SV1PMH - Η ιστορία μιας Hexbeam

Η Hexbeam

Πάντα ήθελα μια beam για τα HF αλλά τόσο ο χώρος μου όσο και τα οικονομικά μου δεν επαρκούν για μια full size beam με πύργους μεγάλους ρότορες και όλα τα σχετικά. Αναζητούσα μια λύση και αφού για διάφορους λόγους (που είναι αρκετοί για εμένα αλλά ίσως να μην είναι για κάποιον άλλο) απέρριψα τις προσφερόμενες λύσεις mini beam της αγοράς (λόγω των traps και του "περίεργου" front to back) και διάφορες άλλες λύσεις όπως moxun (κυρίως λόγω χώρου) και κατέληξα να δω και την hexbeam. Φαινόταν να καλύπτει αυτά που ήθελα, αλλά οι hexbeam του εμπορίου είχαν κατά τη γνώμη μου υπερβολικά μεγάλο κόστος και η κεραία φαινόταν να μπορεί να κατασκευαστεί με κάποιο κόπο και ένα λογικό κόστος ίσως κάνοντας κάποιες παραχωρήσεις όσο αφορά την ποιότητα κατασκευής ή την αντοχή της. Αποφάσισα λοιπόν α) να "κατασκευάσω" μια hexbeam και β) να τη δοκιμάσω χωρίς ρότορα στην αρχή και αν λειτουργούσε ικανοποιητικά να συνεχίσω με το ρότορα και αργότερα, αν ήταν αναγκαίο, με την κατασκευή μιας βελτιωμένης, όσο αφορά την αντοχή, έκδοσης.

Τι είναι η Hexbeam

Είναι μια wire beam που μπορεί να καλύψει μέχρι έξι μπάντες: τα 20m,17m,15m,12m,10m και τα 6m. Αποφάσισα να αγνοήσω τα 6m λόγω του ότι δεν έχω πομποδέκτη που να πηγαίνει εκεί. Το σχήμα της hex μοιάζει με ένα εξάγωνο σκελετό ομπρέλας η οποία είναι ανάποδα. Οι "μπανέλες" της ομπρέλας είναι σωλήνες fiberglass, ή καλάμια μπαμπού, ή όπως διάλεξα εγώ, καλάμια ψαρέματος. Περιφερειακά στις "μπανέλες" της ανάποδης ομπρέλας στερεώνονται τα στοιχεία οδηγός και ανακλαστήρας για κάθε μπάντα με την υψηλότερη μπάντα να βρίσκεται κάτω από την αμέσως χαμηλότερη. Λόγω του ότι τα ενεργά στοιχεία και οι ανακλαστήρες δεν είναι ευθύγραμμα τμήματα αλλά σχηματίζουν οι μεν οδηγοί το σχήμα Μ οι δε ανακλαστήρες το σχήμα U (απέναντι από το Μ) η συνολική ακτίνα περιστροφής της είναι λίγο παραπάνω από 3 μέτρα (3.25) πράγμα που την κάνει περίπου 40% μικρότερη από μια full size yagi 2 στοιχείων. Ο ανακλαστήρας κάθε μπάντας ενώνεται με σχοινάκι με τα στελέχη του αντίστοιχου διπόλου. Το δίπολα οδηγούνται σε ένα κεντρικό στύλο και τροφοδοτούνται με ομοαξονικό καλώδιο από την χαμηλότερη μπάντα διαδοχικά προς την υψηλότερη. Η hexbeam είναι, λόγω σχήματος, απόλυτα συμμετρική, έχει χαμηλό βάρος το περισσότερο από το οποίο είναι στο κέντρο της, δεν εμφανίζει μεγάλες ροπές στον άξονα περιστροφής της και έτσι μπορεί να στηριχθεί με έναν απλό ιστό και να περιστραφεί με ένα μικρό ρότορα κεραιών VHF/UHF ή μικρών HF.

