Trefwoorden

 

Dipool typen

Basis antenne

W3DZZ

Multibandtrap

5-band trap

5-band praktijk

De traps

Transformator

Mantelspoel

Ervaringen

Een multiband ‘trap’ antenne

(Eerder gepubliceerd in Electron #12, 2000 en Electron #1, 2001)

 

 

Inleiding

 

Het is een bekend verhaal. Je haalt je A-machtiging en wilt zo snel mogelijk de lucht in. Je hebt al maanden tevoren in allerlei brochures gekeken naar een redelijk betaalbare, moderne transceiver en koopt uiteindelijk toch een net iets duurdere.

Daarna komt onmiddellijk de vraag aan de orde naar een goede antenne voor dit stuk moderne techniek. Je kijkt en vraagt eens om je heen omdat echte kennis over antennes in dit stadium van amateur-schap meestal nog even ontbreekt en omdat een ‘full-size toren-met-multibands-yagi’ net een brug te ver lijkt.

Je zoekt eigenlijk een antenne, die met een minimum aan inspanning, een maximum aan HF-banden ‘bedient’ en daarbij een minimum aan plaats inneemt. Hierbij dient de ingebouwde tuner de ‘impedantie-excursies’ van de antenne te kunnen volgen teneinde de dure set te behoeden voor vroegtijdig overlijden. Deze tuners hebben doorgaans maar een beperkt bereik en bij een mis-aanpassing van 1 : 3 à 4 is het meestel wel afgelopen. Verder wil je de antenne het liefst met coax-lijn kunnen voeden omdat de eigenschappen van deze kabel relatief ongevoelig zijn voor ‘externe omstandigheden’ als het weer, metalen obstakels (dakgoot) en de TV en computer van de buren. 

 

Onze moderne transceiver is doorgaans ontworpen om het maximale vermogen af te geven aan een reële impedantie van 50 Ώ. Een antenne in resonantie vertoont een reële impedantie aan de aansluitklemmen en onze multi-band antenne zal dus op zoveel mogelijk banden in resonantie moeten zijn. De amateur banden op 80, 40, 20, 15 en 10 meter vertonen een harmonische frequentie-relatie en we mogen dus verwachten dat een antenne die geschikt is voor een frequentie in een lagere band ook resonanties zal vertonen op, of in de buurt van een of meer hogere banden.

 

De WARC banden (30 m., 17 m. en 12 m.) liggen niet ‘harmonisch’ t.o.v. de andere banden en passen daarom niet met een geheel (en liefst oneven) aantal ‘halve golven’ op de antenne. Als gevolg hiervan zal de impedantie in het voedingspunt hoge reële en imaginaire waarden gaan vertonen en daarmee zeer hoge SWR op de ingang van de transceiver. We zullen de WARC banden daarom voor dit ‘eenvoudige antenne-’ verhaal verder buiten beschouwing laten en ons richten op de ‘oude’ banden.

 

Met deze wensen in ons achterhoofd gaan we eens kijken hoe we zo optimaal mogelijk aan al onze verlangens tegelijk kunnen voldoen.

 

 

Eenvoud is het kenmerk……

 

Een van de eenvoudigste antennes is natuurlijk de bekende dipool antenne, die resoneert op de frequentie waarvoor de afmeting precies een halve golflengte lang is en ook op elk veelvoud daarvan. Op elk oneven veelvoud van deze passing vinden we in het midden van de antenne steeds een lage waarde van de aansluit impedantie en hier dienen we dus steeds ‘op te mikken’ i.v.m. aanpassing met door onze beperkte tuner.

 

 

De ‘basis’ dipool antenne

 

In de Electron van november 1997 heeft Dick, PA0SE  vijf varianten uitgerekend van deze dipool antennes, bedoeld voor multi-band gebruik. De lengtes van zijn modellen liggen tussen de 18 en 22 meter. De gemiddelde waarde van de ‘hoogste SWR’ in de grafiekjes komt echter bij geen enkele variant beneden de 1 : 10 voor alle vijf HF banden die we in dit verhaal beschouwen en uitschieters boven de 1 :  25 voor enige band zijn geen uitzondering. Hoewel Dick vindt dat met een goede aanpassing e.e.a. nog wel valt aan te compenseren, wijdt hij toch uit over de verliezen die in de (in dit geval externe, uitgebreide(re)) tuner kunnen optreden en geeft hij tips om deze verliezen te beperken. Hieruit valt te concluderen dat een ‘eenvoudige’ antenne gevolgd dient te worden door een minder eenvoudige, niet in de moderne sets ingebouwde tuner, die bovendien bij minder zorgvuldige opbouw in de winter kan zorgen voor bijverwarming in de shack. Dit geldt ook voor de, evenredig met de (hoge) SWR oplopende verliezen in de voedingscoax. Daarom worden dergelijke antennes dan ook meestal gevoed met een hoog-Ohmige (600 Ώ), open voedingslijn gevolgd door een symmetrische opgebouwde antenne tuner (liever geen a-symmetrische tuner met ingebouwde balun!).

 

 

De comudipool antenne

 

Het coax gevoede, multi-band dipool (comudipool) ontwerp van Dick vertoont eveneens ‘SWR excursies’ buiten het bereik van een eenvoudige tuner en valt om die reden dan ook af.  Bovendien treden door deze misaanpassing verliezen op in zijn voedingssyteem (antenne-aanpassing plus kabel) die tot meer dan de helft van het toegevoerde vermogen hierin achterlaat!

 

 

De a-symmetrische dipool antenne

 

Een andere variant op de dipool antenne is het Windom type dat a-symmetrisch wordt gevoed. De FD3 resp. 4 van Fritzel zijn hiervan goede, hedendaagse voorbeelden. Door deze voedingskeuze kan echter niet voor alle banden (als boven) een optimale aanpassing worden bereikt; de 15 m band valt buiten de boot. Bovendien ontstaat er bij deze wijze van voeding geen ‘spanningssymmetrie’ op de antenne t.o.v. het voedingspunt zodat de buitenmantel van de coax ongewild deel uit gaat maken van het totale straler- systeem. We moeten dus maatregelen nemen om aldus opgewekte HF stromen langs de buitenzijde van de coax buiten de shack te houden. Een goede oplossing hiervoor bestaat uit mantelstroom smoorspoelen, bij deze a-symmetrische voeding het liefst zowel bij het voedingspunt op de antenne als bij de aansluiting op de set.

 

Samengevat kunnen we daarom stellen dat de ‘eenvoudige dipool’ om bovenstaande redenen daarom wellicht niet zo ‘eenvoudig’ is voor een beginnende amateur.

 

 

De meervoudige dipool

 

Meervoudige dipool antennes die per band zijn afgestemd en tezamen op één balun zijn aangesloten zijn een andere variant op het thema ‘eenvoudige antenne’. Dit systeem werkt ook goed hoewel de dipolen wat moeilijk op resonantie zijn af te regelen binnen de bestemde band (en dus op laagste SWR) omdat ze in elkaar's nabijheid-veld liggen; afregelen van de ene, beïnvloedt ook de andere banden. Bovendien is de winst per band niet meer dan ca 6 dBi, terwijl uit het verhaal van Dick valt af te leiden dat er wellicht meer winst valt te halen. Verder is doorgaans een reusachtig ‘spinnenweb’ in de tuin ook geen sierraad voor elke buurt……..

