Klub krótkofalarski SP3YOR

Scroll down for English version.

W czerwcu 2023 miałem szansę, razem z ekipą SN7L, odwiedzić prawdopodobnie największe targi krótkofalarskie w Europie – HAM RADIO we Friedrichshafen. Spotkałem wiele inspirujących osób, przeprowadziałem sporo długich dyskusji i przywiozłem do domu tonę wspaniałych wspomnień, ale nie tylko. Przywiozłem ze sobą także dość fizyczną pamiątkę: analiator radiokomunikacyjny Rohde & Schwartz CMU200, który kupiłem na tamtejszej giełdzie. Za kwotę 600€, nie było opcji, żeby to urządzenie nie stało się moją własnością. Podobny sprzęt na polskim ryneczku jest wart ponad 2x więcej (od 5-6 tys. PLN). Analizator widma w zakresie 10 MHz – 2,7 GHz, generator od zera do 2,7 GHz, -137 do +13 dBm, podwójny, z modulacją AM/FM/DSB, szerokopasmowy pomiar mocy. Oczywiście, to sprzęt przeznaczony typowo do pracy z urządzeniami GSM/3G, więc brakuje mu kilku funkcji, np. prawdziwego tracking generatora, czy możliwości zerowania spektrum. Tak czy siak, za 600 EUR – nic lepszego nie dostanę.

Kiedy tylko CMU200 trafił pod mój dach (TNX SP5QWB za transport – Lufthansa mogłaby nie zaakceptować tego 18 kg pudła jako bagażu podręcznego), zmierzyłem oczywiście wszystkie moje sprzęty radiowe: spektrum wyjściowe, moc, czułość odbiornika, itd. W końcu mogłem też pomierzyć rzeczy na 2.4 GHz, jak mój DIY upconverter do QO-100. Po kilku miesiącach zauważyłem pewien problem – po jakimś czasie, ok. 1h, urządzenie samo się wyłączało. OK – to nie jest nowy sprzęt ze sklepu, może jakieś kondensatory straciły już swoją pojemność. Po następnych kilku miesiącach problem zaczął się robić dokuczliwy – po wystartowaniu miałem tylko 5-15 minut na pomiary. Po tym jak się wyłączył, nie byłem już w stanie go włączyć – dochodził do ekranu biosu, a czasem nawet nie. Musiałem odłączyć urządzenie od prądu, odczekać jakiś czas (na schłodzenie..?) i dopiero potem spróbować ponownie. Rzecz warta odnotowania – analizator nie wyłączał się nagle (jakby wyciągnąć wtyczkę), tylko w taki sam sposób jakbym nacisnął przycisk zasilania na przednim panelu, z komunikatem “Shutting down” na wyświetlaczu.

Kolejnych kilka miesięcy minęło i nie byłem już w stanie wcale włączyć urządzenia – nie dochodził nawet do ekranu ładowania w procedurze startu. Trochę zaniepokojony tym co znajdę, przystąpiłem do naprawy, przeczytawszy uprzednio wszystkie wątki o CMU200 na forum EEVblog i microcontroller.net (TNX google translate). Oprócz problemu z wyłączaniem się, moje urządzenie było w bardzo dobrym stanie – wszystkie self-testy przechodziły bezproblemowo. Bogatszy o internetową wiedzę, zawężyłem możliwe źródło problemu do dwóch przypadków:

• problem z zasilaczem
• awaria klawiatury

Współczesne zasilacze impulsowe nie starzeją się godnie – przegrzewające się układy wysuszają materiały termoprzewodzące, kondensatory elektrolityczne wysychają (albo rozlewają się), układy zabezpieczające działają zbyt agresywnie. Zasilacze do CMU200 nie są ani łatwo dostępne, ani tanie, więc miałem szczerą nadzieję, że problem leży gdzieś indziej. Na szczęście inżynierowie projektujący CMU200 zamontowali na płycie głównej urządzenia 9 LEDów, które pokazują stan wszystkich linii zasilających wychodzących z wyświetlacza. Urządzenie, w trakcie krótkiego momentu od włączenia do resetu, zapalało wszystkie 9 – tak więc problem musiał leżeć gdzieś indziej.

Zacząłem więc czytać o przypadku alternatywnym, czyli problemach z klawiaturą na przednim panelu. Klawiatura w CMU200 to duża płytka drukowana wykonana z kilku warstw przezroczystego plastiku, na który naniesiono metalowe ścieżki, połączone przelotkami. Układ jest matrycowy, tzn. kiedy naciskamy guzik, przewodząca gumka zwiera dwie linie, chip odbiera naciśnięcie klawisza – prościzna. Z czytania dowiedziałem się, że najpopularniejszy problem trapiący tą konstrukcję to elektromigracja tudzież zjawisko podobne do rośnięcia cynowych wąsów – po pewnym czasie (a te urządzenia mają zazwyczaj >20 lat), niektóre ścieżki zwierają się, co prowadzi do tego, że urządzenie jest przekonane, że przycisk zasilania jest ciągle wciśnięty. Na forum znalazłem informację, że między wszystkimi liniami klawiatury, oporność powinna wynosić > 10 MOhm.

Na początku nie byłem przekonany, że właśnie to mi się przytrafiło, ponieważ widziałem zależność między temperaturą urządzenia a występowaniem problemu – zimny analizator działał zdecydowanie dłużej niż po rozgrzaniu, obstawiałem więc, że to jakiś zimny lut albo kondensator. Przynajmniej do czasu, aż odkryłem, że wciśnięcie przycisku “Escape” lub któregoś z jego sąsiadów pozwala urządzeniu się włączyć – eureka.

Zacząłem więc dokładniejszą diagnozę. Proces dostawania się do wnętrzności CMU200 jest opisany w manualu serwisowym, ale może przyda się komuś, jeśli krótko go tu opiszę. Stawiamy urządzenie w pionie, na uchwytach przedniego panelu i śrubokrętem Torx T20 odkręcamy cztery tylne nóżki, po czym ściągamy całą obudowę. Kładziemy urządzenie z powrotem w normalnej pozycji, tym samym torxem odkręcamy przednie uchwyty i ściągamy metalową maskownicę z przedniego panelu. Górna blacha trzyma się na jednej śrubce.

