OH6DDR HF:lle – T2FD-antenniprojektin tarinoita

Jyväskylän Hacklabin oma radioasema OH6DDR sai viimeinkin valmiuden kuunnella ja lähettää HF-taajuusalueella.

Rakentelimme Joelin (OH64K) ja Miikan (OH6BPL) kanssa labin radioasemalle antenniksi terminoidun taittodipolin, joka tunnetaan myös lyhenteellä T2FD. Sen avulla on mahdollista kuunnella ja lähettää laajalla taajuusalueella noin kolmesta megahertsistä 30 megahertsiin asti, jota kutsutaan HF-taajuusalueeksi.

Mikä on HF?

HF tulee sanoista high frequency. Termillä on historiallinen painolastinsa, kun radion alkuaikoina korkeana pidetty taajuus ei ole enää nykypäivän mittapuulla kovin korkea. Nykyisin on käytössä paljon korkeampiakin taajuuksia, esimerkiksi WLAN-verkot toimivat yleisesti 2,4 ja 5 gigahertsin taajuusalueilla.

HF-alueen tekee kuitenkin erityiseksi se, että sillä on mahdollista saada yhteys näkyvän horisontin taakse, eli kuulla kaukaa tulevia signaaleja (ja lähettää omansa takaisin). Tavallista on kuulla esim. eurooppalaisia asemia, mutta parhaimmillaan signaali voi kulkea maapallon toiselle puolelle ja ylikin – saatat kuulla maapallon ympäri kiertäneen lähetteesi kaiun!

Radioaallot heijastuvant ionosfääristä ja osuvat takaisin maahan.

Australian ilmatieteen laitoksen kuva HF-taajuuksien heijastumisesta

Yhteydet ovat suoria, eli niitä ei vahvisteta matkalla tai ne eivät kulje dataverkkojen kautta, vaan vastaanottaja saa juuri saman signaalin kuin mikä lähti omasta antennistasi. Tämä tekee harrastuksesta kiehtovaa – radiosignaalin saaminen luotettavasti kauas vaatii taitoa ja hyviä radiokelejä. Onnistuminen on siis viime kädessä kiinni omasta osaamisestasi ja kalustostasi, höystettynä hyvällä tuurilla.

Ja lisäksi – koska radio ei ole riippuvainen muiden laitteista tai yleisten dataverkkojen toiminnasta, se toimii myös, vaikka muut tietoliikenneverkot lamaantuisivat.

HF-alueen kalustoa on myös suhteellisen helppo rakentaa ja modifioida itse: toleranssit ja komponenttien vaatimukset ovat maltillisia, tarvikkeet kohtuuhintaisia, ja alkuun pääsee helposti. Haasteena on vastaavasti aallonpituus, eli antennit ovat kookkaita, usein kymmeniä metrejä pitkiä.

Mitä sillä voi tehdä?

Tällä hetkellä Hacklabin asemalla on siis valmius työskennellä HF-alueella 7 megahertsistä ylöspäin. 7 MHz taajuusalue toimii parhaiten ilta- ja yöaikaan ja siellä kuulee usein eurooppalaisia asemia. Päiväsaikaan yhteydet ulkomaille onnistuvat 14 megahertsillä.

Asemalla on valmius liikennöidä puheella, sähkötyksellä, sekä digitaalisilla lähetelajeilla eli digimodeilla. Myös kuuntelu onnistuu kohtalaisesti ainakin neljästä megahertsistä ylöspäin.

Asemalla on käytössä mm. Kenwood TS-590S -lähetinvastaanotin sekä sähkötysavain. Lähettimen maksimiteho on 100 wattia ja siinä on USB-portti, jolla radio on helppo liittää tietokoneeseen digimodejen käyttöä varten. Toisinaan radiona käytettävissä on myös Kahvikellon omistama Icom IC-7100.

Periaatteessa antennin saanee jotenkuten toimimaan myös 3.5 megahertsin alueella, joka toimii parhaiten ilta- ja yöaikaan joidenkin satojen kilometrien mittaisiin yhteyksiin pääosin kotimaassa. Aseman sijainnista johtuen siellä on kuitenkin paljon häiriöitä ja voimakkaan kohinan seasta on vaikea erottaa oikeita signaaleja. Esimerkiksi sähkötys ja huonoa signaali-kohinasuhdetta sietävät digitaaliset lähetelajit saattavat toimia. Tällä alueella antenni myös säteilee heikommin ja tehoa kuluu päätevastuksessa enemmän, mikä pitää ottaa huomioon mm. lähetystehoa valitessa. Antenniviritintä pitää ehdottomasti käyttää.