 

 

De W3DZZ trap-antenne

 

Een trap-antenne (zie figuur 1) lijkt een goed compromis tussen eenvoud en bruikbaarheid en ik begon dus met een gekochte W3DZZ antenne om snel van start te kunnen. Al gauw bleek dat mijn (ingebouwde, automatische) antennetuner overwegende problemen had op de 20, 15 en 10 meter banden; het ding bleef zoeken. Dit euvel bleek snel te verhelpen door van installatie-draad afgestemde dipolen te fabriceren voor deze banden, die ik allen parallel aansloot op de balun van de W3DZZ (spinnenweb, zie boven). Vanaf dat moment werkte ik nog lang en gelukkig totdat enkele jaren later na een winderige winter een van die parallelle stukjes huisvlijt het begaf. Intussen wist ik iets meer van deze zaken en vroeg mij af waarom de alom geroemde, multi-band W3DZZ antenne bij mij niet zo goed wilde werken.

 

 

Onderzoekt alle dingen……….

 

Omdat de kennis over antennes bij mij intussen wat was toegenomen en er nu bovendien rekenprogramma’s beschikbaar zijn waarmee tevoren al een indruk verkregen kan worden of  buiten-exercities op basis van wilde ideeën eigenlijk wel zin hebben, ben ik eens achter de computer gaan zitten.

 

Voor de berekeningen maak ik steeds gebruik van het programma EZNEC van Roy Lewallen, W7EL, dat voor ca fl. 100,- te koop is. Er zijn tegenwoordig meerdere, goed bruikbare programma’s beschikbaar, maar elke vraagt een zekere inwerk tijd om er vertrouwd mee te raken en om de (rekenmodel-)grenzen en beperkingen te leren kennen.

 

Voor alle berekeningen in dit verhaal gebruik ik steeds het antenne-model van figuur 1, omdat alle symmetrische multi-band antennes-met-trap er in wezen steeds zo uit zien:

 

 

 

                                             Figuur 1: Het antennemodel

 

 

 

Bij het modelleren van alle antennes heb ik de trap steeds laten bestaan uit een parallelschakeling van een ideale, verlies vrije spoel en dito condensator. In het navolgende verhaal zal ik steeds de notatie van dit antennemodel aanhouden

 

 

De W3DZZ

 

Om te beginnen ben ik eens gaan kijken wat ik van de W3DZZ eigenlijk kon verwachten.

 

Het ARRL Antenna Handbook vindt dat een (halve) W3DZZ bestaat uit L2 van 9.75 meter (32’), L1 van 6.7 meter (22’) met een trap bestaande uit een spoel van 8.2 μH en een condensator van 60 pF (fr = 7.175 MHz). Het boek meent verder (in vertaling) ………dat met een symmetrische voedingskabel van 75 Ώ, deze antenne de SWR beneden de 2 op 1 houdt op de drie hoogste frequentie banden en voor de 3.5 en 7 MHz banden een gedrag vertoont dat vergelijkbaar is met speciaal voor die banden gemaakte, losse dipolen.

 

Rothammel vindt echter dat de W3DZZ bestaat uit L2 van 10.07 m. L1 van 6.71 meter en een trap van 8.3 μ H parallel aan 60 pF. (fr = 7.132 MHz). Daarnaast geeft Rothammel nog zeker negen andere varianten, waaronder die uit het eerdere ARRL Antenna Handbook. De eigenschappen van al deze varianten verschillen onderling nogal hoewel geen enkele resoneert binnen alle vijf band tegelijk.

 

Ook PA0SE heeft een W3DZZ verhaal in het al eerder genoemde Electron artikel en beschrijft daar een Rothammel-variant met een trap op 7 MHz (7.05 MHz zegt Rothammel en de waarden narekenend kom ik op 7.13 MHz). Dick modelleert de antenne op 10 meter hoogte boven ‘gemiddelde’ aarde en vindt dat het systeem helemaal niet zo geweldig is. Bovendien vertoont de SWR op de drie hoogste banden  verrassend hoge waarden, tot 1 : 71 aan toe. Hij besluit dan ook met: ‘Op de hogere frequentiebanden is de W3DZZ niet meer als geslaagde multi-band antenne te beschouwen’. 

 

Ik ben daarom begonnen eens zelf de beschrijving van de W3DZZ antenne uit het ARRL-Antenne Handbook (zie boven) te modelleren omdat het ontwerp, zoals zijn naam zegt uit de Verenigde Staten afkomstig is en al jaren deel uit maakt van de inhoud van dit Handbook. Ik modelleerde het systeem op 10 meter hoogte, met 1.5 mm draad, boven gemiddelde aarde (grond geleiding, G = 5 milli-Siemens/meter, dielektrische constante (ε = 13) en vond de volgende tabel:

 

freq.                reson.        R           X            SWR       winst           opstr. 

band               freq.       (Ohm)    (Ohm)       (re 50)     (dBi)            hoek   

 

80                      3.531      35.7         0               1.4            6.2            38.5*  

mid.band          3.7          45.8     144.7          11.1

 

40                      7.271      83.3         0               1.7            6.1            25.5*  

mid.band          7.05        65.5    -102               5.1

 

20                    15.35      257            0               5.1            7.2            27       

mid.band        14.175    264.1    -553.3          28.6

 

15                    22.363    115.7         0              2.3            8.9            18.5    

mid.band        21.225    134.1    -484             38

 

10                    32.525    150            0               3.0           10.9           13       

mid.band        28.85      931.7  -1491             65.8

 

 

Tabel 1: De W3DZZ uit het ARRL Antenna Handbook.

Straalt de antenne recht omhoog dan geeft een asterix het –3dB punten aan (de opgegeven winst is hier het maximum omhoog). Op 80 m. heb ik 3.7 MHz gekozen als referentie en niet het echte bandmidden.

 

 

Bij het bekijken van tabel 1 valt onmiddellijk op dat de antenne veelal buiten de banden resoneert, zelfs voor Amerikaanse begrippen. Kijken we naar het gedrag op de band-middens dan wordt duidelijk waarom de ingebouwde, automatische tuner uit het begin van dit verhaal een probleem had op de drie hoogste banden; de SWR wordt veel te hoog! Ook is duidelijk dat, hoewel mijn aanpassings-probleem werd opgelost met de parallel dipolen, ik hiervoor betaalde met een lagere versterking op die banden; de dipolen geven een maximale antenne winst van ca 6 dBi maar de (veel langere) W3DZZ zou zelfs wel 10.9 dBi antenne-winst kunnen halen.

 

Ik heb de antenne natuurlijk ook op andere hoogtes gemodelleerd (15 en 20 meter) en boven verschillende grondsoorten (slecht en goed) maar de resonantie frequentie en SWR veranderden nauwelijks. Wel gaat op de 80 meter band de aansluit-impedantie omhoog naar 63.2 Ώ (SWR blijft 1 : 1.3!) en gaat de opstraalhoek op alle banden stevig omlaag naar mate de hoogte stijgt. Dit laatste is overigens de belangrijkste reden waarom we onze antennes graag zo hoog mogelijk ophangen; hoe lager de opstraal hoek, hoe minder ‘hops’ en dus hoe minder signaal verlies op de grote afstanden.