W środku urządzenia przejrzałem wszystkie połączenia, ale konstrukcja raczej nie pozwala na poluzowanie się czegokolwiek. Diody na spodzie i z tyłu płyty głównej potwierdzały prawidłowe działanie zasilacza, więc skupiłem się na sercu urządzenia, czyli panelu frontowym, będącym zasadniczo komputerem PC. Cały panel zamontowany jest w obudowie za pomocą 5 śrub na obwodzie (2x góra i dół, 1x lewo), dwóch od frontu (pod enkoderem) i jednej mocującej złącze kart PCMCIA, dostępnej od góry urządzenia. Po usunięciu śrub i odpięciu trzech taśm łączących PCMCIA z płytą główną, panel można ostrożnie wyciągnąć do przodu.

Dostanie się do środka panelu jest jeszcze prostsze niż wyjęcie go – wystarczy usunąć kilka śrub na obwodzie i urządzenie rozkłada się na dwie połowy. Uwaga – ostrożnie z taśmami (LCD, enkoder, klawiatura).

Mając wyjęty panel odpiąłem taśmę od dysku twardego, żeby niepotrzebnie nie nadwyrężać wiekowego dysku ciągłymi restartami, a także wymieniłem baterię biosu. Nie rozwiązało to problemu, zacząłem więc rozbierać klawiaturę. Żeby zdjąć plastikową maskownicę trzeba usunąć wszystkie małe śrubki, a wkrótce naszym oczom ukaże się słynna problematyczna membrana. Moja wyglądała nieco podstarzale, ale nie było na niej widocznych śladów korozji. Wyczyściłem wszystkie klawisze alkoholem izopropylowym, ale bez skutku, także w następnym kroku odpiąłem taśmę klawiatury od płyty głównej i urządzenie włączyło się poprawnie, zatrzymując się na błędzie o braku dysku – słusznie, bo go odpiąłem. Zostawiłem je tak na 20 minut, nic się przez ten okres nie stało, także wiem już na 101% gdzie siedzi problem.

Zacząłem szukać zwarcia, mając na uwadze to, co przeczytałem na jednym z forów – jeśli między jakimiś ścieżkami jest < 10 MOhm, to jest to uznawane za “zwarcie”, tak więc nastawiłem miernik na zakres 200 MOhm i zacząłem sprawdzać linie metodą każdy-z-każdym. Pomijając fabrycznie zwarte do siebie ścieżki (są takie) i wyprowadzenia dwóch LEDów stanu zasilania, udało mi się znaleźć opór rzędu 300 kOhm pomiędzy pinami 6 i 17 we wtyczce (złączem do góry, taśma w kierunku z dala ode mnie). Pin 6 to jedno z dwóch wyprowadzeń klawisza zasilania, pin 17 jest podłączony do kilku klawiszy numerycznych i schodzi dalej do dolnego rzędu klawiszy pod ekranem, gdzie krzyżuje się ze ścieżką z pinu 6. Wychodzi na to, że “zwarcie” musiało się pojawić gdzieś w dolnej części płytki, pośrednio tłumaczy to, dlaczego naciskając klawisze w okolicy “Escape”, urządzenie zaczynało na chwilę startować.

Klawisze już wyczyściłem, żaden klawisz zresztą nie pracował pomiędzy liniami 6 i 17, także zwarcie musiało wystąpić pomiędzy plastikowymi warstwami. Nie da się tam dostać bez całkowitego zniszczenia membrany, poszedłem więc za radą z internetu. Nastawiłem mój zasilacz regulowany na 30 V, ograniczenie prądu na 1 mA i ostrożnie przyłożyłem napięcie do linii między którymi było przejście (jeśli można tak nazwać ~300 kOhm). Nic się nie stało, nie było błysku ani huku, zasilacz nie pokazał płynącego prądu, ale miernik pokazał brak przejścia pomiędzy liniami. Wpiąłem membranę ponownie, podłączyłem do CMU200 napięcie sieciowe i urządzenie włączyło się całkowicie prawidłowo. Ulga!

Usterka została usunięta, ale jestem silnie przekonany, że pojawi się w przyszłości – być może do następnego zwarcia brakuje zaledwie kilka mikronów. Na szczęście na ebay można tanio nabyć (~$50) zamienniki membran wykonane na normalnej cienkiej płytce drukowanej. Wiedząc jaki problem trapi moje urządzenie, zamówię sobie takową, póki jeszcze ktoś je sprzedaje. Cieszę się że mój Rohde&Schwartz zmierzy dla mnie jeszcze trochę rzeczy. A przy okazji jestem pod wrażeniem jak porządnie wykonane i łatwe w serwisowaniu jest to urządzenie.

73 de SQ3SWF

---

In June of 2023, I had a chance to attend HAM RADIO exhibition in Friedrichshafen, Germany with my SN7L teammates. I met a ton of inspiring people, had many long discussions and brought home a ton of wonderful memories, but, I have also brought quite a physical souvenir: Rohde&Schwartz CMU200 Universal Radio Communication Tester, which I got at the flea market. For the price of 600€ there was no option for me not to buy it. A similar device on the domestic market would cost me more than twice that. 0.01 – 2.7 GHZ SA, -137 to +13 double generator w/ modulation, wideband power meter. It obviously has some drawbacks, since it’s a device primarly intended for GSM and 3G, some software features are lacking, like a proper tracking generator or ability to take reference spectrum. Still, the device rocks.

After getting it home (big thanks to Bartek SQ5QWB), I obviously enjoyed it a lot – measured all of my radios for output spectrum, RX sensitivity. Finally, I had a chance to measure my homebrew QO-100 equipment. After few months I’ve spotted a problem – the device started to shutdown by itself after some time – like an hour, or so. OK, it’s old, it’s been used quite a lot, maybe some caps went wrong or so. After some more time, the problem got a bit more intense – after booting, the CMU200 worked for 5-15 minutes and then shut down. After a shutdown, I could not turn it on back again, it would not even get to the BIOS screen. I had to disconnect the power using rear switch, wait some time (let it cool down?) and then the story repeat. One thing worth noticing – the shutdown was not like a “pull-the-plug” one, but looked the same way, as if I pressed the front “Power” button, with “powering off” message on the screen.

