Salamatutkan kuulokykyä parannetaan mastotekniikalla

[J.Jäntti]

FinWX Helsinki-71:n salamatutkan ollessa ymmärryksen mukaisesti tällä hetkellä ainoa pääkaupunkiseudun itsenäinen harrastajatasoinen salamatutka (Vaski.net:n ja Finnish Lightning Centerin poistuttua kuvioista), paineet parantaa tutkan toimivuutta alkavat kasautua kummallisesti päälle. Tutka on herättänyt kiinnostusta viimeisimmän ukkosen myötä, mutta tarkkuus ja paikannus kärsivät tällä hetkellä melko rajunlaisesti koska tutka on asennuspaikkansa vuoksi lounais-/eteläsuunnasta varsin heikkokuuloinen ja etelästä länteen täysin kuuro kuin tiiliseinä paitsi jos salamat ovat erityisen voimakkaita (jolloin ne paikantuvat, mutta päin honkia silti).

Tähän tarpeeseen vastataan nyt mastotekniikkahankinnalla. Tilattuna Saksasta on teleskooppimasto erinäisine kiinnikkeineen ja tämän maston nokkaan salamatutkan antenni on tarkoitus asentaa päivystämään niin että sillä on koko 360° kuuloalue käytössään, sektorimaisen 120° sijaan, joka sekin tällä hetkellä lahjakkaasti täysin päinvastaiseen suuntaan sieltä, mistä ukkoset tyypillisesti nousevat. 

Ilman uhrauksia tämä muutos ei ole tapahtumassa kuitenkaan: Kengänkuvion hanuriinsa on saamassa SDR-järjestelmässä 0kHz - 30MHz:n kuuntelualue, sillä masto, joka kyseiselle antennille on käytössä, otetaan pois käytöstä ja modifioidaan salamatutkamaston tukiosaksi. En tosin usko tämän muutoksen olevan kuitenkaan huono asia, sillä ainakin kyseisen kuuntelualueen SDR-järjestelmä on ollut hyvin vähäisessä käytössä eikä tuo toiminto palvele sääyhteisöä käytännössä lainkaan tällä hetkellä. Jäljelle jää kuitenkin monitaajuusantenni, joka mm. kuuntelee Helsinki-Vantaan VOLMETia, joka palvelee sääyhteisöä huomattavasti paremmin.

Muutostyöt aloitetaan osien saavuttua ja siitä tiedotetaan erikseen Sivuston ja Foorumin tiedotteet-osiossa erikseen niiltä osin miten se vaikuttaa järjestelmiin ja tällä palstalla niiltä osin miten muutostyö etenee.

[J.Jäntti]

Mastokalusto on saapunut paikalle.
Vanhaa mastoa kalustoineen aletaan purkamaan alas ja modifioimaan siitä salamatutkamaston tukiosaa tämän viikonlopun aikana, sään niin salliessa. Samalla pysäytetään 0kHz-30MHz:n SDR-vastaanottoradiot ja kaapelit puretaan pois.

Salamatutkalle tulee oma sääsuojansa, jonka suunnittelu ja 3D-tulostaminen aloitetaan ensitilassa ja salamatutkan uuden antennikaapelin pituusmittaukset aloitetaan samalla kun SDR-masto puretaan alas.
Itse salamatutkaan nämä muutokset eivät vielä vaikuta tässä vaiheessa lainkaan, mutta odotettavissa tulee olemaan katkos siinä vaiheessa, kun maston rakentamisen finaalivaihe alkaa. Tästä ilmoitetaan kuitenkin hyvissä ajoin ennen kuin se tapahtuu.

Kuvassa on masto tutkakotelon kanssa; Otettu myöhemmin, kuin tapahtuman aikana.

[J.Jäntti]

SDR-antenni kalustoineen on poistettu ja käytössä ollut masto on modifioitu tukimastoksi salamatutkamastolle. Salamatutkamaston esiasennustyöt saatiin eilen (29.06.2019) päätökseen asentamalla pohja- ja tukikiinnikkeet paikoilleen ja mallintamalla itse maston kappaleella maston suoruus.
Seuraava projekti on salamatutkalaitteen suojakotelon 3D-mallinnus ja -tulostustyöt, johon odotetaan kuluvan projektin osalta eniten aikaa. Samalla, kun itse tutkalaitteen koteloa mallinnetaan, hankintaan on menossa noin 15 metriä Cat5e- tai -6 UTP Ethernet-verkkokaapelia, josta modifioidaan Boltekin speksien mukainen salamatutka-antennikaapeli, eli päät poikki ja uudet tilalle eri johdotuksella.