Τι μπορούμε να περιμένουμε από μια Hexbeam

Σύμφωνα με τις πληροφορίες και τις δοκιμές που υπάρχουν διαθέσιμες στο διαδίκτυο, μια hexbeam έχει περίπου την απόδοση μιας yagi 2 στοιχείων. Ελάχιστα χαμηλότερο κέρδος και αρκετά μεγαλύτερο λόγο Front to Back. Το κέρδος της κυμαίνεται από 4 έως 6,5dBi και ο λόγος F/B από 15 έως 26dB ανάλογα με την μπάντα και τη συχνότητα με τις χαμηλότερες μπάντες να ευνοούνται περισσότερο. Τα στάσιμά της κυμαίνονται από 1,3 έως 1,6 σχεδόν για όλο το εύρος κάθε μπάντας εκτός από την μπάντα των 10 μέτρων που καλύπτει με αυτά τα στάσιμα κάτι λιγότερο από την μισή μπάντα. Με βάση τα παραπάνω στοιχεία αποφάσισα να κατασκευάσω μια hexbeam και να την δοκιμάσω. Αν η δοκιμή πήγαινε καλά και τα νούμερα αποδεικνύονταν ακριβή, θα είχα μια σημαντική αναβάθμιση από το fan-dipole που χρησιμοποιούσα (τουλάχιστον μέχρι το επόμενο project!).

Η Κατασκευή της Hexbeam

• Στελέχη (καλάμια)

  Για να κατασκευαστούν τα στελέχη της hexbeam χρησιμοποιήθηκαν 6 πεντάμετρα καλάμια ψαρέματος απίκο (7€ το ένα) τα οποία αφού κόπηκε η βάση και αφαιρέθηκε το λεπτό τμήμα της κορυφής τους, κόπηκαν σε μήκος 355cm. Οι ενώσεις των τμημάτων των καλαμιών στερεώθηκαν με λίγη κόλα και τυλίχτηκαν με μονωτική ταινία. Το κάθε καλάμι, στο κάτω μέρος του, μπαίνει μέσα σε μια σωλήνα αλουμινίου Φ35 μήκους 22cm που χρησιμοποιείται σαν βάση στήριξης του στην κεντρική πλάκα της κεραίας. Στη βάση του κάθε καλαμιού εφαρμόστηκαν 2 κομμάτια λάστιχο από σαμπρέλα ποδηλάτου κομμένα σαν κύλινδροι με μήκος 6cm το ένα και 4cm το άλλο. Κάθε καλάμι εφαρμόστηκε σφιχτά στην αλουμινένια βάση του έτσι ώστε να εξέχει λίγο από το πίσω μέρος της (περίπου 2cm) και κόπηκε περίπου 1x1cm για να μπορεί να "καβαλάει" τη φλάντζα της βάσης χωρίς να ζορίζεται. Επειδή το καλάμι λεπταίνει προοδευτικά, το μπροστινό μέρος του σωλήνα αλουμινίου δημιουργεί ένα κενό περίπου 2mm με τo καλάμι. Το κενό αυτό γεμίστηκε με θερμοκόλλα για να μην τρίβεται το καλάμι πάνω στο αλουμίνιο και κοπεί. Τέλος η σύνδεση καλαμιού και αλουμινίου σκεπάστηκε με μονωτική ταινία. Σε κάθε ένα καλάμι τοποθετήθηκαν στις κατάλληλες αποστάσεις (δες πίνακα διαστάσεων) ένα στήριγμα καλωδίων τύπου p-clip, το οποίο συγκρατείται πάνω στο καλάμι με ένα σφιγκτήρα.