 

Een discussie met L.B. Cebik (bezoek zijn rijke antenne web-site op www.cebik.com) levert op dat de W3DZZ-antenne eigenlijk bedoeld was voor oudere (buizen) sets met een  Pi-filter in de uitgang en dus veel ruimere aanpassingsmogelijkheden. L.B. geeft op zijn site ook een aantal voorbeelden van trap-antennes en methoden om deze uit te rekenen. Het basis principe is steeds dat het deel tussen de traps resoneert op de hogere frequentie en de gehele antenne op de lagere. De trap resoneert daarbij aan de onderzijde van de hogere band zodat de hoge impedantie van deze parallel kring het gedeelte buiten de trap effectief isoleert van het deel daarbinnen. Op de lagere frequentie is de trap inductief en werkt aldus als een verlengspoel. De trap antenne wordt zo dus behandeld als een twee band antenne.

 

 

Multi-band trap antennes

 

Kijken we naar de totale trap-antenne, dan zien we dat vier variabelen de resonantie frequentie van de antenne bepalen: de binnen lengte (2 x L2), de buiten lengte (2 x L1) en de spoel en condensator van de trap. Omdat deze vier variabelen elk op hun eigen wijze frequentie-afhankelijk zijn, zou het dus mogelijk moeten zijn om deze antenne op vier verschillende frequenties te laten resoneren. Ik heb dit onderzocht voor een trap-antenne op 10 m. hoogte, gemaakt van 1.5 mm draad boven gemiddelde aarde. Bij dit onderzoekje heb ik mijzelf de voorwaarde gesteld dat de antenne tenminste moest resoneren rond 3.7, 7.05 en 14.175 MHz. De resonantie frequentie van de trap heb ik steeds als referentie-grootheid gekozen. Ik kom dan tot de navolgende tabel, waarbij de kolommen voor de 15 en 10 m. band de frequentie aangeeft waarbij de antenne in resonantie is:

 

 

#          fr.        L 2      L 1      l tot.     L         C           15 m.   10 m.

            trap     (m)      (m)      (m)      μH       pF         band   band

 

1          6.0       7.1       8.8       31.8     4.5       156.4   23.862   32.840

2          6.4       8.4       7.9       32.6     4.7       131.6   23.072   32.278

3          6.8       9.6       7.3       33.8     5.1       107.0   22.080   31.396

4          7.0       10.1     7.0       34.2     5.2       99.4     21.774   31.034

5          7.2       10.6     6.7       34.6     5.0       97.7     21.390   30.480

6          7.4       11.1     6.4       35.0     5.0       92.5     21.302   30.181

7          7.6       11.6     6.1       35.4     5.2       84.3     21.227   29.801

8          7.8       12.1     5.8       35.8     5.2       80.0     21.073   29.294

9          8.0       12.6     5.3       35.8     5.4       73.3     21.334   29.186

 

Tabel 2: Multi-band antenne varianten

 

 

Bij een (veel) lagere resonantie frequentie van de trap dan 6 MHz lukt het niet meer om de antenne te laten resoneren op de gekozen frequenties in de drie laagste banden en bij een hogere trap resonantie dan 8 MHz is dat opnieuw een probleem.

 

Hoewel deze modellen in stapjes zijn berekend, is het duidelijk dat er een continu gebied is tussen de 6 en 8 MHz waarbinnen steeds aan de uitgangsvoorwaarden kan worden voldaan. We zien verder dat de zelfinductie van de trap relatief weinig varieert en binnen zekere grenzen zelfs ongeveer constant blijft.

 

Bij het oplopen van de trap resonantiefrequentie schuift eerst de 15 m. band binnen bereik en later de 10 m. band.  Bij het beschouwen van de tabel blijkt dat aan ons uitgangspunt (vier variabelen, dus resonantie op vier frequenties binnen onze amateur banden) inderdaad voldaan kan worden en wel met model 7. Dit model resoneert keurig op alle band-middens (de drie basis frequenties plus 21.227 MHz) en is daarmee dus de gezochte antenne. 

 

Het blijkt echter niet mogelijk om zowel gelijktijdig de 15 m. als de 10 m. band te volledig te bestrijken, wat overigens niet te verwachten is omdat we maar vier variabelen hebben.

 

 

Multi-band antenne versterking.

 

Kijken we naar de antenne versterking dan vinden we de tabel 3 met waarden in dBi, waarbij we er op moeten letten dat voor de 40 en 80 m. band de maximale stralings-richting loodrecht op de antenne draad staat (in het horizontale vlak) maar dat dit voor de andere banden niet meer het geval is; deze kan zelfs tot 65 graden hiervan gaan afwijken als er bij de hogere banden meerdere halve golflengtes op passen en er dan meerdere lobben ontstaan. Op zich hoeft dat geen bezwaar te zijn, zolang we er maar rekening mee houden.

 

Model #          1          2          3          4          5          6          7          8          9

band

80                    6.2       6.3       5.8       5.8       5.9       5.9       5.9       5.9       5.9

40                    6.4       6.3       6.2       6.1       6.0       5.9       5.7       5.6       5.4

20                    7.0       6.9       6.9       7.0       7.0       7.0       7.1       7.1       7.1

15                    9.7       9.5       9.5       9.3       9.2       8.9       8.8       8.5       8.4

10                    10.6     10.5     10.6     10.7     10.7     10.8     10.8     10.7     10.5

 

Tabel 3. Versterking in dBi als functie van de band en per model

 

Het valt op dat de versterking vooral afhangt van de band waarop deze gebruikt wordt en veel minder van het toegepaste model. Ook in vergelijking met de W3DZZ zien we nauwelijks verschillen. Voor dit type antenne wordt de versterking dan ook voornamelijk bepaald door de antenne lengte en (in mindere mate) de hoogte boven de grond; andere parameters spelen nauwelijks een rol.

 

 

De opstraalhoek

 

Een tweede belangrijke grootheid voor een antenne is de opstraal-hoek. We gaan daarom eens zien wat hier zoal te beleven valt. Ook hier noteer ik de waarden voor elke band op de frequentie waar deze resoneert; dat is voor de hogere banden niet steeds binnen die band waar dit genoteerd staat.

 

 

            1          2          3          4          5          6          7          8          9

 

80        38*      38*      38*      38*      38*      38*      38*      38*      38*

40        26.5*   26.5*   26.5*   26.5*   26.5*   26.5*   26.5*   26.5*   26.5*

20        29.5     29.5     29.5     29.5     29.5     29.5     29.5     29.5     29.5

15        17.5     18        19        19        19.5     19.5     19.5     20        19.5

10        13        13        13.6     13.6     14        14        14        14.5     14.5

 

Tabel 4. De opstraal hoek in graden boven de horizon.

 

 

De sterretjes geven weer de drie-dB punten aan, omdat de antenne voor deze banden recht omhoog straalt. De getallen voor de versterking uit tabel 3 geven weer deze maxima recht omhoog; voor de andere banden  is de versterking maximaal in de hierboven aangegeven opstraal hoek.