Miksi rakensimme T2FD:n?

Koko ajatus T2FD-antennin rakentamiseen lähti Sandrolta (OH6UAV), joka halusi asentaa Hacklabin OH6DDR-radioasemalle yksinkertaisen päästäsyötetyn lanka-antennin HF-työskentelyä varten. Antennin paikka katsottiin valmiiksi ja sopiva seinäkiinnike asennettiin, mutta antenni ei mennyt vireeseen, mikä viittaa siihen, että katolla ei ollut tarpeeksi hyvää maatasoa saatavilla. Tämä johtui todennäköisesti siitä, että antennimaston maadoituskaapeli kulki antennin suuntaisesti muutaman metrin päässä antennista.

Kuitenkin samaan aikaan muissa inventaarioissa sattui allekirjoittaneen bonkeista löytymään sopiva baluni, mistä ajatus T2FD-antenniin lähti. Enää tarvittiin sopiva päätevastus, ja loput tarvikkeet löytyisivät paikallisista kaupoista.

Mikä tahansa vastus ei antenniin käy, sillä vastuksen on oltava induktanssiton. Useimmat helposti saatavilla olevat tehovastukset on tehty kiertämällä vastuslankaa kelalle, mikä ei normaalissa tasasähköpiirissä haittaakaan mitään. Sen sijaan vaihtosähköpiireissä kelan induktanssin aiheuttaman vaihtovirtavastuksen suuruus riippuu taajuudesta, mikä ei antennia rakennettaessa käy päinsä. Sopivaksi vastukseksi todettiin Riedonin valmistama 100 wattia kestävä RF-vastus, jollaisia tilattiin Digi-Keyltä Yhdysvalloista.

kuva päätevastuksen kokoonpanosta

 PF-2472 -päätevastuksen hieman proof-of-concept -tyyppinen asennus.

Suunnilleen tässä vaiheessa antennin rakentamista pohdittiin uudelleen sopivaa vastuksen arvoa ja sen perusteella todettiin, että löytynyt baluni ei ollutkaan ihan sopiva. Baluni (”balanced to unbalanced”) on komponentti, eräänlainen muuntaja, joka radioiden tapauksessa yhdistää (hienosti sanottuna sovittaa) antennin radioon menevään syöttöjohtoon. Tällöin baluni toimii antennin syöttöpisteenä. Käytännössä baluni on kuparilankaa sopivasti käämittynä toroidin ympärille.

kuva uudelleenkäämitystä balunista

Valmis uudelleenkäämitty 9:1-baluni.

Pienen tuskailun jälkeen löydettiin labin suuresta ja painavasta muuntajalaatikosta sopivaa kuparilankaa ja netistä speksit, joilla baluni saatiin käämittyä sopivaksi. Tämä olikin ehkä koko projektin aikaavievin osuus. Toinen tuskailun paikka oli, kun mistään varastoista ei meinannut löytyä sopivilla liittimillä varustettua syöttöjohtoa.

kuva antennista asennettuna

Labin T2FD-antennin asennus meni myöhään, joten tässä ehkä paras vähiten hämärä kuva. Antennin toinen pää on kiinnitetty seinään lähelle tikapuita.

Lisäksi tarvikkeina käytettiin pleksiä, josta valmistettiin kiinnityslevyt balunille ja päätevastukselle. Päätevastus kiinnitettiin palaan alumiiniprofiilia paremman jäähdytyksen aikaansaamiseksi. Antennilangaksi haettiin halpaa MK-tyypin sähköjohtoa, joka kiinnitettiin vaijerilukoilla plekseihin ja erotettiin toisistaan sopivalle etäisyydelle ohuehkolla viemäriputkella. Lopulta koko vajaa 19-metrinen aikaansaannos ripustettiin päistään lippunarulla seinäkiinnityspisteen ja kattomaston väliin.