Few months later – the device won’t even get to the system loading screen. A bit afraid of what I’m about to find, I started the repair, having previously read almost all of the CMU200-related threads on EEVblog and mikrocontroller.net (thanks, google translate). Other than the shutdown issue, my device was in a good shape, all the self-tests passed flawlessly. So I have narrowed the issue down to two possible causes:

• power supply issues
• keyboard failure

Switched mode power supplies do not age well – chips get too hot, capacitors dry out, protection circuits kick in too early. CMU200 power supplies are neither easy to get nor cheap, so I really hoped it’s about something else. Fortunately, the engineers behind CMU200 did a very good job by placing 9 LEDs on the bottom side of the main board, indicating whether all PSU voltage lines are OK. Luckily for me, all of them went bright green when I turned on the device, so maybe, maybe the problem is somewhere else.

Then I read some more about the front keyboard. CMU200’s keyboard is a single sheet of PCB, made of few transparent plastic sheets with metal traces sandwiched between them. When a button is pressed, a pair of traces is shorted by a piece of conductive rubber and a key press is registered. Easy enough. Now, the most popular mode of failure is apparently caused by electromigration or whiskers growth. I can’t really tell what’s the underlying physical principle, but the final result is some keyboard lines being unintentionally shorted – just slightly, I’ve read about <10 MOhm being enough to register a press.

At first I did not believe this has happened to me, since I felt like the problem was temperature-related, therefore was linked to some electronic component, possibly some cold solder joint. At least until I discovered the device starts booting fine when I press “Escape” button, or one of the neighboring ones. That’s something!

So I started the diagnosis. The disassembly process is described partially in the service manual, but maybe it’ll help someone if I briefly describe it here. In order to get into CMU200, you have to place the device face-down, so it rests on the front handles. Then, remove the four rear legs using T20 torx screwdriver, remove the main case by lifting it up. Lie the device down and remove the handles (4x T20) and front metal sheet. You can remove the top part of the chassis, there’s one screw on the left and it all slides right.

With the device being open I inspected all the connections, but all seemed to be fine. PSU status LEDs (bottom of the mainboard, to the rear) were indicating no power issues, so I moved to the front unit, which is basically a PC. It’s mounted to the case using few regular Phillips screws (2x top, 2x bottom, 1x left, 2x front, 1 extra one accessible from the top, attaching the PCMCIA module). After removing all the screws and disconnecting 3 flat cables between main board and PCMCIA reader, the unit can be carefully slid forward and removed.

Getting inside the front unit is even simpler than removing it from the device, few of the very same screws and the housing splits in half – warning: there are some flat cables for LCD, rotary encoder and obviously, keyboard.

While I was there, I disconnected the HDD cable (lots of hard restarts and power cutoffs won’t do any good to a hard disk) and replaced the CR2032 bios battery. It obviously did not help, so I started disassembling the keyboard – after removing all the screws from the front (and pulling off the encoder dial), I saw the keyboard membrane itself – it did look a bit old, but no obvious signs of corrosion. Cleaned all the key contacts with IPA to no improvement – still getting stuck at a dark screen before BIOS. So, I disconnected the keyboard flat cable from the mobo entirely. After switching the mains power using switch at the rear, the unit powered on, went through POST and promptly stopped saying no boot disk was found – which was very true. I let it run like that for 20 minutes with no issues observed, so at least I was now sure – the problem was within the keyboard membrane.

I started looking for a short, keeping in mind what I read on the forums – less than 10 MOhm is considered a short here, so I kept my meter in “200M” range. And, soon enough I found a resistance of ~300 KOhm between pins 6 and 17 on the flex connector (pins up, cable going away from me). I took a photo of the membrane and traced the connections – pin 6 is one of the two power button lines; pin 17 serves some numerical buttons and the bottom row of functional keys, as far as I remember. So the “short” must have appeared somewhere in the bottom part, which would partially explain why pressing “Escape” key allowed me to boot the CMU200 for a while.

Since I have already cleaned the key contacts, and there was no key connected to both line 6 & 17, I assumed the short must have happened between the membrane layers, since that’s the only place the two traces meet physically. There’s no way to get there between completely destroying the membrane, so I took the advice from microcontroller forums: I took my power supply, set it to 30V and 0.001 A current limit (does not really matter, since the first capacitor-powered electricity surge exceeds it anyway) and carefully touched the leads to lines 6 and 17. Nothing visible happened, supply showed no current flowing, no sparking, no smells, but: I took the meter, and it showed more than 200 MOhm as it should. So, I quickly connected the membrane straight into the mainboard, without bothering to assemble any other part of the device, flicked the mains switch and… boom. The device booted and operated perfectly. A huge relief.

The issue has been fixed, but I’m quite sure it will happen again in the future, no doubt. There are replacement membranes available on ebay, so I’ll surely get one for myself, while they’re still being sold. Glad my R&S is still alive. I’m amazed how well made these devices are and how easy is to work on them, in terms of dis- and reassembly.

73 / SQ3SWF

Kilka dni temu, razem z Władkiem SP3CET, po raz kolejny mieliśmy okazję wesprzeć ekipę SN7L w walce o punkty w trakcie 3. Prób Subregionalnych IARU. Zawody te rozgrywane są na pasmach amatorskich 2 metry, 70 cm i wszystko co krótsze, aż do wysokich GHz. SN7L startowało tylko na ‘dwójce’ , w myśl zasady, że lepiej robić jedną rzecz i robić ją dobrze.

Skromną, dwuosobową ekipą z SP3YOR wyruszyliśmy w stronę Szklarskiej Poręby krótko po świcie – o 5:00 byliśmy już w drodze, a 3 godziny i 20 minut później – na parkingu u podnóży Karkonoszy, gdzie spotkaliśmy się z resztą zespołu: Maciejem SP7TEE, Wojtkiem SP7HKK, Zbyszkiem SP7MTU i Jankiem SQ7AEC. Zajęliśmy honorowe (pierwsze) miejsca na wyciągu krzesełkowym i przed godziną 10:00 zameldowaliśmy się na szczycie Szrenicy.