 

Tabel 4 vertoont opmerkelijk weinig tekening. Een vergelijking met de W3DZZ levert ook al geen verrassingen op. Net als bij de versterking wordt de opstraalhoek hier dan ook voornamelijk bepaald door de hoogte boven de grond en veel minder door de andere variabelen.

 

 

De voedingspunt impedantie

 

Het is interessant om te zien hoe de voedingspunt-impedantie verloopt voor de diverse modellen, omdat dit immers de reden was voor deze hele exercitie. In deze tabel heb ik voor elke band telkens de frequentie genomen waarop de antenne resoneert. Dat is voor de laagste drie banden dus steeds de al eerder genoemde reeks maar voor de hoogste twee verschilt dat steeds per model, zie ook tabel 2. De voedingspunt impedantie is steeds gemeten op de frequentie waar de antenne resoneert (imaginaire deel nul), ook al omdat dit de laagste waarde oplevert.

 

 

            1          2          3          4          5          6          7          8          9

 

80        34.9     38        44.9     45.5     46.6     47.3     42.8     48.6     49.6

40        116.3   100.8   87.5     82.5     77.7     72.5     67.7     63.7     59.9

20        151.8   182.7   211      215.8   219      208.7   204.4   195.6   179.7

15        127.3   114.3   112.5   116.9   122.8   134.2   149.5   164.2   183.5

10        133.3   153.2   153.3   144.7   137.8   129      123.7   122.5   127.2

 

Tabel 5. Aansluitwaarden in Ohm bij resonantie van de antenne.

 

 

We zien een zekere regelmaat optreden in het verloop van de antenne impedanties, waarbij voor de 80 m band de impedantie langzaam op loopt. Bij de 40 m. band valt een constant dalende lijn op. De 20 m band lijkt te pieken bij model 5. De 15 m band een dal geeft bij model 3 terwijl de 10 m band daar juist een piek laat zien. Welk model we ook beschouwen, het blijkt dat de aansluit impedantie vrijwel steeds boven de 50 Ώ ligt. 

 

Omdat we antenne eigenlijk willen ontwerpen voor de zeer eenvoudige tuner die we meestal ingebouwd vinden in de moderne transceiver, loont het de moeite om een zo laag mogelijke SWR te maken op zo veel mogelijk banden. Kijkend naar tabel 5 lijkt een goede keuze voor de aanpassings-impedantie te liggen tussen de 50 en 200 Ώ, in het midden ca 125 Ώ, van toepassing voor elk van de berekende modellen. We zoeken dus een aanpassingstransformator met een (impedantie-)transformatie verhouding van 125 op 50 Ώ, dus 1 : 2.5.

 

Hoewel deze verhouding minder gebruikelijk is in de wereld van antenne- aanpassingen, komt Jerry Sevick, W2FMI ons hier te hulp (zie 'Transmission line transformers’, bestellen via ARRL, ISBN 1-884932-66-5). In het hoofdstuk "Transmissielijn transformatoren, Voorbeelden en Analyse" is deze trafo uitgebreid beschreven en blijkt voor meer dan een overzet verhouding geschikt te zijn. Hier gebruiken wij de impedantie verhouding van 1 : 2.25, die een zeer hoog rendement (verliezen kleiner dan 0.1 dB) heeft over alle HF banden en zelfs nog iets daar buiten. Deze lijkt dus geknipt voor ons doel. Voor de rest van dit onderzoek gaan we daarom uit van toepassing van deze trafo, die de impedantie van de transceiver plus voedings-kabel (50 Ώ ) dus brengt op 112.5 Ώ .

 

 

De bruikbare bandbreedte  

 

De bruikbaarheid van de antenne voor de moderne transistor transceiver met ingebouwde tuner is sterk afhankelijk van het gebied waarbinnen de antenne nog aan de set aan te passen is. Zoals we in de inleiding hebben gezien zijn de prestaties van deze tuners beperk.

Het heeft dus zin om eens te onderzoeken hoe groot het gebied is waarbinnen de modellen een SWR van 1 :  4 of lager vertonen bij een aanpassing op 112.5 Ώ. We zullen dit bekijken voor de groep van modellen, die gezien tabel 2 in aanmerking komt voor toepassing op meer dan alleen de drie laagste banden.

 

               4             5             6             7             8             9

 

80        3.591      3.608      3.629      3.563      3.592      3.580

            3.821      3.856      3.890      3.802      3.872      3.928

 

40        6.864      6.890      6.912      6.918      6.946      6.977

            7.343      7.314      7.294      7.269      7.254      7.243

 

20        13.775   13.726   13.732    13.725    13.692    13.658

            14.731   14.709   14.700    14.718    14.720    14.715

 

15        21.289   21.037   20.836    20.693    20.616    20.861

            22.345   22.070   21.851    21.692    21.599    21.842

 

10        30.480   30.076   29.656    29.217    28.789    28.684

            31.657   31.236   30.796    30.337    29.875    29.743

 

Tabel 6. De ‘bruikbare’ frequentiegebieden binnen de SWR < 1 : 4 grenzen.

 

In de tabel vinden we geen dramatische verschillen tussen de modellen voor de bruikbare bandbreedte in de laagste drie banden. Een lichte voorkeur kan wellicht worden uitgesproken voor de laatste drie modellen omdat hier het grootste deel van de 80 m. band wordt afgedekt. Wellicht had e.e.a. nog gunstiger kunnen uitvallen als we in ons uitgangspunt gekozen hadden om ook voor deze laagste band het band-midden te nemen. 

Voor de 15 m. band voldoen vrijwel alle modellen, behalve wellicht model 4 en in mindere mate model 5. Willen we een antenne met een zo groot mogelijke dekking van de HF banden, dan komt eigenlijk alleen model 9 in aanmerking, maar ook dit model bestrijkt nog niet het meest interessante deel van de tien meter band.

 

Zoals we eigenlijk al verwachtten, is het niet mogelijk om met vier variabelen, vijf frequenties goed te kunnen vast leggen. Het blijkt dus dat het (binnen onze restricties!) niet mogelijk is om een volledige vijf-band antenne te maken.

 

 

De invloed van de grondsoort

 

De antenne met de grootste dekking voor alle vijf HF-banden is model negen, en deze zullen we eens nader gaan bekijken. Bij onze modellering zijn we uitgegaan van een antenne boven ‘gemiddelde’ aarde met een grond geleiding van 5 mS/m en een ε van 13. Om het model te testen voor verschillende terrein omstandigheden zullen we de antenne modelleren boven ‘goede’ aarde, met G = 20 mS/m en ε  = 20 (vlakke grond, vette klei) en ‘slechte’ aarde, met G = 1 mS/m en ε  = 5 (in stedelijke, dicht bebouwde gebieden) . We vinden dan de volgende tabel.