Kun ripustamisen jälkeen antennianalysaattori näytti järkeviä lukemia, Reverse Beacon Network raportoi kuulevansa aseman signaalin hyvin useassa paikassa ympäri Eurooppaa ja radiokin vastaanotti ulkomaista RTTY-signaalia paremmin kuin kelvollisesti, oli ilo todeta että antenniprojekti on valmis, tai saavuttanut ainakin yhden päätepisteen. Radiokelit eivät testauksen aikana kovasti suosineet, mutta siitä huolimatta OH6DDR:n ensimmäiset HF-yhteydet tulivat antennin testauksen yhteydessä saman tien pidetyiksi sähkötyksellä.

Nyt asemalla on pysyvä mahdollisuus työskennellä HF-alueella. Kohinataso vaikutti etenkin kaupunkialueeksi varsin matalalta – paitsi 3.5 MHz:n alueella, jossa pohjakohina oli tyypillistä S9:n luokkaa (eli liikaa). Toisaalta kyseinen alue ei enää kuulukaan antennin tehokkaaseen toiminta-alueeseen.

SWR-mittarin käyrä antennista

Labin T2FD-antennin SWR- eli seisovan aallon suhteen käyrä. Pienempi on parempi, ja 3 ja alle ovat kelvollisia arvoja. Ensimmäinen dippi on mukavasti noin 7 megahertsin kohdalla.

Antenni on käytännön prototyyppi ja parantamisen varaa jäi. Kiinnostavia asioita ovat antennilangaksi valitun johdon kestävyys ja venyvyys, kuten myös muiden komponenttien mekaaninen kestävyys. Seuraavassa versiossa päätevastuksen kotelointi ja lämmönjohtavuuselementit ovat luultavasti paranneltavien listalla. Antennin sähköiset ominaisuudet vaikuttavat ainakin alkusilmäyksellä hyviltä, mutta aika ja laajempi käyttö näyttävät sen todellisen suorituskyvyn.

Mainittakoon vielä, että radioaseman käyttö vaatii luvan. Jos sinua kiinnostaa kokeilla asemaa tai hankkia lupa, nykäise Hacklabilla hihasta asemavalvoja Kahvikelloa (Miika, OH6BPL) tai lähetä sähköpostia allekirjoittaneelle (oh6va). Muita luvallisia Hacklabilla ovat mm. Zouppen (Joel, OH64K) ja Morphex (Sandro, OH6UAV).

Jos haluat itse kokeilla tehdä kyseisenlaisen antennin, päätevastuksia on vielä jäljellä ja muiden komponenttien ja tarvikkeiden hankintaan löytyy myös apua.

Mutta miksi alkuperäinen baluni ei kelvannut?

Aiemmin mainittiin pelkästään, että alkuperäinen baluni ei kelvannut ja se piti käämiä uudelleen. Tässä antenniteoriaa hieman tarkemmin selitettynä.

Radioissa balunia käytetään yleisimmin antennin sovittamiseksi syöttöjohtoon. Tarkemmin sanottuna baluni muuttaa balansoimattoman signaaleja kuljettavan siirtotien balansoiduksi ja toisin päin. Balansoidussa siirtojohdossa, esim. suorassa parikaapelissa, molemmilla johtimilla on sama impedanssi eli vaihtovirtavastus, kun taas balansoimattomassa siirtojohdossa, esim. koaksiaalikaapelissa, johtimien impedanssit eroavat toisistaan. Tällaisissa muutoskohdissa on siirtojohtojen sovitus toisiinsa huomioitava, tai signaali ei kulje kunnolla.

Radioiden tapauksessa usein antennin ja radion yhdistävä koaksiaalikaapeli, syöttöjohto, on balansoimaton siirtotie, ja antennin dipolihaarat järjestelmän balansoitu osa. On myös olemassa balansoimattomia antenneja, esimerkiksi jo mainittu päästäsyötetty lanka-antenni. Tällaiset antennit vaativat balunin sijaan ununin (”unbalanced to unbalanced”).

Radiot suunnitellaan käyttämään syöttöjohtoja, joiden impedanssi on 50 ohmia. Niin kauan kun koko siirtotie pysyy suhteellisen lähellä 50 ohmia, signaali kulkee helposti, mutta jos impedanssi jossain kohdassa muuttuu, tulee kohtaan epäsovitus ja signaalin kulku vaikeutuu sitä enemmän, mitä suurempi hyppäys eri impedanssien välillä on.

