De serie ‘Antennes’ uit de Daily Minutes – deel 5

(zoals de afgelopen weken uitgezonden)

Hele serie lezen: klik hier.

Deel 5 van onze serie over antennes gaat over antennetuners.

Ik stipte dit onderwerp eerder in deze serie ook al aan, maar we gaan er nu nog wat verder op in.

Mensen worstelen wel eens met de gedachte aan zo’n ding. Puristen onder de amateurs, en daar zijn er best een aantal van roepen wel dat je helemaal geen tuner moet gebruiken.

Tsja, sommigen zweren het gebruik van ‘zo’n ding’ helemaal af, terwijl anderen de tuner een tamelijk ideale toepassingen vinden. De waarheid ligt, zoals dat meestal het geval is, ergens in het midden.

Antennetuners zijn er in diverse varianten: volautomatisch, of zelfgemaakt, met een rolspoel en een variabele condensator uit een oude radio, of voor hoog of juist laag vermogen. Bij oudere tuners werd soms wel een gloeilamp gebruikt om op maximale antennestroom af te stemmen, of vroeger bij professionele apparaten een neonlamp of een thermokoppel. Tegenwoordig wordt daarvoor meestal een SWR-meter met richtkoppelement gebruikt.

De automatisch afstemmende exemplaren hebben als voordeel dat ze razendsnel werken, omdat ze eerdere instellingen onthouden, en de keer erop dus niet het wiel opnieuw hoeven uit te vinden. Veel van de automatische tuners hebben echter een beperkter impedantiebereik waarover ze nog werken. Sommige merken, zoals bijvoorbeeld MFJ verkopen range-extenders waarmee je het bereik van een automatische tuner een stukje kunt verschuiven, voor als zo’n tuner er dus niet bij kan.

Met de hand afgestemde tuners zijn overigens niet heel ingewikkeld om zelf te maken, zeker wanneer je al een SWR-meter hebt, en het zijn vaak uiterst dankbare projecten om te doen. Maar goed, terug naar de tuner zelf.

Als je een goed afgestemde antenne op de juiste frequentie gebruikt (dat betekent vaak dus slechts een gedeelte van een band, zeker op 10 meter en op de lagere HF-banden), dan heb je niet per se een antennetuner nodig. Maar het is desondanks wel handig om er eentje te hebben voor het geval in een bepaald deel van de band de SWR dus al te ver zou oplopen.

Voor alle HF-banden kun je door middel van een tuner vrij willekeurige draden als antenne gebruiken, waar je toch nog hele goede en leuke verbindingen mee kunt maken. Leuk voor een tijdelijke opstelling zoals bijvoorbeeld op vakantie.

Overigens is ook zoiets concreets als een draad niet nodig, de auteur van dit artikel heeft al eens een paar verbindingen met laag vermogen op 20 meter gemaakt met zijn beddespiraal als antenne (met het polyester matras er nog op). OK, het rapport was meestal geen S9, maar er waren wel degelijk verbindingen mogelijk.

Laten we nog eens kijken wat een tuner precies doet. Door bij een handmatige tuner net zolang aan de tuner te draaien totdat de staandegolfmeter de minimale uitslag geeft (de best mogelijke SWR) gebeuren er twee dingen.

Een antenne heeft gewoonlijk niet helemaal de goede impedantie. Impedantie is zoals we weten eigenlijk gewoon een weerstand. Die weerstand is voor hoogfrequent echter niet op alle frequenties gelijk. Een antenne die op 7 MHz 700 ohm is, kan op 10 MHz wel 5000 ohm zijn.

Het eerste wat een goed afgestemde tuner doet, is de impedantie van de antenne zodanig veranderen dat de aangesloten zender de juiste impedantie te zien krijgt. Deze zender ‘denkt’ dus dat de antenne 50 ohm is, terwijl dat achter de tuner niet het geval is.

Eigenlijk is dit hetzelfde effect als een transformator in een versterker doet, of een 1:9 balun bij bepaalde antennetypen.

Behalve dat een antenne de verkeerde impedantie heeft, zal hij vaak ook te lang of te kort zijn. Dat is een klein beetje als hij zonder tuner al goed werkt, en is een boel bij antennes die zonder tuner niet gebruikt kunnen worden.

Is een antenne te lang, dan gedraagt hij zich als een spoel, dus is hij inductief. Is een antenne te kort, dan gedraagt deze zich capacitief, dus als een condensator. Deze afwijking wordt reactantie genoemd. De capacitieve of inductieve reactantie dus.