Muutamia mutkiakin tuli matkaan kun havaittiin, että salamatutkamaston pohjakiinnikkeessä on isomman kiinnikkeen mutterina 18mm mutteri - ja allekirjoittaneella ei ollutkaan vastaavaa avainta siihen. 18mm:n lyhyestä hylsystä ei ollut juurikaan avuksi, koska mutterin parina oleva pultti on pitkä - minkä lisäksi hylsy oli yhdestä kulmastaan halki, mikä teki siitä oikeastaan 18.5mm:n hylsyn. 

Hankintalistalle tuli siis tavaraa - toinen odotettavissa oleva, toinen ei niinkään.

[J.Jäntti]

3D-tulostettu testiversio tutka-antennin ulkokotelosta on saatu tehtyä, mutta lähistöllä rähinöivät ukkoskuurot siirtävät näillä näkymin kotelon testaamisen itse tutka-antennin osalta seuraavaan viikkoon.
Kiinnikkeet uutta mastoa varten ovat saatu paikalleen, mutta menee vielä jonkin aikaa ennen kuin masto itse saadaan kiinnikkeisiinsä kiinni

Salamatutkan antennikaapelista on tehty kaksi eri versiota Boltekin spekseillä. Toinen on Cat5e UTP-kaapeli ja toinen Cat6a SFTP-kaapeli.
Kysely Boltekin suuntaan antoi ymmärtää että kaapelityypillä ei olisi merkitystä niin pitkään kunhan kaapelien päissä olevat johdot ovat asetettu identtisesti. Heidän mukaansa ihan perustasoinen, kaupasta ostettu verkkokaapelikin käy, samaisesta syystä, mutta miksi kaapelista olisi Boltek-speksin versio olemassa silloin? Omaan jonkin verran tervettä skeptisyyttä senkin puolesta että näinköhän tuo Cat6a-kaapeli tulee toimimaan kunnolla tai ollenkaan, sillä osa kaapelipareista menee Boltek-speksissä erilleen liittimessä mutta päätyvät kuitenkin kierteelle sen jälkeen ja kun kaikki neljä paria ovat oman foliosuojansa sisällä, aiemman UTP-kaapelissa olleen saman nipun sisällä, miten mahtaa signaalit käyttäytyä?

Avoimia kysymyksiä on siis vielä ainakin antennin johdon suhteen, mutta niihin saataneen vastaus siihen mennessä, kun johtoja aletaan testaamaan todenteolla.

[J.Jäntti]

Ukkosten väistyttyä ja aktiivisuuden lakattua alueella oli aika ottaa antenni irti ja tarkistaa, miten hyvin se mahtuu 3D-printattuun koteloonsa.
Olo tuntui kieltämättä jotenkin älyllisesti vajavaiselta tunkea liki suorakulmion muotoista esinettä pyöreään reikään, mutta kotelon muodolla oli syynsä.

No, eihän se hitto vieköön mahtunut. Tuijotin tutkaboksia ja koteloa hetken aikaa ja sitten se iski: En piru vie ole ollut nuorempana geometrian tunneilla hereillä kovinkaan hyvin tai sitten en ole ollut koskaan tilanteessa, jossa minun pitäisi saada suorakulmion muotoinen esine pyöreään koteloon mahdutettua. Tarkistin piirtämääni pohjaa tutka-antennista ja totesin että olin käyttänyt tutkaboksin leveintä kohtaa kotelon sisäpinnan halkaisijan referenssinä. Tuli äkkiä selväksi että se toimisi vain, jos boksi olisi keskellä koteloa ja ohut.

Mitään havaintoa ei illan aikana ollut siitä miten saisin määriteltyä boksin mahtuvaksi putkeen, joten nukkumaan mentiin kysymykset päässä.
Aamupäivällä otin tutkaboksin piirrustuksen esiin ja aloin pyörittämään ajatusta että mikä meni pieleen ja vähitellen selkisi että olin varsin idioottimaisesti ajatellut kaiken vain kaksiulotteisesti, eli vain kahden arvon mukaisesti - tässä tapauksessa siis vain ja ainoastaan tutkaboksin leveimmän kohdan ja pituuden mukaan - jättäen korkeus pois, jolla on merkitystä myös siinä miten esine mahdutetaan tuollaiseen koteloon.