Warunki pogodowe były dalekie od idealnych: 12°C, bardzo mocny wiatr, słaba widoczność, duża wilgoć, zamglenie 100% (chmura). No cóż – pocieszając się myślą, że na Śnieżce jest zimniej i wieje mocniej, przystąpiliśmy do montażu. Po 1,5 dnia pracy, na szczycie dumnie prezentowały się cztery zestawy antenowe, każdy złożony z dwóch ośmioelementowych anten Yagi w pionowym stacku. Każdy zestaw posiada także swój własny, zainstalowany na dole masztu, wzmacniacz mocy i przedwzmacniacz odbiorczy oraz, oczywiście, rotor. W pracach wsparł nas mieszkający w Szklarskiej Darek SP6SYO.

Karkonoską pogodę na szczycie Szrenicy dobrze łagodzi dostępność schroniska oferującego wygody znane z nizin – ciepłe posiłki, prysznice, miękkie łóżka, zimne lub ciepłe napoje (jak kto woli). Na szczęście w sobotę los się uśmiechnął i przez prawie cały dzień cieszyliśmy się błękitem nieba i przyjemnym górskim słońcem.

Na stole operatorskim, po raz kolejny kluczowe miejsce zajął Kenwood TS-850, a w zasadzie to, co z niego zostało, po przejściu przez laboratorium SP7TEE. Obok niego stanął transverter/konwerter wyposażony w gałkę służącą do wyboru anteny odbiorczej oraz trochę akcesoriów (tablet do sterowania rotorami, laptop do logowania, laptop do KST/samolotów, OCXO, laptop do nagrywania).

Piątek i sobota zostały wykorzystane na testy sprzętu – problemów nie znaleziono, bez problemu przeprowadziliśmy kilkadziesiąt testowych QSO na różne dystanse. Co również istotne, posiadacze TRX wyposażonych w waterfall nie raportowali żadnych problemów z szerokością naszego sygnału.

Całość zawodów przebiegła dość spokojnie, tzn. bez anomalii propagacyjnych. Jedynym specjalnym wydarzeniem było przejście frontu burzowego przez Karkonosze (i resztę kraju też), na szczęście bez bliskich wyładowań, za to z dużą ilością naładowanego elektrostatycznie deszczu, który podniósł szum do poziomu umożliwiającego odbiór tylko bardzo silnych sygnałów.

Finalny rezultat – 797 QSO, średnio 378 km/qso, 6 QSO >900 km, 301k punktów. W logu 52 stacje z SP – dziękujemy! Nie jest to najlepszy wynik uzyskany w tej lokalizacji (JO70SS), ale wstydu nie ma. Za pomocą połączenia tropo i samolotów daliśmy radę przeprowadzić wiele dalekich łączności.

Po zawodach udało się zwinąć całą stację w ok. 2 godziny (cztery zestawy antenowe, wzmacniacze, kable, akcesoria..) i w okolicy godziny 18:30 razem z SP3CET pieszo ruszaliśmy ku nizinom. Potem jeszcze dłuższa chwila w samochodzie i przy jeszcze nie-całkiem-ciemnym niebie (23:00) wjechaliśmy do stolicy Wielkopolski.

73 / SQ3SWF

Po tym jak po zachodniej stronie budynku “Andersia” wyrósł jego starszy brat: “Andersia Silver”, przemianiowany niedawno na AND2, zasięg znanego i lubianego przemiennika SR3PO został w tym kierunku znacznie ograniczony.

Naturalnie, pojawiła się potrzeba przeniesienia SR3PO w miejsce, które umożliwi korzystanie z przemiennika także kolegom zlokalizowanym w radiowym cieniu nowego budynku.

Z radością informuję więc, że w dniu dzisiejszym, po krótkiej nieobecności w eterze, przemiennik SR3PO został zamontowany w nowej lokalizacji, tj. na wieży SLR na Piątkowie, na wysokości 91 metrów nad poziomem gruntu.

Przy okazji migracji, przemiennik otrzymał dodatkowy filtr pasmowy (zasponsorowany przez nasz klub) oraz LNA po stronie odbiorczej, które powinny zwiększyć czułość strony odbiorczej, bez osłabienia wymaganej w takiej lokalizacji odporności na sygnały w okolicy pasma 70 cm.

Serdecznie dziękujemy kolegom SP3OKE, SP3XBS, SP3VSS, SP3IS za pomoc.

Do usłyszenia! / de SQ3SWF

Składki klubowe na rok 2024 można opłacać na numerem konta:

84 1140 2004 0000 3502 7494 2196

W tytule wpłaty proszę o podanie znaku i okresu jakiego dotyczy składka, miesięcznie (10 zł) lub rocznie (120 zł). Wpłaty służą zaspokojeniu bieżących potrzeb klubu (np. opłat za internet) jak i konserwacji/okresowej modernizacji sprzętu będącego na wyposażeniu klubu.

Na stronie Urzędu Komunikacji Elektronicznej pojawił się niedawno komunikat w którym zamieszczona jest lista egzaminów na świadectwo operatora urządzeń radiowych w służbie radiokomunikacyjnej amatorskiej na 2024 rok – zwane potocznie “egzaminem krótkofalarskim”.

Poniżej prezentuję terminy egzaminów, które odbędą się delegaturze UKE w Poznaniu, przy ulicy Kasprzaka 54:

• 19 stycznia, godzina 12:00
• 2 lutego, godzina 12:00
• 9 lutego, godzina 12:00
• 15 marca, godzina 12:00
• 12 kwietnia, godzina 12:00
• 19 kwietnia, godzina 12:00
• 10 maja, godzina 12:00
• 7 czerwca, godzina 12:00
• 6 września, godzina 12:00
• 11 października, godzina 12:00
• 25 października, godzina 12:00
• 8 listopada, godzina 12:00
• 6 grudnia, godzina 12:00

Uwaga: Powyższe terminy zawsze warto zweryfikować z komunikatem źródłowym na stronie UKE.