 

 

frequentie                               goede              gemiddelde     slechte

band                                       grond              grond              grond

 

80:       fr (MHz)                      3.731               3.738               3.752

            Zo (Ώ)                           39.0                 49.6                 61.6

            gain (dBi)                        7.3                   5.9                   4.4

            opst. (grad.)                   40.5*                  38*               33.5*

 

40:       fr (MHz)                      7.063               7.069               7.076

            Zo (Ώ)                           59.6                 59.9                 59.3

            gain (dBi)                        6.2                   5.4                   4.3

            opst. (grad.)                   29.0*               26.5*               23.0*

 

20:       fr (MHz)                      14.180             14.173             14.165

            Zo (Ώ)                           184.7               179.7               173.8

            gain (dBi)                          7.7                   7.1                   6.4

            opst. (grad.)                     30.0                 29.5                 28.5

 

15:       fr (MHz)                      21.335             21.334             21.335

            Zo (Ώ)                           184.7               183.5               183.7

            gain (dBi)                          8.9                   8.4                   7.8

            opst. (grad.)                     19.5                 19.5                 19.0

 

10:       fr (MHz)                      29.190             29.186             29.180

            Zo (Ώ)                           126.8               127.2               126.8

            gain (dBi)                        10.8                 10.5                 10.0

            opst. (grad.)                     14.5                 14.5                 14.0

 

Tabel 7. De invloed van grondeigenschappen op model 9.

 

 

Voor de verschuivingen van de resonantie frequenties vinden we geen dramatische waarden en ook de aansluit-impedantie varieert niet bovenmatig. De 80 m. band blijkt bij betere grond eigenschappen minder goed aan te passen (op 112.5 Ώ) waardoor de bruikbare bandbreedte wat zal afnemen.

 

We zien verder de versterking voor alle banden wat afnemen naarmate de grond slechter wordt. Dit lijkt te verklaren uit het gegeven dat de versterking bij deze antenne wordt verkregen door ‘optelling’ van de direct uitgestraalde golf met die welke gereflecteerd wordt aan aarde; als hier een deel van de energie wordt geabsorbeerd door de slechte aarde, houden we dus minder over om uit te stralen. We zien daarom ook de opstraalhoek kleiner worden bij afnemende ‘kwaliteit’ van de aarde, hetgeen juist weer gunstig is voor DX verkeer. Het lijkt alsof  voor DX verkeer de afnemende versterking wordt gecompenseerd door de afnemende opstraalhoek, waardoor we per saldo weinig zullen merken van de invloed van de aarde op de stralings-eigenschappen.  

 

 

De invloed van de antenne hoogte

 

Er is al eens op gewezen dat hogere antennes betere eigenschappen zouden hebben.  Het heeft dus zin om dit ook daadwerkelijk eens uit te rekenen en tevens te zien hoe deze eigenschappen worden beïnvloed in relatie tot de hoogte. Ik heb daarom antenne model nummer 9 gemodelleerd op verschillende hoogtes boven ‘gemiddelde grond’ en verkreeg de volgende tabel:

 

hoogte (meters)            10             12.5             15          17.5              20

 

frequentie                              

band                                      

80:  fr (MHz)              3.738         3.736         3.734        3.740          3.748

       Zo (Ώ)                   49.6            57.1           64.1          72.4            79.1

       gain (dBi)                5.9             6.4              6.6            6.2              6.2

       opst. (grad.)             38*          35.5*          32.5*        29.0*          25.5*

                       

40:  fr (MHz)              7.069         7.078         7.087        7.094          7.096

       Zo (Ώ)                    59.3           66.1           67.4          63.3            56.7

       gain (dBi)                 5.4             5.3             5.5            6.0              6.7

       opst. (grad.)            26.5*         21.5*         40.0          34.0            29.5

 

20:  fr (MHz)           14.173        14.164       14.127      14.123       14.133

       Zo (Ώ)                 179.7          155.8         153.4        163.3         166.8

       gain (dBi)                7.1              8.1             8.3            8.2             8.3

       opst. (grad.)          29.5             23.5           19.5          17.5          15.0

 

15:  fr (MHz)         21.334         21.342       21.345       21.322       21.341

       Zo (Ώ)                183.5           191.2         182.8        185.4         191.9

       gain (dBi)               8.4               8.6             9.2            9.2             9.1

       opst. (grad.)          19.5             15.5           13.0          11.5          10.0

 

10:  fr (MHz)          29.186         29.169       29.176       29.173       29.162

       Zo (Ώ)               127.2            125.2         128.4         127.7         127.1

       gain (dBi)             10.5             11.0           11.0           11.2           11.3

       opst. (grad.)         14.5              11.5             9.5             8.5             7.5

 

Tabel 8: Invloed van de antennehoogte op de eigenschappen van model 9

 

 

Bij het beoordelen van deze tabel moeten we in het achterhoofd houden, dat de antenne eigenschappen worden beïnvloed door de wisselwerking tussen de direct uitgestraalde energie en de aan het aardoppervlak gereflecteerde deel van de energie die we ook weer terug zien op de antenne. We kunnen dus verwachten dat wanneer de energie ‘in fase’  terug komt, we een ander gevolg zullen zien voor b.v. de aansluit-impedantie dan bij een tegenfase situatie.  Deze faserelatie hangt niet alleen van de hoogte boven de grond af, maar ook van de fase draaiing na reflectie, die weer wordt beïnvloed door de combinatie van de grond geleiding en dielectrische constante.  Verder is deze faserelatie bij dezelfde antenne hoogte weer verschillend voor ieder van de frequentie-banden, zodat wat voor de ene band gunstig is, voor de andere ongunstig kan uitpakken en vice versa.       

 

Kijken we na deze sombere woorden eens naar tabel 8 dan valt op dat voor geen van de hoogtes de resonantiefrequenties per band veel worden beïnvloedt. De aansluit-impedanties variëren ook niet dramatisch behalve wellicht in de gunstige richting voor de laagste band vanwege onze keuze voor aanpassing aan 112.5 Ώ; de SWR (en dus de bruikbare bandbreedte) worden beter. 

 

De antenne versterking varieert ook enigszins, maar van verschillen tot ca één dB liggen we niet echt wakker.

 

De belangrijkste verschillen vinden we echter bij de opstraalhoeken. De asterix geeft weer het – 3 dB punt aan bij een recht omhoog stalende antenne. We zien dat bij oplopende hoogte de 40 m. band eerst recht omhoog straalde, maar daarna in (twee) lobben wordt opgesplitst. Voor alle banden zien we verder de opstraal hoek afnemen tot vrijwel de helft bij een antenne hoogte van 20 meter. Hiermee gaat een goede middel-afstand straler over in een echte DX antenne (minder ‘hops’) die qua versterking en opstraalhoek kan wedijveren met een drie element Yagi.

 

De omlaag draaiende opstraalhoek bij toenemende hoogte is de belangrijkste reden om onze antenne hoog op te hangen en dit effect geldt voor de meeste typen van (HF) radio-antennes.

 

 

Een vijf band antenne

 

We weten nu dat we met vier variabelen een (trap) antenne kunnen ontwerpen die vrijwel perfect de amateur-banden voor de 80, 40 20 en 15 meter afdekt (model 7). Ook weten we dat we met wat water in de wijn een trap antenne kunnen maken die vijf  banden bestrijkt (model 9). Het heeft daarom zin om eens te onderzoeken of we door het aanbrengen van een extra  variabele nog iets meer kunnen bereiken.

 

Die extra variabele kan b.v. bestaan uit de toevoeging van een top capaciteit. Ook een extra (kleine) zelfinductie kan dit doel vervullen, maar een top-capaciteit is eenvoudiger toe te voegen omdat deze meestal bestaat meestal uit wat extra draden aan het uiteinde van de antenne.