Kun laskin mukaan myös tutkaboksin korkeuden, ei varmaan ole yllätys kenellekään että lopputulokseksi tuli isompi sisähalkaisija kotelolle. 
Toinen havainto oli, että nailonruuvien reiät eivät olleet oikeassa kohdassa. Lukema oli oikein näytössä (90mm) muttei esineessä. Pieni mittailu paljasti että ruuvireikien etäisyys heitti printissä 4mm, ollen 86mm, mikä oli melko tarkalleen ruuvinreiän kokoluokan verran. En ymmärtänyt mikä ihme oli vikana, ennen kuin katsoin miten mallinnusohjelma reikiä käsitteli; Minun piirrustuksessa 90mm oli reikien keskipisteestä lukien - mallinnusohjelmassa se oli reikien kaukaisimmista reunoista lukien. Tässä kohtaa alkoi huumori olla vähän heikoissa kantimissa, sillä mallinnusohjelman logiikka oli mielestäni outo.

Siinä meni kotelon mitat uusiksi ja 3D-tulostus aloiteltiin sitten uusin arvoin. Tänään (09.07.2019) kertoo hätäisesti tulostettu kotelon isompi versio olenko edes oikeilla jäljillä kokoluokassa. Ideana on, että lopullinen kotelo sisältää mahdollisimman vähän tyhjää tilaa ja että tutkaboksi pysyy sisällä tukevasti nailonruuveilla ja -muttereilla. Huomenna sitten näkee, tuliko laskutoimitus tehtyä oikein, kun ns. "Release Candidate"-versio kotelosta valmistuu.

[J.Jäntti]

Huomenna sitten näkee, tuliko laskutoimitus tehtyä oikein, kun ns. "Release Candidate"-versio kotelosta valmistuu.

Paitsi että se näkyikin jo tänään, kun en jaksanut odottaa ja hain RC-version tulostimesta illan tunteina.
Vartin testi osoitti tutkaboksin menevän niin koteloon sisään millilleen kuten pitääkin, kuin ruuvireikienkin osalta täydellisesti paikoilleen. Ylä- ja alakansi tarvitsi vielä säätöä, mutta ne ovat tässä kohtaa nopeammin tulostettavaa sorttia niiden koon vuoksi, joten niitä pystyy säätämään huomisen aikana sellaisiksi että ne istuvat kaikin puolin.

Itse salamatutka ns. roikkuu ilmassa, katossa kiinni olevan ylimmän lasikuitusegmentin varassa ja se palvelee siihen saakka että mastoa aletaan rakentamaan lopulliseen muotoonsa. Keskimmäinen osa lasikuitumastosta tulee mukaan testeihin ja se jää tämän jälkeen heiluntatestiin, joka määrää sen, onko keskimmäinen lasikuitumaston pätkä se, joka tulee ns. tuotantokäyttöön, vai joudutaanko vielä pohjaosaa antennista muokkaamaan. Odotukset ovat sellaiset, että keskimmäisellä maston pätkällä mennään, sillä se ei vaikuta heilumiseen taipuvaiselta vähäisellä kuormalla. Lasikuitumaston pätkän tehtävänä on eristää tutka-antenni niin kauas kaikista metalliesineistä kuin suinkin mahdollista. Tämä pätkä on metrin pituudeltaan mikä on minimisuosituksen (91cm) ylittävä.

[angle]

Kiinostava projekti ja hyvin kerrottu. Kuvia olisi myös kiva nähdä. Kiinostaisi myös millainen antenni oli tuossa 0-30 MHz SDR vastaanottimessa?

[J.Jäntti]

Kiinostava projekti ja hyvin kerrottu. Kuvia olisi myös kiva nähdä. Kiinostaisi myös millainen antenni oli tuossa 0-30 MHz SDR vastaanottimessa?

Kiitoksia.
Kuvia projektista on tulossa, kunhan saan ne tuosta luuristani repäistyä ja pienennettyä sellaiseksi ettei niiden avaamiseen mene koko päivää.
Liitteenä on kuva 0-30MHz:n SDR-antennista. Kyseessä on ns. PA0NHC-miniwhip, horisontaalipolarisoitu aktiiviantenni, jolla on oma jännitesyöttönsä.

Antennista lähtee maakaapeli, joka oli kiinni antennimastossa ja antennimasto oli "vähän sinne päin" maadoitettu, tarkemmin parvekkeen betoniseinään, joka oli riittävästi maapotentiaalia omaava, että antenni toimi. Sen verran herkästä antennista oli kuitenkin kysymys, ettei sen maadoitus esim. pistorasian maadoitukseen kannata sillä sen maapotentiaalissa on kamala hälinä ja kohina.

Itse antenni ei ole enää tässä kohtaa minulle tarpeellinen, koska sen asennuspaikan on nyt virallisesti viemässä salamatutkan antenni.