Jak to mówią starzy krótkofalowcy, jak nie masz co zrobić – to zrób sobie antenę. Można się do tego stwierdzenia przychylić – samodzielne zrobienie transceivera to zadanie z jednej strony wymagające sporej wiedzy o elektronice; z drugiej, nawet składając gotowy kit – bardzo czasochłonne. Zrobienie anteny, czy to na KF, czy UKF, to satysfakcjonujące osiągnięcie, które można upchnąć w pojedyncze popołudnie. Łatwo też o sprzęt pomiarowy – VNA za 200 zł spokojnie wystarczy do zmierzenia większości rzeczy.

Więc gdy krótkolowiec, młody bądź stary, zrobi już swój dipol na 2m, vertical na 70 cm i endfeda na KF, zaczyna się zastanawiać gdzie można pójść dalej i co zrobić lepiej – jak zrobić lepszą antenę, tzn. taką która lepiej nadaje i odbiera.

Na KF, będąc ograniczonym lokalowo, szybko można dotrzeć do szklanego sufitu – druty lubią być wysoko nad ziemią i w otwartej przestrzeni, sąsiedzi i współdomownicy nie lubią takich drutów. O dodatnie wartości dBd łatwiej jest na UKF-ie.

Anteny typu Yagi-uda są dobrym wyborem, bo są a) wykonalne b) powtarzalne c) przez ostatnie kilkadziesiąt lat sporo mądrych umysłów przetarło szlaki na tyle, że nie trzeba samemu zastanawiać się jak daleko umieścić pierwszy direktor od dipola. Są natomiast o tyle złym wyborem, że mają zysk, ale ściśle kierunkowy, tzn. potrzebujemy rotora. A my chcemy gadać na dwóch metrach, w FM, ze wszystkimi – bez kręcenia.

Skoro nie antena kierunkowa, to może antena dookólna z zyskiem (czyli.. też kierunkowa, bo zysk nie bierze się z nikąd, a tylko z tego, że z jednych kierunków trzeba zabrać, żeby móc dać w innych). Najpopularniejsze pionowe anteny UKF to zdecydowanie seria “X” firmy Diamond oraz odpowiedniki od firm Comet, Lafayette i innych. Są to anteny kolinearne, wykorzystujące kilka elementów promieniujących zasilanych z odpowiednimi przesunięciami fazowymi – odpowiednik umieszczenia dwóch lub więcej dipoli jeden nad drugim. Samodzielne opracowanie i wykonanie takiej anteny w warunkach domowych jest niesamowicie ciężkie, a w przypadku anteny dwupasmowej – prawie niemożliwe. Każda cewka i kondensator w takiej antenie jest elementem krytycznym, który determinuje przesunięcia fazowe na poszczególnych elementach, a tym samym ukształtowanie wiązki promieniowania – i jest to parametr, którego pomiar w warunkach amatorskich jest praktycznie niemożliwy. Należałoby dysponować komorą bezechową i odpowiednią (ruchomą) sondą. Bez tego.. duże otwarte pole, wysoki maszt i …dron z sondą w.cz.? Można próbować pójść przetartym szlakiem i budować amatorskie klony konstrukcji fabrycznych – wielu kolegów z sukcesem powieliło “Diamondy” a w internecie krążą instrukcje. Jest to natomiast praca wymagająca dużej dokładności i prezycji, a rezultaty są ciężko mierzalne – SWR w żaden sposób nie informuje nas o tym czy taka antena pracuje poprawnie.

No więc, wracając do tytułowego J-pole czyli “jotki” albo “dżej-połla”. Po zrobieniu swojego verticala 1/4 fali, człowiek naturalnie chce mieć dłuższą (czyli, w teorii, lepszą) antenę. Fazowane, jak opisano wyżej, są za trudne, dipol – z kolei za prosty. To może J-pole!

Rozważania prowadzimy dla pasma 2 metry – 145 MHz. Jotka dla tego pasma ma długość ok. 1,5 metra i wyglądem przypomina – tak, dokładnie – literkę wielkie “J”. Mamy więc promiennik o długości metra, sekcję dopasowującą (dwa równoległe druty), do której na dole lutujemy zasilający kabel koncentryczny, oraz zwarcie – co początkowo może wyglądać niedorzecznie – bo jak to, zwarcie w antenie – ale nie jest niczym strasznym. Obraz będzie tu lepszy niż tysiąc słów (zrzut ekranu z kalkulatora J-pole wg. M0UKD):

Dywagując dalej – jak działa taka antena? Krótkofalowiec po egzaminie instynktownie rozumie (a przynajmniej powinien), rozumieć ideę tego jak działa dipol półfalowy czy np. vertical (który elektrycznie też jest dipolem). Zasadniczo, jak ilustrują świetne animacje na anglojęzycznej wikipedii, chodzi o to żeby przepychać elektrony w przewodniku, wytwarzając w ten sposób zmienne pole elektromagnetyczne.

Nieinaczej działa nasz J-pole. Górna sekcja o długości jednego metra, nazwijmy ją roboczo promiennikiem, jest niczym innym jak… dipolem. Ale jak to – przecież dipol to dwa druty zasilane w środku..? W najbardziej klasycznej formie – tak, ale nic nie stoi na przeszkodzie (a na falach krótkich sytuacja lokalowa czasem wręcz tego wymaga), żeby dipol zasilić trochę poza jego geometrycznym środkiem, czyli: jedno ramię dłuższe, jedno krótsze.

Takie coś nazywa się zwyczajowo anteną OCFD – off center fed dipole, czyli po naszemu: dipol zasilany poza środkiem. Przyjmuje się, że zasilany w środku dipol, umieszczony w wolnej przestrzeni, ma impedancję 75 Ohm. Im bardziej przesuwamy punkt zasilania w stronę końca (tudzież początku) anteny, tym bardziej impedancja wzrasta, aż do momentu gdzie punkt zasilania znajdzie się na samym końcu anteny. Mamy wtedy zasilany na końcu, półfalowy kawałek drutu, czyli hit wielu ostatnich lat – endfeda. Realna impedancja takiej anteny to około 1800 do 5000 Ohm.