 

Als voorbeeld hangen we aan elk uiteinde van model  9 een draad  van 40 cm lang, die in het midden verbonden is met het einde van de antenne. Deze draden zijn gemodelleerd met dezelfde diameter als L1 en L2. 

Het antennemodel met topcapaciteit noemen we model 10.

 

 

 

                                Figuur 2: Antennemodel 9 met top-capaciteit: model 10.

 

 

                      

De topcapaciteit heeft natuurlijk de grootste invloed op de hoogste banden en de minste op de laagste. We berekenen voor deze trap-antenne met topcapaciteit de volgende tabel:

 

 

                           80                    40                     20                    15                    10

 

fres.(MHz)      3.616               7.002               14.066             20.824             28.648

Zo (Ώ)               48.0                 59.9                 193.2               181.0               120.6

gain (dBi)           5.8                   5.3                     7.1                   8.4                 10.6

opstr. (grad.)    38.5*               26.5*                 29.5                 20                    14.5

SWR < 4         3.520               6.918               13.586             20.377             28.176

tussen:            3.801               7.208               14.587             21.305             29.196

 

Tabel 9: Trap-antenne met top-capaciteit. (model 10)

 

 

Zoals we dat ook gezien hebben bij veranderingen in de andere parameters, heeft bij resonantie ook de topcapaciteit nauwelijks invloed op de aansluit impedantie (Zo), versterking (gain) en de opstraal hoek (opstr.). We zien vrijwel uitsluitend de resonantie frequentie verschuiven en daarmee samenhangend de ‘bruikbare’ bandbreedte tussen de SWR < 4 punten.

 

Hoewel we wat hebben moeten inleveren op de 15 meter band komen vooral de 80 en 10 meter banden nu gunstiger te liggen. Met de toevoeging van de topcapaciteit hebben we tot nu toe de meest gunstige vijf-band antenne gekregen uit de reeks.

 

 

Practische uitvoeringen

 

Ons onderzoekje levert een aantal bruikbare oplossingen voor de vraagstelling uit het begin, t.w. een eenvoudig na te bouwen antenne, die binnen een beperkte ruimte een maximum aan HF-banden bestrijkt binnen de beperkingen van de ingebouwde antennetuner van een moderne HF-transceiver.

 

De vierband trap antenne

Het model dat volledig voldoet aan de opgave om met vier variabelen een vierband antenne te ontwerpen is model 7. Dit model kan als volgt worden samengevat:

 

 

 

 

                                 Figuur 3: De trap antenne voor vier HF-banden.

 

 

 

Dit model levert een antenne op die vrijwel de gehele band bestrijkt binnen een SWR < 1 : 4 voor elk van de 80, 40, 20 en 15 meter amateur banden.  De tien meter band valt nog met een klein deel binnen het bereik van de tuner, maar meer dan het FM-deel van deze band kunnen we er niet mee bestrijken.

De antennedraad is volgens het model 1.8 mm. en daarvoor kan het beste antenne litze worden toegepast. Ook standaard installatiedraad voldoet prima, maar je zou na enkele winderige dagen verrast kunnen worden door antenne breuk, zie mijn ervaringen met de ‘spinnenweb’. Elektrisch maakt het echter geen enkel verschil. 

 

 

De eenvoudige vijf-band uitvoering

 

De eenvoudigste vijf-band antenne uit dit onderzoekje is model  9. Deze kan als volgt worden samengevat:

 

 

 

                         Figuur 4: De eenvoudigste trap antenne voor vijf HF-banden.

 

 

 

Dit model levert een antenne die op elk van de HF amateurbanden 80, 40, 20, 15 en 10 meter een gebied heeft waar de SWR beneden de 1 : 4 blijft en is te beschouwen als een goede compromis antenne voor deze vijf banden. Bij gebruik van een externe tuner, waarbij de SWR tot boven de genoemde waarde mag oplopen is dit model te beschouwen als een volwaardige 5-band antenne, maar deze toepassing valt buiten de grenzen van dit onderzoekje.

De antennedraad is weer 1.8 mm.

 

 

De uitgebreidere vijf-band trap antenne

 

De tweede vijfbanden-oplossing is het model 10, die aan de antenne als boven nog een tweetal top-capaciteiten toe voegt, elk bestaande uit een stukje draad van 40 cm., met dezelfde diameter als de antennedraad of  installatiedraad. In het midden zijn deze bevestigd is aan de uiteinden van de antenne; we kunnen de stukjes draad b.v. langs een stukje PVC pijp of rondhout spannen.

 

 

 

 

Deze oplossing levert een antenne die de SWR vrijwel over de gehele band beneden de 1 : 4 houdt voor elk van de HF amateurbanden 80, 40, 20, 15 en 10 meter. De traps zijn gelijk aan de eerdere vijf-banden-oplossing en zo kunnen we dus gemakkelijk beide modellen uitproberen zonder dat we daarvoor veel behoeven te wijzigen in de opstelling. De antenne draad is ook hier weer gemodelleerd als 1.8 mm.

 

 

De traps

 

De spoel van de trap kunnen we maken door deze te wikkelen rond een stukje grijs PVC-pijp, met een (buiten) diameter van b.v. 40mm. Dit pijp materiaal wordt geleverd met bijpassende eind kappen, zodat we hiermee een keurig doosje krijgen waar we bovendien de condensator in kunnen opbergen.

Maken we de spoel van b.v. 2 mm (blauw) installatie-draad, dan hebben we voor de zelf-inductie van 5.4 μH bij de PVC pijp als boven zo’n 13.5 windingen nodig. De beste Q-factor wordt doorgaans verkregen indien wordt gewikkeld met telkens een draad-diameter tussen ruimte; laten we de (installatie-)draad isolatie in takt dan is aan deze voorwaarde automaties vrijwel voldaan indien we de spoel direct aansluitend wikkelen.

We kunnen de waarde van de spoel nog even nameten door de spoel  met een serie-weerstandje (aan de aard-zijde) aan te sluiten op een signaal generator.

Bij een frequentie van 648 kHz. (ijken tegen BBC-middengolf) is de spanning over een weerstand van 22 Ώ gelijk aan die over de spoel, of ook is de spanning over de weerstand gelijk aan 0.7 maal die over de generator.

Nemen we een frequentie van 1.386 kHz (ijken tegen Voice of Russia) dan hoort daar een weerstand van 47 Ώ  bij.

Bij deze lage impedanties en frequenties spelen eventuele parasitaire effecten nog geen rol en kunnen we dus met veel typen meetinstument deze spanningen meten.

 

De condensator bepalen we uit de resonantie met de verkregen spoel op 8.00 MHz, b.v. met een dip-meter (ijken tegen de transceiver); met deze methode houden we automatisch rekening met de eigencapaciteit van de spoel.

De condensator kan gemaakt worden uit een op lengte geknipt stukje coax; dit heeft bovendien een uitstekende doorslagspanning. Bij gebruik van RG85U zal de coax condensator ongeveer 65 cm. lang worden (rekening houdend met de spoelcapaciteit). Nadat we de kring in resonantie hebben gebracht schuiven we de mantel van de afgeknipte coax aan het uiteinde nog ongeveer een centimeter terug ter voorkoming van overslag tussen binnen-ader en buiten-mantel. Tenslotte rollen we de coax-condensator op in het spoel-’doosje’. 