Yleensä tällainen hyppäys on juuri siinä kohdassa, jossa syöttöjohto kohtaa antennin, ja tämän sovituksen tekemiseen tarvitaan baluni (tai ununi). Käytännössä halutaan saada 50 ohmin syöttöjohto muunnetuksi mahdollisimman lähelle syöttöpisteen impedanssia, joka on ominainen kullekin antennityypille.

Balunin sovitussuhteen määrittää siis impedanssien ero; mitä suurempi on syöttöpisteen impedanssi, sitä suurempi sovitussuhde tarvitaan.

Tässä tapauksessa päädyimme valistuneen arvauksen perusteella käyttämään 500-ohmista päätevastusta. Konsensus vaikuttaa olevan, että päätevastuksen impedanssin täytyy olla luokkaa 5-10 % syöttöpistettä korkeampi, ja siksi päätimme sovittaa syöttöpisteen 450 ohmin impedanssiin 9:1-balunilla.

Alkuperäinen 4:1-baluni olisi sovittanut 50-ohmisen syöttöjohdon noin 200-ohmiseen kuormaan, ja tämä vaikutti 500-ohmiselle päätevastukselle aivan liian pieneltä. Balunien tekeminen ei ole sinänsä mitenkään vaikeaa, mutta kun 4:1-balunille ei ollut tulevaisuudessakaan nähtävää käyttöä, paremman puutteessa päätimme käyttää sen uudelleen.

Ryhmäkeskustelun säännöt

Hacklab Jyväskylä ry:n hallitus on kokouksessaan 19.9.2020 päättänyt uudet säännöt yhdistyksen ryhmäkeskustelukanavalle viime kuukausina ilmi tulleiden ongelmien johdosta. Säännöt korvaavat aiemman epävirallisen moderointiohjeistuksen.

Säännöistä on haluttu tehdä selkeät ja yksinkertaiset. Tarkoituksena on vähentää häiriökäyttäytymistä, mutta silti mahdollistaa keskustelu harrastuksesta laaja-alaisesti. Kanavalla saa siis jatkossakin keskustella muustakin kuin tiukasti yhdistykseen liittyvistä asioista.

Mikäli säännöt vaativat tarkentamista tai muuttamista, siitä voi keskustella esimerkiksi tulevissa yhteisömiiteissä.

Säännöt

Ryhmäkeskustelu on tarkoitettu harrastukseen liittyvien asioiden käsittelyyn. Keskustelun ei tarvitse olla tiukasti yhdistykseen liittyvää. Kunnioita muita ihmisiä ja keskustellessasi. Kiellettyä ovat erityisesti:

  • Uhkaava käytös ja vihapuhe
  • Poliittinen yllytys eli agitaatio
  • Roskapostittaminen ja mainonta

Hacklabin ryhmäkeskustelua moderoi hallituksen nimeämät henkilöt. Yksittäisistä moderointipäätöksistä ei voi valittaa.

PS. Nämä säännöt saattavat muuttua ajan saatossa tämän blogin julkaisemisen jälkeen, joten tarkistathan ajantasaiset ryhmäkeskustelun säännöt.

3 mm Filamenttia myynnissä!

Labille on tullut paljon 3 mm filamenttiä, joihin meillä ei ole oikeanlaista printteriä. Myymme ylimääräiset filamentit. Kerätty raha käytetään labin parantelemiseen. Tule kerjoiltaan hakemaan, jos löytyy sopivaa.

Avatut:

Painot pakkauksen kanssa.

Creat Bot – 3.0

  • PLA – SkyBlue, 1.2kg – 10€

ColorFabb – 2.85mm

  • co-polymer colorFabbHT – 1.06kg – 20€

Octofiber – 2.85mm

  • Wood Fiber – 0.81kg – 15€
  • PVA – Natural, 0.82kg – 10€
  • PLA – Dark Blue, 0.6kg – 3€
  • PLA – Purple, 0.5kg – 1€

Ultimaker Material – 2.85mm

  • PLA – Transparent, 1.06kg – 25€
  • PLA – Green, 0.7kg – 20€
  • ABS – White, 0.85kg – 22€
  • CPE+ – Transparent, 1.0kg – 38€
  • Print core AA 0.4 – – 100€