Oczywiście jeśli taka antena ma działać z transceiverem o impedancji 50 Ohm, należy ją odpowiednio przetransformować. Na KF, najpopularniejszy sposób dopasowania to szerokopasmowy transformator nawinięty na rdzeniu toroidalnym, o przekładni 49:1 lub 64:1, co zamienia zakres 1800-5000 Ohm, na, odpowiednio 36-102 lub 28-78 Ohm, czyli SWR poniżej 2:1. Taki współczynnik fali stojącej pozwala na spokojne nadawania bez obaw o końcówkę mocy.

Sprawa dopasowania jest nieco trudniejsza dla pasm takich jak 2 metry i wyżej – rdzenie z popularnych materiałów nie działają przy tak wysokich częstotliwościach, więc żeby dopasować ~3000 Ohm do ~50 Ohm, należy skorzystać z innej metody. Na ratunek przychodzi transformator ćwierćfalowy, czyli odcinek linii transmisyjnej (np. kabla koncentrycznego) o długości elektrycznej 1/4 fali. Elektrycznej, czyli uwzględniającej współczynnik skrócenia – ćwierć fali dla pasma 2 m to 50 cm, ale po uwzględnieniu skrócenia, dla przykładowego kabla H155 będzie to 0.81 * 50 cm = ~40,5 cm.

Przekładnia transformatora nawiniętego na rdzeniu, zależy od kwadratu stosunku ilości zwojów, tzn. stosunek 7:1 daje nam przełożenie 49:1, a 8:1 – 64:1. Linie ćwierćfalowe działają troche inaczej – aby obliczyć impedancję potrzebnego odcinka linii transmisyjnej, musimy pomnożyć przez siebie wartości impedancji które chcemy dopasować, czyli 3000 i 50 Ohm, po czym wyciągnąć z tego pierwiastek. Kalkulator potwierdza – żeby przetransformować 3000 Ohm na 50 (i odwrotnie), należy wziąć kawałek linii o impedancji 387,3 Ohm.

Pan w sklepie z kablami zapytany o taki koncentryk najprawdopodobniej odpowie, że ma tylko 50 i 75 Ohm na stanie, a na zamówienie może dałoby się dostać 100. Jeśli pan w sklepie legitymuje się siwizną, to możliwe że wspomni o płaskich kablach TV o impedancji 300 Ohm, zbudowanych z dwóch równoległych przewodów (żył miedzianych) zatopionych we wspólnej izolacji. Taka impedancja jest (w praktyce) nieosiągalna dla kabli koncentrycznych – kabel musiałby (wg. kalkulatora) mieć kilkadziesiąt cm średnicy i żyłę 0,5 mm w środku.

Skorzystajmy z innego kalkulatora aby obliczyć jak powinna wyglądać linia o potrzebnej nam impedancji 387 Ohm.

Aby uzyskać taką wartość, wystarczą dwa druty miedziane o średnicy 1 mm, umieszczone 26 mm od siebie. Jednostki są opcjonalne, możemy więc użyć rurek 1 cm i umieścić je 26 cm od siebie. Tak czy siak, czy taka linia wam coś przypomina? No tak – dolną, “dopasowującą” sekcję anteny J-pole. Bogatsi o spisaną powyżej wiedzę, wrzućmy nasze dane w program SimSmith, który pozwala symulować na wykresie Smitha różne rodzaje dopasowań:

Aplikacja jest dość skomplikowana, ale interesuje nas tylko kilka rzeczy na powyższym zrzucie. Idąc od lewej, różowy element “L” (load) udaje antenę o impedancji 3000 Ohm. Zielona linia transmisyjna “T1” o długości 46.5 cm i impedancji 387 Ohm to transformator, a “G” to nasze źródło sygnału 145 MHz, które po transformacji widzi SWR na poziomie 1.03:1 – całkiem przyzwoity. Tak prezentuje się wykres Smitha:

Wprawne oko zauważy, że w symulacji pominęliśmy jeden mały detal, a mianowicie zwarcie na “dole” anteny. Symulacja pokazuje, że da się dopasować 3000 do 50 Ohm za pomocą (tylko i wyłącznie) linii ~387 Ohm, ale co w przypadku kiedy mamy do dyspozycji tylko linię o niższej impedancji? Oto przykładowe symulacje prób dopasowania liniami 300 i 500 Ohm:

W obydwu przypadkach uzyskujemy SWR który jest niezły, bo poniżej 2:1, ale jednak nie jest to idealne dopasowanie. Spróbujmy więc użyć krótszej linii 300 Ohm i zwarcia na dole, które zasymulujemy jako zwarty odcinek lini transmisyjnej o tej samej impedancji 300 Ohm:

Taka kombinacja dwóch elementów dopasowujących pozwala nam na uzyskanie SWR 1:1 z wykorzystaniem linii 300 Ohm – T1 jest skrócony w stosunku do poprzednich zrzutów kosztem wydłużenia T2 – odpowiednio 44 i 6.25 cm.

Niestety, dla impedancji wejściowej na poziomie 3000 Ohm, nie udało mi się uzyskać dopasowania 1:1 stosując linie o impedancji powyżej wyliczonej wartości 387 Ohm. “Różowe kółko” na wykresie Smitha zawsze kończy się po “prawej” stronie, i “zielone” zwarcie nie jest w stanie zbliżyć się wtedy do środka wykresu. Należy więc mieć na uwadze, że wykorzystując sekcję dopasowującą o wysokiej impedancji (>400 Ohm), możemy skończyć z anteną, której nie da się dopasować. Nie udało się mi na symulatorze, ale M0UKD twierdzi, że można do budowy użyć kabla 450 Ohm. Symulacja z wykorzystaniem wyidealizowanych elementów niekoniecznie musi odpowiadać rzeczywistości – warto więc eksperymentować.

Ciężko przedstawić powyższe zmagania opisowo, polecam więc samodzielnie uruchomić program SimSmith i spróbować zreplikować przedstawiony układ. Wszystkie parametry, jak np. długość linii można modyfikować za pomocą rolki myszy, a wykres jest aktualizowany na żywo, co pozwala na intuicyjne tworzenie dopasowań i obserwację jak dany element zmienia pracę całości.