 

Het blijkt overigens verschil te maken hoe deze condensator in de pijp wordt opgerold; als spoel opgerold binnen de uitwendige zelf-inductie blijkt de kwaliteits-factor (Q) van de kring ca 40 % lager te worden dan wanneer de coax in de lengte-richting wordt opgeborgen, dus als spoel loodrecht op de zelf-inductie. Mijn verklaring hiervoor is dat een kring kennelijk een betere Q heeft als de kring- capaciteit meer op een punt is geconcentreerd i.p.v. gedistribueerd over de hele lengte van de spoel. Deze gedachte wordt nog onderstreept doordat de coax-condensator verschillend van lengte wordt bij de verschillende methoden van opbergen (steeds bij een kring-resonantie van 8 MHz.).

Deze ervaring leert verder ook dat bij het afregelen van de resonantie kring de coax- condensator al zoveel mogelijk op zijn plaatst moet liggen; als de kring wordt afgeregeld met de coax  buiten de ‘doos’ zal de kring beslist in afstemming verschoven blijken te zijn indien het geheel na montage wordt nagemeten.

 

Bij de einduitvoering heb ik door de eindkappen van de ‘trap’-doosjes een gaatje geboord waardoor een nylon koordje wordt gestoken. Meteen achter de kap wordt een knoop in het koord gelegd zodat de eindkappen worden opgesloten op de pijp. In de uiteinden van het koord worden lussen geknoopt, die dienen als trek-ontlasting voor de antennedraad. De elektrische aansluiting aan de ‘trap’ kan nu gemaakt worden zonder dat hier trek- krachten op uitgeoefend worden. Foto 1 brengt deze constructie in beeld waarbij tevens de beperkte afmetingen van de ‘trap’ duidelijk worden door vergelijking met een standaard lucifer doosje! De ty-wraps dienen verder om het wikkelen en vervolgens aansluiten van de spoel te vergemakkelijken.

 

 

 

 

Foto 1: De ‘trap’ op 8 MHz met zelfinductie van 5.4 μH

 

 

 

De impedantie transformator

De impedantie transformator met een transformatie verhouding van 1 : 2.25 is niet zo gebruikelijk, maar in de oplossing van Jerry Sevick, W2FMI vinden we een uitstekend na te bouwen voorbeeld. De trafo ziet er (schematisch) als volgt uit:

 

 

 

 

           Figuur 6. De 1 : 2.25 transmissie-lijn transformator.

 

 

 

                                                                                                                        

De beide coaxen worden gewikkeld op een ringkern, MH&W Inti (TDK) type K5 (NiZn) met een permeabiliteit van 290. Deze kern heeft een buiten diameter van 66.5 mm en Jerry legt daar vijf windingen op met goede kwaliteit RG58 coax , welke van zijn buiten isolatie mantel is ontdaan om het wikkelen te vergemakkelijken. Het kern materiaal, NiZn, heeft een hoge electrische weerstand (> 1 MOhm-cm) en dus is geleiding via de kern te verwaarlozen. De beide coaxen mogen elkaar over de gehele lengte raken (omdat ze dezelfde potentiaal dragen, zie tekening) maar de windingen mogen elkaar onderling niet raken omdat hierover een spanning wordt ontwikkeld welke tussen begin en einde van de coax gelijk is aan de spanning tussen binnenader en mantel. Op de foto bijkt deze bewikkeling zonder veel moeite te passen op de grote ringkern.

 

 

 

 

Figuur 7: De 1 : 2.25 impedantie transformator

 

 

 

 

De details van de doorverbindingen blijken verder uit figuur 6.  Met de voedingslijn aangesloten tussen ‘aarde’ en punt B, vinden we tussen ‘aarde’ en punt A, 1.5 maal de voedingsspanning terug en dus 2.25 maal de impedantie.

 

De ringkern van Jerry Sevick blijkt niet overal gemakkelijk te verkrijgen te zijn. Ik vond een goede vervanger in 4B1 type materiaal van Philips dat ook een trafo oplevert met uitstekende eigenschappen. Helaas, ook dit materiaal blijkt achteraf moeilijk te vinden.

 

Nadere beschouwing van de transformator leert echter dat de beide coaxen helemaal niet op de zelfde kern hoeven te liggen omdat ze niet magnetisch gekoppeld zijn. Er wordt uitsluitend gevraagd om een (relatief) hoge impedantie over de lengte van de buitenkant van elke coax (afzonderlijk) omdat deze impedantie parallel komt te staan aan de trafo-delen. We vragen dus eigenlijk om de functie van een mantelstroom smoorspoel.

 

Die functie kan ook worden geleverd door elke coax afzonderlijk vijf maal door de bekende paarse ringkern (type 4C65, buiten diameter 37 mm., dikte 16 mm.) van Philips te halen. Doorverbinding van de coax trafo verloopt weer als eerder werd beschreven. Ik gebruikte voor deze doorverbindingen een stripje kroonsteentjes (5 delen) waardoor meteen het probleem werd omzeild van gesmolten (en dus kortgesloten) binnenaders.

 

De trafo blijkt zich precies zo te gedragen als de uitvoering met een enkele ring-kern, zij het dat de 4C65 uitvoering pas bij 3.5 MHz goed begint te werken en dat de trafo met 4B1 ferriet nog steeds werkte bij 100 kHz. Beide zijn bruikbaar tot boven 30 MHz.

 

Foto 2 geeft een indruk van deze constructie en toont ook de mantelstroom-smoor-spoel (zie verderop) tegen de binnenzijde van de doos.

 

 

 

 

 

 

Foto 2: De 1 : 2.25 impedantie transformator

             met twee ringkernen 4C65.

 

 

 

Voor een waterdichte uitvoering van de trafo vond ik wederom een uitstekende ‘doos’ in de afdeling ‘hemelwater’ van de lokale Doe-het-Zelf. Grijze PVC pijp, ditmaal met een buitendiameter van 100 mm. blijkt een zeer handzame verpakking op te leveren indien zoveel (zo weinig) buislengte wordt afgezaagd, dat de eindkappen juist tegen elkaar vallen. De doos wordt hiermee tevens van binnen ruim genoeg om ook de mantelstroom smoorspoel (zie verderop) van zes windingen in onder te brengen.

 

Onder het bevestigingsoog aan de bovenzijde vinden we weer een trek-ontlasting, ditmaal gemaakt van een stukje trespa. Door deze constructie wordt de trafodoos tevens verstevigd op de plaats waar de antenne plus aansluitkabel aan het ‘hijsoog’ hangt. Foto 3 geeft een indruk van de hele constructie.

 

 

 

Foto 3: De trafo / smoorspoel doos, rustend op

              afgenomen deksel (achterzijde).

 

 

 

 

De mantelstroom smoorspoel

 

Onze impedantie-transformator is niet symmetrisch. Dit is geen probleem voor de voedingscoax maar wel voor de symmetrische antenne. Willen we het antenne-stralingspatroon niet beïnvloeden en geen (terugwerking veroorzakende) HF-spanning in de shack, dan moeten we de antenne ‘los’ koppelen van de voedingskabel; we schreven hier al over bij de Windom-antenne. Dit ontkoppelen gaat het gemakkelijkst met een ‘mantelstroom’ smoorspoel.