  Οι σφιγκτήρες διαμορφώθηκαν σφίγγοντας τους πρώτα σε ένα μεταλλικό σωλήνα για να μη ζορίσουν το καλάμι και σπάσει. Για να μη έρχεται το μέταλλο των σφιγκτήρων σε επαφή με το καλάμι και το τραυματίσει, αλλά και για να στερεωθεί καλύτερα το p-clip, χρησιμοποιήθηκε σαν υπόστρωμα αυτοβουλκανιζόμενη ταινία. Για να ενισχυθούν οι λεπτές άκρες των καλαμιών γέμισαν με θερμοκόλλα και τοποθετήθηκε μέσα, όσο ήταν ζεστή, ένα πλαστικό ούπα 8mm το οποίο βιδώθηκαν νοβοπανόβιδες για να χρησιμεύσουν σαν στήριξη για τα σχοινιά που δένουν τα καλάμια στον κεντρικό στύλο. Για τη στήριξη των συρμάτων της κεραίας στα καλάμια χρησιμοποιήθηκαν 30 σφιγκτήρες γαλβανιζέ (7€) και 30 πλαστικά p-clip (2€).

• Πλάκα Βάσης

  Η πλάκα βάσης της hexbeam κατασκευάστηκε από ένα φύλο αλουμινίου πάχους 5mm (15€). Το φύλο κόπηκε εξάγωνο με πλευρά 16cm. Στο κέντρο της βάσης ανοίχτηκε τρύπα 40mm και περιφερειακά 24 τρύπες διαμέτρου 8mm για να περάσουν τα U-Bolt που στερεώνουν τις βάσεις των καλαμιών. Επιπλέον ανοίχτηκε μια τρύπα 12mm στην οποία τοποθετήθηκε λάστιχο για να περάσει από μέσα της το ομοαξονικό καλώδιο τροφοδοσίας της κεραίας. Οι αλουμινένιες βάσεις των καλαμιών στερεώθηκαν δοκιμαστικά στην πλάκα με 12 ανοξείδωτα u-bold Φ40 με βίδα Φ8mm (18€) με γκρόβερ και παξιμάδι.

• Άξονας Στήριξης

  Για τη σύνδεση του άξονα στήριξης της κεραίας με την πλάκα της βάσης χρησιμοποιήθηκαν αρχικά δύο ανοξείδωτες φλάντζες οι οποίες, λόγω βάρους, αντικαταστάθηκαν από δύο αλουμινένιες φλάντζες δαπέδου/τοίχου Φ40 5cm. Η δύο φλάντζες (7€), μία στο επάνω και μία στο κάτω μέρος της βάσης, βιδώθηκαν μεταξύ τους με τρεις ανοξείδωτες βίδες πάχους 4mm και μήκους 25mm. Ο άξονας περνάει μέσα από τις δύο φλάντζες και στερεώνεται με δύο περαστές inox βίδες 6mm μήκους 5.5cm μία στην επάνω και μία στην κάτω φλάντζα.
  
  
  

• Κεντρικός Στύλος

  Για τον κεντρικό στύλο (από τον οποίο κατεβαίνει η γραμμή τροφοδοσίας των διπόλων) χρησιμοποιήθηκε σωλήνα PCV Φ40 (3€ τα 4 μέτρα) η οποία κόπηκε σε μήκος 125cm. Μετρήθηκαν οι αποστάσεις στήριξης των διπόλων για κάθε μπάντα και αφού ανοίχθηκαν δύο τρύπες στις 60° της περιφέρειας του σωλήνα για κάθε δίπολο περάστηκαν inox βίδες 4mm οι οποίες στερεώθηκαν πάνω στο σωλήνα με ροδέλες/γκρόβερ/παξιμάδια. Για να περαστούν οι βίδες μέσα από το σωλήνα χρησιμοποιήθηκε αυτοσχέδιο "εργαλείο" το οποίο κατασκευάσθηκε με ένα από τα άχρηστα επάνω τμήματα των καλαμιών, ένα κομμάτι μονόκλωνου καλώδιου 2mm και λίγη χαρτοταινία. Για να βιδωθούν τα παξιμάδια στις βίδες χωρίς να κρατηθούν με πένσα πράγμα που πιθανόν θα χάλαγε τις βόλτες, στην πίσω μεριά από τις βίδες ανοίχθηκε μια τρύπα 5mm για να χωρέσει το κατσαβίδι που θα τις κράταγε για το βίδωμα. Η τρύπα αυτή μετά κλείστηκε με θερμοκόλλα. Στο επάνω μέρος του στύλου, αφού θερμάνθηκε εφαρμόστηκε καπέλο με βιδωτή τάπα pvc Φ40 (0,50€) η οποία κολλήθηκε με κόλα για pvc (1,8€). Στο βιδωτό καπάκι της τάπας περάστηκε και βιδώθηκε μια βίδα με μάπα Φ5mm x 4cm για τη στήριξη των σχοινιών-εντατήρων της κεραίας. Ο κεντρικό στύλος εφαρμόστηκε στον άξονα στήριξης και, αφού ζεστάθηκε λίγο, σφίχτηκε επάνω του με ανοξείδωτο κολάρο (0,50€).