Dat een te korte antenne zich als capaciteit gedraagt kun je bijvoorbeeld aan mobielantennes voor 27 MHz heel goed zien. Zo’n antenne is een stuk korter dan een kwartgolf en er wordt daar dus een spoel gebruikt om het teveel aan capaciteit in zo’n antenne te compenseren.

Het tweede wat een goed afgestemde tuner dus doet is deze reactantie wegstemmen. Wanneer een antenne te kort is, zal een tuner zich net als de verlengspoel uit zo’n 27 MHz-antenne vooral als spoel gaan gedragen: is een antenne te lang dan gedraagt de tuner zich als een condensator.

Beide effecten spelen zich tegelijkertijd af, dus zowel het wegstemmen van een verkeerde reactantie, waardoor de antenne (tezamen met de tuner) in resonantie komt, als het aanpassen naar de juiste impedantie.

De serie ‘Antennes’ uit de Daily Minutes – deel 4

(zoals de afgelopen weken uitgezonden)

Hele serie lezen: klik hier.

Er zijn bij ontvangen eigenlijk maar een paar dingen belangrijk. Of je een signaal hoort, hangt af van of het signaal sterker is dan de aanwezige ruis, dat wil zeggen in een gunstig geval, of sterker is dan de aanwezige achtergrondstoring.

Kun je die dingen beïnvloeden? Ja, en nee.

Allereerst wil ik wijzen op een nogal onzinnige parameter bij aanprijzingen van kortegolfontvangers en zendontvangers.

Op VHF en hoger ligt dat anders, maar een gevoelige ontvanger is iets wat je op de kortegolf nodig hebt bij een slechte antenne. Als je mobiel of draagbaar werkt, dan werk je met een matige antenne meestal, en dan heb je wat aan gevoeligheid. Als de uitstraling van je auto of de omgeving dat daar tenminste niet verpest.

Op de meeste banden heb je meer aan een goed gedrag van je ontvanger bij sterke signalen, maar hoe gevoeliger je ontvanger is, hoe slechter hij tegen sterke signalen kan. Dat geldt voor een slechte ontvanger maar ook voor een heel goede. Zet er voldoende voorversterkers voor, en hij gaat al op tilt van een QRP-signaal.

Toch zie je fabrikanten telkens weer opscheppen over hoe gevoelig hun HF-apparatuur is, ook al is dat een apparaat voor thuis, waar je meestal op zijn minst een heel redelijke antenne hebt. Gelukkig kun je de meeste ontvangers dan ook weer ongevoeliger maken door een verzwakker in te schakelen of door de eerste versterkertrap uit te schakelen.

Niet al teveel op letten bij aankoop dus.

Goed, het gaat er dus om of je kunt beïnvloeden of een signaal al dan niet boven de ruis of achtergrondstoring uit te horen is.

Een eenvoudig te begrijpen manier om het signaal boven de ruis uit te tillen,  is door aan de zendkant het gebruikte vermogen te vergroten. Zit het signaal 5 dB onder de ruis, en vermenigvuldig je het vermogen met 10, d.w.z. er komt 10 dB bij, dan zit het signaal ineens 5 dB boven de ruis.

Je ontvanger gevoeliger maken werkt niet. Als het een goede ontvanger is tenminste. Want als je de ruis die uit de antenne komt hoort, en dat is zoals het moet, dan is je ontvanger al gevoelig genoeg.

Aan de ontvangstkant kun je een betere antenne gebruiken. Eentje dus die door, zoals we de vorige keer behandeld hebben, een betere bundeling van het signaal meer microvolts op de ontvanger geeft. Daardoor wordt het signaal sterker.

Tenzij er natuurlijk sprake is van achtergrondstoring die uit dezelfde richting als het gewenste signaal komt.

[pauze]

Behalve versterking (of beter gezegd antennewinst) kun je je antenne ook hoger plaatsen, of als die er is op een betere plek dan waar hij staat, zodat bijvoorbeeld op 70 cm die betonnen flat dicht in de buurt niet meer in de weg staat.

Voor de zendende kant kun je overigens hetzelfde doen, dus een antenne gebruiken met een beter richteffect, en de antenne op een hogere, betere plaats zetten. Zo’n verandering werkt overigens ook als de zendkant op ontvangst gaat, en dat voordeel heeft een hoger zendvermogen zoals we eerder ook al vaststelden niet.