Recreus – 2.85mm

  • FILAFLEX – clear pink, 0.7kg – 5€

polymaker – 3.00mm

  • PLA PolyPlus – Translucent Red, 1.3kg – 20€

Avaamattomat:

Octofiber – 2.85mm

  • PVA – Natural, 500g – 35€
  • PVA – Natural, 500g – 35€
  • PLA – Brown, 750g – 25€

forward-am (BASF) – 2.85mm, 750g

  • PLA PRO1 – Black – 30€
  • PLA PRO1 – Black – 30€
  • PLA PRO1 – Black – 30€

innofil3d (BASF) – 2.85mm, 500g

  • Innoflex 45 – Black – 18€

Ultimaker Material – 2.85mm, 750g

  • PLA – Silver metallic – 45€
  • PLA – Green – 45€
  • ABS – Green – 45€
  • Nylon – Transparent – 65€

Ultrafuse – 2.85mm, 750g

  • Ultrafuse TPU 85A – 45€

Recreus – 2.85mm, 500g

  • 95A FILAFLEX – MEDIUM-FLEX, skin color – 30€
  • 70A FILAFLEX – ULTRA-SOFT, clear – 40€

colorFabb – 2.85mm, 600g

  • woodfill – 35€
  • woodfill – 35€
  • woodfill – 35€

polymaker – 2.85, 750g

  • polyDissolve S1 – 65€

Kuinka asentaa Agda ubuntu koneelle?

Eipä ollut ollenkaan niin helppoa asentaa kuin olisi voinut kuvitella. Tässä suurinpiirtein vaiheet jotka itse tarvitsin toimivan lopputuloksen saavuttamiseksi. Kannattaa varmaan ohessa myös katsella agdan virallisia ohjeita. Jostakin syystä agdan stdlib ei ainakaan minulla tullut automaattisesti mukaan joten myös agdan kirjastoriippuvuuksiin kannattaa perehtyä.

Agda version 2.6.1.1

GNU Emacs 26.3

Stack 2.3.3

Ubuntu 20.04

Asensin agdan haskell tool stackin kautta.

Pistä muistiin mihin tiedostosijaintiin stack asensi Agdan.

Rammia asennus käytti ~ 6GB että pidä hatustasi kiinni ja sulje kaikki ylimäräinen. Ja jos alkaa näyttää pahalta niin sammuta ”tarpeelliset” softat kanssa. Asennus testatusti kaatui rammin loppumiseen.

”` stack update ”`

”` stack install Agda ”`

Lataa https://github.com/agda/agda-stdlib.git stackin asennus sijaintiin, joka on jotakin suuntaan : ”` ~/.stack/snapshots/x86_64-linux-tinfo6/asakfasdklja…asdjasdkljaskkfj/8.8.4/share/x86_64-linux-ghc-8.8.4/Agda-2.6.1.1/lib ”`

En ole ihan varma täytyykö tuon olla juurikin tuolla. Periaatteesa ainakaan ei.

Tee kansioon ~/.agda tiedostot:

”` defaults ”`

sisällöllä:

”` standard-library ”`

Kertoo mitkä paketit otetaan agdan buildiin defaulttina mukaan.

sekä

”` libraries ”`

jossa sisältönä pathin stackin agda kansioon asenettun standard kirjaston standard-library.agda-lib tiedostoon:

”` /home/esko/.stack/snapshots/x86_64-linux-tinfo6/asdklasjdklasdaslk…asdasjdhkajshdk/8.8.4/share/x86_64-linux-ghc-8.8.4/Agda-2.6.1.1/lib/agda-stdlib/standard-library.agda-lib  ”`

Sitten asensin aptista agda-stdlib paketin. En kuitenkaan saanut sitä toimimaan itsessään, vaan asensin sen jotta sain kaikki sen vaatimat riippuvuudet kasaan. siirsin varsinaisen kansion /usr/share/agda-stdlib sijainnista /usr/share/agda-stdlib-notUsed. Jos kansiota ei siirrä, niin bootin jälkeen Agda vaikuttaa kaatuvan päälekkäisiin riippuvuuksiin.

Seuraavaksi ajoin komennon varmistaakseni, että asennuksen pitäisi olla emacsille kunnossa

”” agda-mode setup ”`

lisäksi lisäsin .emacs tiedostoon rivit

”`

(load-file (let ((coding-system-for-read ’utf-8))
(shell-command-to-string ”agda-mode locate”)))

”`

Kokeillin ajaa tämän myös ”` agda-mode locate ”` ja se toimi.