[J.Jäntti]

3D-printattu salamatutkakotelo on nyt viimeinkin valmis.
Finaaliversioon piti lisätä vielä ns. pohjoisreferenssimerkki koteloon ja kotelon pohjaosaan pohjois- ja itäreferenssimerkit, jotta tutka-antenni saadaan suunnattua niin oikein kuin mahdollista, ennen kuin se saatiin printteristä pihalle.
Lasikuitukepin nokkaan tullut kotelo istuu erittäin tukevasti kepin päässä ja koska se on printattu käytännössä tyhjää täyteen (täyttöaste (infill amount) on 2%), se on äärimmäisen kevytrakenteinen ja ideana onkin, että kapineen mahdollisimman pieneksi puristettu sylinterimäinen muoto ja sen kupera hattuosa tekevät siitä niin aerodynaamisen, kuin vain omalla osaamisella vain saa, jotta se heiluisi mahdollisimman vähän (jos lainkaan) tuulessa.

Huomioni kiinnittyi myös salamatutkan S/FTP-kaapeliin, jossa huomasin mokanneeni johtimien kanssa hieman. On tärkeää, että kyseisessä antennikaapelissa ovat johtimet suorassa, liitospisteestä puristuskohtaan saakka, jotta mahdollinen ristikuuluvuus saadaan pidettyä poissa. Kaapelin toisen pään yksi johtimista juoksee kolmen johtimen yli joten se pitää sitten vaihtaa vielä. En tiedä onko sillä varsinaisesti merkitystä, mutta mieluummin olen tässä kohtaa perfektionisti, kuin se, että joutuisin ottamaan maston alas heti saman tien kun havaitsen salamoiden paikantuvan väärin, heijastuvan vähän minne sattuu, tai loistavan poissaolollaan kokonaan. UTP-kaapeli näyttää olevan ns. täydellisesti tehty ja valmiina käyttöön.

Seuraava projektin askel on itse alumiinimaston ylimmän osan suojaan reiän poraaminen. Vaatimuksena ei ole kuin halkaisijaltaan 19mm:n reikä keskelle suojaa, josta lasikuitukeppi tulee läpi ja lukittuu noin metrin mittaan (lasikuitukeppi on hyvin tiukka kartion muotoinen kappale, yläpäästään 16mm, alapäästään 20mm, josta alaosa on karhennettu, jotta se ottaisi kiinni tehokkaammin kitkalukituksella). Lukitusta tulee vahvistamaan vielä erikseen letkunkiristin, jonka tehtävänä on estää lasikuitukepin putoaminen alaspäin, jos se sattuisi jonkun luonnonoikun seurauksena heiluttamaan itsensä kitkalukituksestaan irti.

Toinen askel on puolestaan kaapelitesti laitteen vielä ollessa vanhassa paikassa. Ideana on tarkistaa että miten S/FTP-kaapeli ja UTP-kaapeli pelaavat ukkosten ollessa läsnä, kaapelin ollessa levitettynä pitkin pituuttaan parvekkeen lattialla, sillä mikäli ongelmia tulisi, 14m mittaisen antennikaapelin repiminen alas ja vaihto ovat puuhaa, johon en halua sotkeentua kuin äärimmäisen pakon edessä.

[J.Jäntti]

Tutkamaston lasikuitujatkeen kanssa tuli pientä pääkipua, kun tuli havaittua, että eihän se perhana tietenkään pysy suorassa ollessaan itseään isomman alumiiniputken sisällä ja tutkalaitteiston ollessa kotelossaan lasikuitujatkeen päässä.

Ratkaisuna oli 3D-tulostaa perin yksinkertainen alumiiniputken sisäpinnan halkaisijan kokoinen muovipalikka, jonka tehtävänä on tukea lasikuitujatketta, kun se on venytettynä alumiiniputken hatusta ulos täyteen mittaansa. Sellaisen rakentamisessa oli vain omat haasteensa, kun itse muovipalikan koko piti olla sellainen ettei siinä ole liikkumavaraa käytännössä lainkaan mutta samaan aikaan kuitenkin sen piti pystyä liikkumaan vapaasti alumiiniputken sisällä.

Koekappaleita tulostettiin kaikkiaan 8 kappaletta ennen kuin oikean kokoinen palikka saatiin aikaan, jolla liikkuvuus putkessa on täysi mutta sivusuunnissa käytännössä nolla ja siitä muotoiltiin isompi kappale joka putkeen menisi tukea antamaan.
Lopputulos oli erittäin hyvä ja tuki toimii loistavasti. Seuraavana vuorossa onkin sitten tutkakaapelitesti ja siinä samalla maston asennustyön toisen vaiheen aloitus.