• Γραμμή Τροφοδοσίας

  H hexbeam τροφοδοτείται με ομοαξονικό καλώδιο 50Ω από την κορυφή του κεντρικού στύλου, με πρώτο σημείο τροφοδοσίας το δίπολο των 20m. Από εκεί συνεχίζουμε με κομμάτια ομοαξονικού καλωδίου συνδέοντας το ένα δίπολο με το επόμενο μέχρι την υψηλότερη μπάντα που βρίσκεται στο πιο κάτω σημείο. Η γραμμή τροφοδοσίας κατασκευάστηκε από RG58 (4 μέτρα 4€) από το οποίο κόπηκαν κομμάτια στις κατάλληλες διαστάσεις και στα οποία κολλήθηκαν ακροδέκτες Φ4mm. Οι ενώσεις κάθε καλώδιου σκεπάστηκαν με θερμοσυστελόμενο και μονωτική ταινία. Τα κομμάτια RG58 τοποθετήθηκαν στις βίδες του κεντρικού στύλου χωρίς να σφιχτούν, μέχρι να συνδεθούν επάνω στις βίδες και τα δίπολα στην τελική συναρμολόγηση. Στην τελική μορφή, σε κάθε ζευγάρι από τις βίδες (εκτός το τελευταίο) συνδέεται ένα ομοαξονικό από επάνω, ένα ομοαξονικό από κάτω που συνεχίζει για το επόμενο ζευγάρι και οι άκρες του διπόλου της συγκεκριμένης μπάντας. Στο τελευταίο ζευγάρι, φυσικά, δεν συνεχίζουμε παρακάτω. Σε κάθε βίδα, δηλαδή, συνδέονται 3 ακροδέκτες εκτός από τις τελευταίες, κοντά στη βάση, στις οποίες συνδέονται δύο.

• Choke Balun

  Η hexbeam είναι συμμετρική κεραία, και όπως κάθε συμμετρική κεραία, όταν τροφοδοτείται με ασύμμετρη γραμμή μεταφοράς χρειάζεται κάποιο choke balun για να εμποδιστούν τα ρεύματα common mode. Για την κατασκευή του choke balun της hex αρχικά επιλέχθηκε η λύση περαστών κυλίνδρων φερίτη από mix 31 της Fair-Rite αλλά γρήγορα η απόφαση άλλαξε και τελικά χρησιμοποιήθηκε τοροειδής φερίτης FT240-43 (ebay 17€) στον οποίο τυλίχτηκαν 8 σπείρες από RG58. (Σημ. To choke balun καλό είναι να βρίσκεται όσο γίνεται πιο κοντά στο σημείο τροφοδοσίας της κεραίας στο επάνω μέρος του κεντρικού στύλου).

• Οδηγά Στοιχεία (δίπολα) και Ανακλαστήρες.