Należy pamiętać, że uzyskanie dobrego dopasowania do 50 Ohm, czyli SWR 1:1, nie oznacza, że mamy antenę idealną. Podejmując się budowy, chcieliśmy uzyskać lepszą antenę, ale finalnie uzyskaliśmy… dipol, z dodatkową sekcją dopasowującą, która też promieniuje, dodając odrobinę zysku – wg. wikipedii będzie to ok. 0,1 dB zysku więcej niż dipol półfalowy.

Inne artykuły, uwzględniające wpływ ziemi, wykazują nieznaczą przewagę J-pole nad klasycznym verticalem/dipolem, ale w dużej mierze wynika to z faktu, że szczyt promieniującego elementu znajduje się wyżej nad ziemią; podobny zysk możnaby więc uzyskać umieszczając szczyt verticala/dipola w tym samym miejscu.

W8JI przeprowadził dość obszerną analizę symulacyjną działania anteny J-pole (w odróżnieniu od mojej, skupiającej się tylko i wyłącznie na analizie dopasowania). Artykuł wart jest przeczytania w całości. Autor podkreśla jak wiele zmiennych wpływa na pracę takiej anteny: sposób i symetria podłączenia zasilania, średnica i długość masztu, sposób poprowadzenia kabla koncentrycznego i w sumie co dość oczywiste – średnica i odstęp między elementami samej anteny.

Istotnym problemem jest także powstawanie prądu asymetrii – J-pole to antena niesymetryczna (półfalowy element zasilany od końca), z symetryczną sekcją dopasowującą, zasilana niesymetrycznym kablem koncentrycznym – przepis na katastrofę. Aby uniknąć pojawiania się silnych sygnałów w. cz. na oplocie kabla, W8JI sugeruje dodanie przeciwwag, a inni autorzy – co najmniej choke baluna.

Czy warto więc budować antenę J-pole, by finalnie uzyskać antenę bardziej skomplikowaną niż dipol, nielepszą niż dipol, problematyczną w symetryzacji i z dość nieprzewidywalną charakterystyką kierunkową? W teorii – nie, w praktyce natomiast, każda konstrukcja amatorska daje twórcy bezcenne doświadczenie – nawet nieudana. Zaletą J-pole jest prostota konstrukcyjna – zrobienie “J” z drutu miedzianego 2.5 mm², przylutowanie koncentryka (pod odpowiedni SWR) i umieszczenie całości w rurce PCV jest jeszcze prostsze niż budowa verticala z przeciwwagami, a następnie próby zabezpieczenia całości przed działaniem wody. Nawet jeśli pojawią się problemy z w. cz. czy zyskiem innym niż oczekiwany, to pamiętać trzeba, że słaba antena jest lepsza niż brak anteny. W kategorii dookólnych anten pionowych warto natomiast rozważyć konstrukcję anteny T2LT tudzież “flowerpot” – zwykły dipol, ale zasilany na końcu i niewymagający przeciwwag, aczkolwiek przez swoją “dipolowość”, SWR będzie raczej bliższy 1.5:1, nie żeby miało to komuś czy czemuś zaszkodzić…

Jako ciekawostka – antenę J-pole da się zbudować wykorzystując kabel koncentryczny 50-ohm jako sekcję dopasowującą, ale takie dopasowanie jest bardzo wąskopasmowe (SWR >2.5:1 na końcach pasma 2m) i wrażliwe na dokładność wykonania, jak i czynniki zewnętrzne.

73 ES MERRY XMAS ES HNY2T24 DE SQ3SWF E E

DIY

Proste i tanie nadajniki radiowe mają sporo zalet, jak np. niski stopień złożoności oraz rozsądne koszty zakupu. (…) Ostatnimi czasy eksperymentowałem z samodzielnie wykonanymi nadajnikami na 2 metry, będącymi niczym innym jak oscylatorem na kwarcach 48 MHz w układzie Pierce’a:

Banalnie prosty układ – mikrokontroler pozwala na uzyskanie prymitywnej modulacji FM/AM, włączając lub wyłączając nadajnik odpowiednio często. Kondensator w szeregu z rezonatorem kwarcowym pozwala podjechać kilka kHz w górę z częstotliwością, ale nie za mocno – overtonowy kwarc niechętnie zmienia swoją fabryczną częstotliwość pracy. Moc na wyjściu to niecałe -20 dBm na interesującym nas paśmie UKF – więcej na 48 MHz. Pobór prądu to ok. 2-3 miliampery. Z anteną typu dipol, taki nadajnik słychać w płaskim, lekko zalesionym terenie na ok. 300 m, słuchając na ręczniaku z małą anteną. Napięcie zasilania – od 2 do kilkudziesięciu V.

Podstawowe wady w/w układu, to brak możliwości regulacji częstotliwości w sensownym zakresie oraz niewielka moc. Przeprojektowując układ na oscylator Collpittsa i stosując lepszy tranzystor, dodając obwody pasmowe, pewnie dałoby się uzyskać lepszą elastyczność strojenia, większą moc i sprawność – kosztem złożoności konstrukcji. W Internecie nie ma zbyt wiele źródeł inspiracji, a proces eksperymentatorski jest dość powolny. Podobne układy tworzone są często przez… biologów – którzy wykorzystują je do śledzenia zwierząt, ale brakuje im solidnej, inżynierskiej ręki osoby dobrze zaznajomionej z technikami konstrukcji w. cz.

BUY

Klubowy kolega SQ3NIK podesłał mi link do ciekawych modułów nadawczych na pasmo ISM 433 MHz, wykorzystujących układ scalony SYN115.

W odróżnieniu od “klasycznych” nadajników ISM, tutaj od razu w oczy rzuca się oscylator kwarcowy o częstotliwości 13,56 MHz. Większość modułów ISM, które spotykałem do tej pory, zbudowana była na “pastylkowym” oscylatorze, który cechował się bardzo słabą stabilnością, jak i totalnym brakiem możliwości przestrajania. Ten układ jest niczym innym jak powielaczem częstotliwości *32 (13,56 * 32 = 433,92) wykorzystującym PLL. Niewątpliwą zaletą jest koszt – ok. 2 PLN za sztukę, tj. całą płytkę, odpowiadającą przykładowej aplikacji układu SYN115 z noty katalogowej.