Behalve dat we iets aan de antenne doen, kunnen we zonder een betere voorversterker te gebruiken ook al iets aan de signaalsterkte doen. Bijvoorbeeld de bandbreedte van de ontvanger verkleinen. Dat moet natuurlijk wel kunnen, want je wilt wel dat het hele ontvangstsignaal in het filter past. Want alles wat er niet in past gaat verloren en daar wordt het signaal zeker niet harder van.

Veel moderne FM-transceivers hebben twee filters. Daarmee kun je goed dit effect uitproberen. Zet je zo’n modern apparaat op ´narrow´, dan gaat hij in veel gevallen aan de zendkant veel te zacht moduleren. Maar als er ook een smaller filter in zit, dan neemt wel de gevoeligheid met bijna een S-punt toe als het apparaat op smal staat. Een repeater als PI2NOS moduleert zodanig dat die meestal nog wel in het smalle filter past ook.

Een mooie instelling zou dan ook zijn dat je de zender op ´wide´ zou kunnen zetten en tegelijkertijd de ontvanger op narrow. Met de meeste apparaten gaat dit niet. Het kan wel als je een zendontvanger hebt met twee ontvangers erin. Dan zet je de ene ontvanger op narrow, en de andere op wide. Het exemplaar op wide daar zet je het volume van dicht, en die gebruik je om te zenden. Let op want vaak heeft bij dit soort apparaten maar één van de twee ontvangers ook een narrow filter. Dat is bijvoorbeeld bij de FT-8800 en FT-8900 van Yaesu het geval.

Terug naar de antennekwestie. Er is namelijk nóg een manier waarop je soms het signaal van een ontvangen station kunt verbeteren. Als de oorzaak van het slechte signaal een stoorbron is, dan kun je je antenne bijvoorbeeld neerzetten op een plek waar je minder storing ontvangt. Ook kun je een afscherming in de richting van de stoorbron neerzetten, of een antennetype gebruiken als een quad-antenne of nog beter een magnetische loop-antenne die veel minder gevoelig zijn voor stoorsignalen.

De serie ‘Antennes’ uit de Daily Minutes – deel 3

(zoals de afgelopen weken uitgezonden)

Hele serie lezen: klik hier.

Toen ik net amateur was geworden, dacht ik dat een antenne met versterking ook echt meer versterking gaf. Dat wil niet zeggen dat ik dacht dat zo’n antenne hetzelfde deed als een lineaire versterker, maar wel dat de ene antenne minder verlies gaf dan de andere.

Die verliezen zijn er soms wel. Met name als je een antenne kleiner maakt en dat met spoelen doet, dan kan er een deel van je zendvermogen in die spoelen gaan zitten.

In de meeste gevallen is dit echter niet zo. Verlies ontstaat er vooral als zendvermogen de verkeerde kant uit gaat. Als het signaal naar boven de ruimte in gaat dan ben je dat natuurlijk kwijt. Tenzij je het ISS of een satelliet wilt bereiken.

Gaat het zendvermogen naar beneden dan is er een kans dat een deel daarvan in de vorm van warmte in de aarde verdwijnt. Vaak zal ook een deel van het signaal dan weer naar boven worden gereflecteerd, maar in een aantal gevallen toch ook op zo’n manier dat je er niets aan hebt.

En dat, terwijl je toch vooral wilt dat zoveel mogelijk van je zendvermogen terechtkomt bij het station waar je tegen praat.

Ik stipte in deel 1 en 2 al even aan dat het nog niet zo eenvoudig is om te bepalen wat een optimale antenne is. En ook de toepassing verschilt. Op de kortegolf kan het zijn dat je in DX geïnteresseerd bent, of juist meer in gesprekken in en net buiten Nederland, en dat je daarom liever een zogenaamde NVIS-antenne gebruikt.

Op VHF en hoger speelt iets vergelijkbaars. Voor een gesprek tussen meerdere mensen of een ronde zul je eerder voor een rondstraler kiezen dan voor een beam. Tenzij je aan de randen van het gebied zit waar zo’n ronde in gehouden wordt.

Versterking van een antenne is niets anders dan bundeling van het signaal. Zoals bijvoorbeeld bij de reflector van een zaklantaarn. Aan signaal dat de verkeerde kant uit gaat heb je nu eenmaal niets. Een richtantenne, zeker de wat grotere doen dit in hoge mate.

Je kunt signaal in verticale zin bundelen. Daarmee zorg je er dus voor dat zo weinig mogelijk signaal naar de grond en de lucht in gaat.