 

Volgens het (alweer) ARRL Antenne Handbook kunnen we zo’n smoorspoel maken door de voedingskabel ca zes windingen op te rollen, met een diameter van ca 10 cm. Deze smoorspoel passen we toe aan de trafo-kant van de voedingslijn, zodat alles wat daarna komt geen invloed meer heeft op de antenne. In de doos van de trafo vindt de spoel een uitstekend plaatsje zoals te zien is op foto 2.

 

 

De (veiligheids-) aarde

 

We hebben nu een relatief hoge impedantie aangebracht tussen de antenne en de rest van de voedingskabel. Als de set verderop echter zelf ook goed geïsoleerd van aarde staat opgesteld, kunnen we toch nog wat last krijgen van terugwerking. Een mantelstroom smoorspoel (hoog Ohmig) is dan ook pas effectief wanneer deze gevolgd wordt door een laag-Ohmige verbinding van de set naar aarde. De spanningsdeling die aldus ontstaat (hoge impedantie aan de antenne, lage impedantie naar aarde) laat weinig HF op de set achter en is dus verder onschadelijk. Verbindt de transceiver daarom met alles wat in de buurt is: verwarming, andere sets etc. Dit laatste is trouwens toch aan te bevelen als veiligheidsmaatregel; sommige (vooral Amerikaanse) sets laten hoge lekstromen lopen door hun netfilters waardoor ‘pijnlijke’ spanningsverschillen kunnen ontstaan met de omgeving.

 

 

Ervaring met de antenne

 

Ik heb mijn antenne geconstrueerd als het model 9 uit de eerdere beschrijving en opgehangen in mijn omgeving. Als voorspeld (en tot mijn genoegen) kon mijn transceiver (TS440S) de antenne afstemmen op elk van de banden 80, 40, 20, 15 en 10 m. van begin tot einde van de band. Zelf de 18 m. band bleek afstembaar en alleen de 24 m. band viel ‘uit de boot’.

 

Natuurlijk heb ik de zaak ook nagemeten en toen bleken de resonantiepunten (hier en daar stevig) af te wijken van de berekeningen. Nu verwacht ik voor dergelijke antenne berekeningen geen uiterste precisie omdat ik de eigenschappen van mijn grond niet ken en de antenne gemodelleerd is voor ‘gemiddelde grond’. Afwijkingen van meer dan honderd kHz bij sommige banden vond ik echter wel wat veel hoewel de ingebouwde antenne tuner daar kennelijk geen moeite mee had.

 

Nadere beschouwing leerde dat mijn situatie nogal afwijkt van het rekenmodel:

de trafo hangt bij mij op 8.5 m. hoogte, de uiteinden hellen naar een laagste punt van 6 m. en één uiteinde moet over een lengte van enkele meters onder een hoek met de antenne worden weggeleid omdat de beschikbare ruimte dit nu eenmaal dicteert.

 

Voor mijn technische bevrediging heb ik de werkelijke situatie ook eens in het rekenmodel ingepast en dan blijken de resultaten goed overeen te komen met de gemeten waarden. Hiermee werd het vertrouwen in het rekenprogramma weer eens bevestigd.

 

Met deze werkelijke situatie ben ik aan de ‘traps’ gaan rekenen ook al omdat de antennedraad reeds op lengte was geknipt. Het lukte mij door wijziging van de L / C verhouding bij constante resonantiefrequentie (8 MHz),  de antenne op mijn locatie te laten resoneren op alle frequenties van het ‘ideale’ model.

Deze nieuwe ‘traps’ heb ik intussen ook gemaakt en gemonteerd waarna de antenne zich ook voor mijn specifieke, niet-ideale locatie blijkt te kunnen gedragen als het ideale vijf-banden model. Hoe de aanpassing van de ‘traps’ op andere locaties zal uitpakken moet ter plekke worden bepaald. Bedenk echter dat ook vóór de aanpassing alle vijf banden (en meer) binnen het bereik van de ingebouwde antenne-tuner vielen.

 

Voor de ‘fijnslijpers’ levert wellicht mijn volgende waarneming nog interessante informatie. Bij gelijkblijvende resonantiefrequentie van de trap, gaat voor elke 10 procent omhoog in ‘trap’-zelfinductie, de resonantie frequentie van de antenne in de band van;

80 m. met ca 0.5 % omlaag, in

40 m. met ca 0.5 % omlaag, in

20 m. met ca 0.5 % omhoog en in

15 m. met ca 0.2 % omhoog. In de

10 m. band blijft de resonantie frequentie steeds onveranderd.

Deze verhoudingen blijven over een groot veranderingsgebied gehandhaafd.      

 

Deze verschuivingen bleken in mijn geval allemaal tegelijk de goede kant op te werken en dat is misschien wel het meest opmerkelijke uit deze praktijk proef.

 

Als laatste en niet minst onbelangrijke kan ik nog melden de antenne op mijn locatie mij steeds zeer goede rapporten levert en daarmee zijn bruikbaarheid ook in de praktijk blijkt te kunnen bewijzen.

 

 

Conclusies

 

We hebben een drietal trap-antennes beschreven met de bijbehorende aanpassingstransformator. Elke oplossing levert een zeer bruikbare antenne, die via standaard 50 ohm coax kabel direct op een moderne transceiver-met-beperkte-tuner kan worden aangesloten.

 

Alle antennes leveren de ‘standaard’ antennewinst van een monoband dipool (ca 6 dbi) voor de 80 en 40 m. band  en voor de hogere banden een oplopende winst tot ca 11 dBi voor de 10 m. band; dit laatste doet voor dit aspect niet onder voor een drie-elements monoband yagi antenne.

Let er overigens wel op dat deze antennewinst in een per band verschillende richting gaat en dat er per band verschillende aantallen lobben ontstaan.  De antennes vertonen dus ook ‘dode hoeken’ d.w.z. richtingen waarin minder energie wordt uitgestraald of uit wordt ontvangen.

 

De antennes hangen we niet lager dan tien meter boven de grond; elke meter hoger geeft een lagere opstralingshoek en maakt de antennes daarmee beter geschikt voor DX-werk. Tevens zullen bij ophanging op een andere hoogte de resonantie-frequenties en andere antenne grootheden anders uitvallen dan de berekeningen.

 

Verder heeft deze exercitie mij de volgende algemene waarnemingen opgeleverd voor dit soort horizontale draad antennes:

- elk stukje draad werkt als antenne,

- de antennewinst hangt vrijwel uitsluitend af van de relatieve lengte (t.o.v. de golflengte, mits minimaal ca 1/10

   golflengte boven de ‘grond’),

- de bruikbaarheid als (zend-)antenne hangt vrijwel uitsluitend af van de mogelijkheid om deze aan te kunnen

   passen aan de set (plus voedingskabel); hoe groter de SWR (voor aanpassing), hoe groter de verliezen (in kabel

   plus tuner),

- de bruikbaarheid als DX antenne hangt vrijwel uitsluitend af van de relatieve hoogte boven de grond; hoe hoger

   de antenne, hoe lager de opstraalhoek.

 

 

Bob J. van Donselaar,

mailto:on9cvd@amsat.org