Pierwszą rzeczą którą zrobiłem po otrzymaniu płytek, było sprawdzenie możliwości przestrajania. Odlutowałem jedną nogę kwarcu i w szereg z nią podłączyłem trymer – okazało się, że bez problemu mogę odstroić urządzenie z fabrycznej częstotliwości 433,960 MHz aż do 434,250 – prawie 300 kHz! Odpowiednio zmniejszając pojemność da się uzyskać jeszcze większą zmianę, aż do ok. 0,5 MHz.

Niemiłym zaskoczeniem była natomiast moc wyjściowa. Widząc pobór prądu w okolicach 12-14 mA, spodziewałem się, że układ da na wyjściu moc zbliżoną do tego co jest napisane w PDFie, czyli ~10 mW (+10 dBm). Niestety, trzy zmierzone sztuki na wyjściu produkowały tylko -10 dBm (0,1 mW), sto razy mniej niż oczekiwałem. Sprawność na poziomie 0,3% to także nie jest rewelacja. Tymbardziej dla urządzenia, które ma być zasilane bateryjnie i zostawione w jakiejś lokalizacji terenowej, żeby ktoś wyposażony w kierunkową antenę mógł je znaleźć.

Pierwsze próby ustalenia “o co chodzi” zacząłem od wylutowania elementów L/C służących za dopasowanie/filtr i obejrzenia wyjścia za pomocą analizatora widma. Okazało się, że bez filtra, na wyjściu udało się uzyskać +5 dBm, czyli 3 miliwaty. Zmiana o 15 dB, w teorii (czyli: w pustej przestrzeni) powinna zwiększyć zasięg ponad pięciokrotnie. Dokładniejsza analiza wykazała, że wartości elementów tworzących filtr w nocie katalogowej nie są przewidziane dla wyjścia 50 Ohm, ale dla małej anteny w postaci ścieżki na PCB.

Pozbycie się filtru, oprócz zwiększenia mocy na pożądanej częstotliwości, zwiększyło też emisję harmonicznych – sygnały na 868 i 1296 MHz zbliżają się do -10 dBm, czyli tylko ~-15 dBc.

Układ SYN115 przewidziany jest do pracy w “europejskim” paśmie ISM 433, jak i w amerykańskim odpowiedniku na 315 MHz. Podmieniając kwarc z 13,56 na 13,5 MHz, układ ochoczo pracuje na 432 MHz. Częstotliwość można zwiększać, umieszczając (coraz to mniejszą) pojemność w szeregu z kwarcem, aż do ok. 432,500 – choć wtedy układ staje się dość czuły na otoczenie, a indukcyjności wyprowadzeń elementów zaczynają odgrywać widoczną rolę.

Sterowanie częstotliwością za pomocą pojemności można wykorzystać do zrealizowania prostego modulatora FM. Elementem zmiennej pojemności może być np. dioda krzemowa – popularna 1N4001. Pojemność złącza P-N jest zależna od przyłożonego do diody napięcia:

Włączając taką diodę w szereg z rezonatorem kwarcowym, możemy wykorzystać ją jako przestrajaną pojemność:

Układ jest banalnie prosty, ale działa – pozwala na przykład na realizację transmisji SSTV, podając audio z komputera. Działa.

Nie można wymagać przesadnie wiele od gotowego urządzenia kosztującego mniej niż puszka słodzonej, gazowanej wody, ale warto pamiętać o kilku podstawowych wadach i ograniczeniach:

• niska sprawność energetyczna – jeśli chcielibyśmy wykorzystać SYN115 jako nadajnik ARDF, to należy zapewnić mu sensowne źródło energii, gdyż niestety, zamiana prądu DC na RF odbywa się z bardzo niewielką sprawnością
• emisja harmonicznych – na poziomie -10 dBm, warto zadbać o dodatkowy filtr – dla przyzwoitości, bo jednak przy tak małej mocy, szansa na zakłócenie czegokolwiek jest dość nikła, ale nie zerowa, plus – nie można i nie wypada
• moim zdaniem największa wada – szum fazowy; układ oprócz generowania fali nośnej, generuje też szerokopasmową górkę szumu, o mocy ok. -30 dBc rozciągającą się wokół częstotliwości środkowej

Producent twierdzi, że wartości szumu fazowego powinny być lepsze niż -70 dBc w odległości 100 kHz i -80 dBc dla 1000 MHz, ale jak widać, to nie pierwszy raz kiedy datasheet ma mało wpsólnego z rzeczywistością. Nie podejrzewam reszty układu (oprócz samego scalaka) o wytwarzanie tak spektakulatnej górki szumu, bo tam nie ma zbytnio jak i czego zepsuć.

W praktyce i prostymi słowami: układ, oprócz pożądanego sygnału, generuje też szerokopasmowe zakłócenia o mocy o pięć eSów niższej, powodując zakłócenia dla innych użytkowników eteru. Z tego powodu, nie zalecam umieszczania nadajników zbudowanych w oparciu o SYN115 w wysokich lokalizacjach ani stosowania dobrych anten – szczególnie, jeśli zamierzamy nadawać sygnał o wysokim współczynniku wypełnienia.

Do małego nadajnika zawieszonego na drzewie – nada się w sam raz, tymbardziej, że rozmieszczenie kilku sztuk na sąsiednich kanałach to kwestia tylko dobrania kilku kondensatorów. Praktyczne testy SYN115 ogołoconego z filtra wyjściowego, z anteną 1/4 lambda na parapecie pierwszego piętra, modulowanego on/off, dały odbiór na dystansie ponad 1000 metrów, bez widoczności optycznej – za to z kilkoma solidnymi, 5-piętrowymi blokami po drodze, tak więc +5 dBm ~= 3 mW to wystarczająca moc do zabawy w szukanie nadajnika na ograniczonym terenie.

73 / SQ3SWF