Seuraavaksi johonkin emacsilla tiedosto hello.agda sisällöllä:

”`

module hello where

open import IO

main = run (putStrLn ”päeveä mualima”)

”`

Sitten ajat ”` M-x agda2-load ”` tai ”` C-c C-l ”` ja jos näyttää vähän aikaa, että juuri mitään ei tapahdu, niin kaikki menee niinkuin pitää. Jos saat virheen niin jokin on pielessä. Tekstin pitäisi värjäytyä kivasti, juuri niin että että kaikki oleellinen teksti on suunnilleen saman väristä, kuin tumman teemasi tausta.

Tämän jälkeen voit myös kokeilla kääntää ohjelman agdalla:

”` agda –compile hello.agda ”`

ja kansioon pitäisi ilmestuä ajettava tiedosto.

Sitten voit alkaa käydä läpi kirjaa: https://plfa.github.io/ ainakin tämä on minun suunnitelmani.

3D-tulostimelle kaappi

Hacklabille on Miikan kautta päätynyt puolikorkea räkkikaappi, johon paremman käytön puutteessa päätettiin sijoittaa 3D-tulostimet. Kaapista puuttui erinäisiä osia, mm. oven saranat, joten tein korvaavat teräksestä. Helsingin hacklabilta saatu pieni jyrsinkone puree onneksi rauhallisesti käytettynä teräkseenkin. Oven rikkinäisen lukituksen korvasin kiintolevymagneetilla, joka nappaa kiinni teräskehyksestä melkeimpä liiankin hyvin.

Muovin sulattamiseen perustuvissa 3D-tulostimissa on aina jonkinasteinen tulipaloriski, vaikka nykyaikaisissa laitteissa onkin erinäisiä ohjelmallisia turvamekanismeja. Metallinen kaappi lisää merkittävästi turvallisuutta estämällä kuumien osien joutumista kosketuksiin syttyvien materiaalien kanssa, ja mikäli kaapin sisällä jotain leimahtaisi, estämällä palon leviämistä. Tätä silmälläpitäen tein kaapin hyllyt metallikiskolla vahvistetusta kipsilevystä, joka ei pala.

Alunperin ajatuksena oli sijoittaa kaappiin kaksi tulostinta, mutta tämänhetkisellä rullapidikkeellä varustettuna kaappiin mahtui vain tuo uudempi Prusa i3 MK3S. Tosin rullat voisivat olla mahdollisesti tulostimen takanakin, mutta toisaalta aika vähän noita muita tulostimia on käytetty. Nyt tulostimen alle jäi vielä tilaa muovirullien säilytykseen.

Lisäturvallisuutta tuo jatkojohto, johon viritin lämpötilakatkaisun ja mahdollisuuden kytkeä palohälyttimestä signaali. Labin bonkkilaatikoista löytyi ns. master-slave -ohjattu jatkojohto, joka tehdasversiona kytkee slave-porteista sähkön pois kun master-portin virta alittaa raja-arvon. Sisällä oli siten valmiina tarvittava relekytkentä, jota ohjaavaa operaatiovahvistinkytkentää piti vain muokata hieman. Jatkojohdon alkuperäiset sisukset olivat varsin tökerösti juotetut, mutta nähdäkseni kuitenkin riittävän turvalliset käyttöön.

Tein operaatiovahvistimella bistabiilin portin, jonka 22 µF kondensaattori pakottaa päälle kun virta kytketään. Myöhemmin jos joko NTC tai optoerottimen kautta tuleva palohälytinsignaali aiheuttaa katkaisun, ei virta palaa päälle ennen kuin sen katkaisee kytkimestä pariksi sekunniksi. Jatkojohdossa valmiina ollut virtarajan asettamiseen tarkoitettu potentiometri sopii hyvin myös lämpötilarajan asetteluun.

Houkuttelevaa voisi olla mahdollistaa tulostaminen täysin etänä. Tätä varten täytyisi lisätä vielä webbikamera ja jonkinlainen etähallinta vaikka raspberryllä, sekä tietysti hallituksen päättää pelisäännöistä etätulostuksen turvallisuuden suhteen.