  Τα στοιχεία της κεραίας κατασκευάστηκαν από πολύκλωνο ηλεκτρολογικό καλώδιο 1.5mm (18€ τα 100 μέτρα). Μετρήθηκαν και κόπηκαν τα 10 κομμάτια των διπόλων και οι 5 ανακλαστήρες. Σε κάθε τμήμα καλωδίου κολλήθηκε ένας ακροδέκτης Φ4mm σε κάθε άκρη του και η ένωση καλύφθηκε με θερμοσυστελόμενο και κατόπιν με μονωτική ταινία. Για κάθε μπάντα ο ανακλαστήρας συνδέθηκε με τα σκέλη του αντίστοιχου δίπολου με σχοινάκι κέβλαρ 1.6mm (25€ τα 30 μέτρα). Σημειώστε ότι τα μήκη των καλωδίων, που δίνονται σε πίνακα παρακάτω, είναι μαζί με τους ακροδέκτες. (Σημ. κατά τον συντονισμό τα μήκη έγιναν μικρότερα κόβοντας από την μέση των καλωδίων, αλλά τα σχοινάκια αποστάτες, έμειναν τα ίδια).

• Σχοινιά - Εντατήρες

  Για τα σχοινιά που τραβούν τα καλάμια προς τον κεντρικό στύλο ώστε να δημιουργηθεί το σχήμα της ομπρέλας (εντατήρες), χρησιμοποιήθηκε το ίδιο κέβλαρ 1.6mm όπως και για τις συνδέσεις ανακλαστήρων με δίπολα. Κόπηκαν συνολικά 7 κομμάτια σχοινιού μήκους 360cm (περισσότερο από όσο χρειάζεται για να υπάρχει περιθώριο να δεθεί). Σε κάθε ένα από τα έξι κομμάτια σχοινιού δέθηκε στη μία άκρη ένα γαντζάκι (για καλύμματα αυτοκινήτου) με τον οποίο θα στερεωθεί το κάθε σχοινί στην κορυφή του κεντρικού στύλου, στο μάτι (μάπα) της βίδας που έχει βιδωθεί στην τάπα του κεντρικού στύλου. Η άλλη άκρη των σχοινιών δένεται στο επάνω μέρος των καλαμιών. Το έβδομο σχοινί χρησιμοποιείται για να δεθούν μεταξύ τους τα δύο καλάμια στα οποία, σύμφωνα με το σχήμα, τα καλώδια δεν δρομολογούνται περιφερειακά αλλά πηγαίνουν στον κεντρικό στύλο έτσι ώστε να μην παραμορφώνονται λόγω της διαφοράς των δυνάμεων που ασκούνται επάνω τους. Σ' αυτό το σημείο χρησιμοποιήθηκε ένα επιπλέον μικρότερο σχοινί στο ύψος περίπου των καλωδίων των 15m. (Σημ. Για να μη ξεφτίζουν οι άκρες του σχοινιού τυλίχτηκαν με μονωτική ταινία επειδή το κέβλαρ δεν καίγεται σαν άλλα σχοινιά ώστε να μπορεί να κλείσει η άκρη).

Διαστάσεις

Παρακάτω δίνεται ο πίνακας με τις διαστάσεις των καλωδίων (στοιχείων) της κεραίας, των αποστατών μεταξύ διπόλων - ανακλαστήρα και το ύψος στον κεντρικό στύλο που καταλήγουν τα δίπολα μετρημένο από την πλάκα της βάσης. (Το μήκος του οδηγού στοιχείου είναι το μήκος της μίας πλευράς του, θα χρειαστείτε δύο τέτοια τμήματα. Επίσης οι αποστάτες είναι δύο για κάθε μπάντα).

Μήκος καλαμιών: 350cm

Μήκος σχοινιών δεσίματος καλαμιών στον κεντρικό στύλο και μεταξύ τους: 325cm

Κόστος Υλικών

Σημεία Προμήθειας Υλικών