoksilla tukiputken päässä olevaan loveen, koaksi tulee tukiputkeen tehdystä kolosta ulos, ja kiinnitetään ohuilla nippusiteillä puomiin. Heijastaja onkin ympinainen neliö, sen langan päät vain juotetaan yhteen ja liimataan se omaan tukiputkeensa.
- Ja sitten antenni on valmis ammuttavaksi kiertoradalle!
- Mennäänkin nostamaan tuo äsken laskettu lentokvaki takaisin mastonhuippuun, kunhan teen siihen ensin pienen polarisaatiomuutoksen.


Kaarto ja kallistus

- Miten niin pienen? Eikös polarisaatio ole joko vaaka tai pysty?
- Ei välttämättä. Laitetaanpas tämä kvaki takaisin kiinnikkeisiinsä, tähän pakoputkilemmarien alle. Naapurikaupunkiin on tullut ripiitteri, ja haluan vorkkia sitä ilman uutta erillistä antennia. Helpoin tapa saada tämä sama antenni vorkkimaan myös pystypolarisaatiota on kallistaa sitä, näin. Käy helposti, koska puomi on pyöritettävissä lemmareissaan.
- Niin näkyi käyvän, mutta noinkohan antenni vorkkii ollenkaan, jos se on vinossa?


Valokuva: Lentokvaki asetettuna vinopolarisaatioon.


- Itse asiassa vorkkii paremmin sekä pysty- että vaakapolaroituja asemia kuin samanpituinen ympyräpolarisoitu ristijagi.
- Mitenkäs se voi olla mahdollista? Ristijagissahan on erilliset elementit sekä pysty- että vaakapolarisaatiolle?
- Juuri siksi. Ristijagissa teho jakaantuu tasan puoliksi sekä pysty- että vaakapolaroitujen elementtien kesken, jolloin sen vaimennukseksi lineaariseen polarisaatioon, eli sekä vaaka- että pystypolarisaatioon, tulee 3 dB. Kun kallistan tätä antennia 30 astetta, se vaimentaa vaakapolarisaatiota vain 0,6 dB, ja pystypolarisaatiota 3 dB.
- Tuohan kuulostaa ikiliikkujalta, onkohan jossain laskuvirhe?
- Fysiikka on järkeä ihmeellisempää. Periaatteellisen polarisaatiovaimennuksen kaava on: Vaimennus (dB) = 10 x lg (cos (polarisaatioero asteina)). Esimerkiksi 45 asteen kallistus antaisi vaimennuksen 10 x lg (cos 45 ast.) = 1,5 dB, mikä on sekin jo 1,5 dB parempi kuin ristijagin 3 dB. Toisaalta ristijagien ympyräpolarisaatio sopii paremmin satelliittien vorkkimiseen, koska näiden polarisaatio saattaa olla aivan satunnaisen suuntainen.
- Onko kohtisuorien polarisaatioiden vaimennus sitten ääretön?
- Periaatteessa on, käytännössä ei. Se jää polarisaation sironnasta johtuen noin 20 desibeliin, eli tehosuhteena satakertaiseksi.
- No siltä se kyllä tuntuukin, jos vaakaharavalla yrittää ripiitterille, ei juuri kongit kumahtele... ei vaan nyt minulle on kyllä kello jo aikoja sitten kumahtanut, tuli kiirus! Sapuska on varmasti jäähtynyt tunnin, ja XYL on taas ihan kuumana...
- No, jonkun mielestä parempi kylmä ruoka ja kuuma XYL kuin päinvastoin, hei vaan Osmo.
- Hei, Ilmari. Palataan asian jäähdyttyä. Musti! Nyt läksettiin, sano Porin palokunta!