Daarnaast kun je ook, zeg maar in de breedte het signaal beter uitrichten. Dan krijgt niet de amateur voor wie het signaal niet bedoeld is dat vermogen voor zijn kop.

Een rondstraler bundelt niet in horizontale zin. Een rondstraler met enige versterking bundelt het signaal wel in verticale zin. Zo’n antenne straalt in alle windrichtingen, maar veel minder omlaag en omhoog. En door het signaal niet naar boven of naar beneden te sturen, gaat er meer signaal naar het tegenstation, in welke richting zich dat ook bevindt.

Vrijwel alle antennes die voor zenden werken, doen het ook bij ontvangst. Een voordeel dat je dus door de versterking aan de zendkant hebt, dat heb je ook wanneer je op ontvangen staat.

Dat is meteen een groot voordeel van een betere antenne ten opzichte van een groter zendvermogen. Het werkt in beide richtingen.

De serie ‘Antennes’ uit de Daily Minutes – deel 2

(zoals de afgelopen weken uitgezonden)

Hele serie lezen: klik hier.

Deel 2 van onze serie over antennes gaat over de halve golf-antenne of meer specifiek de dipool. Dat is de meest voorkomende antennevorm.

Een halve golf is hoogohmig aan de uiteinden.

In het midden is de impedantie laag, rond 75 ohm.

De stroom is het grootst waar de impedantie het laagst is, dus in het midden en de spanning is het hoogst waar de impedantie het hoogst is, dus op de uiteinden. (Wet van ohm).

Het deel van de antenne waar de stroom het grootst is, is het belangrijkst voor de uistraling. Dat is goed om te bedenken, want dat is bijvoorbeeld ook de reden dat het bij een inverted V niet uitmaakt dat de punten laag staan. Het stuk wat ertoe doet is het midden met de grootste stroom en de laagste impedantie, en dat is bij een inverted-V dus gewoonlijk ook het hoogste punt.

Een halve golf kun je ook op het uiteinde voeden. In dat geval is het volgens de definitie dus geen dipool meer (‘di’ staat voor twee). De high endfed werkt op die manier. Vanwege de hoge impedantie op die uiteinden is er bij een high-endfed een aanpasnetwerk nodig.

Voed je hem in het midden dan komt de impedantie mooi uit voor het gebruik van coaxkabel.

De meest gebruikte coax is tegenwoordig 50 ohm, en dat geeft toch een misaanpassnig van 1 op 1,5 met een dipool. Niet zo’n heel groot bezwaar, maar 1 op 1 is beter.

Als je een dipool voor bijv. 2m verticaal in een mast plaatst dan zitten die coax en eigenlijk ook de mast lelijk in de weg.

Je kunt de onderste helft van de dipool echter ook uitvoeren als een soort opwaaiend rokje. Of zoals het in de praktijk vaak gebeurt een paar radialen die schuin naar beneden staan, in de vorm van zo’n rokje.

Het resultaat hiervan noemen ze dus een GP, een ground plane-antenne.

Je kunt de radialen ook horizontaal plaatsen, dan lijkt de antenne op een kwartgolf op een aardvlak, maar voor de impedantie kunnen ze beter schuin omlaag staan, want dan is de antenne 1 op 1.

Zo’n groudplane lost twee dingen op. Namelijk, de coax (incl. mast) gaat mooi recht naar beneden, en de impedantie is keurig 50 ohm, en die kun je makkelijk varieren door de neergaande hoek van de radialen iets aan te passen.

De twee opgeloste problemen komen wel weer met een nadeel. Waar een verticale dipool met de lobben keurig richting horizon straalt, straalt een GP dus vooral schuin omhoog.

Je kunt trouwens van een GP ook alle radialen op eentje na weglaten.

Voor de impedantie maakt dat dus niet uit. Zo’n antenne heet een inverted V als je hem met het voedingspunt omhoog neerzet.

Zoals je ziet, een dipool kent vele vormen.

Een van die vormen wil ik daarbij niet onbenoemd voorbij laten gaan.

Namelijk als je een straler dikker maakt, dan wordt zo’n straler ook breedbandiger. Wel verandert dan ook de resonantiefrequentie, waardoor hij korter gemaakt moet worden om hem bij een grotere dikte nog in de juiste band te laten werken.

Als je dus begint met een GP, en je maakt de straler telkens dikker, dan kun je daarmee zover doorgaan totdat van de straler alleen nog een schijf over is. Je hebt dan een zeer breedbandige antenne, die ondanks die horizontale schijf als straler dus nog steeds verticaal gepolariseerd uitstraalt.

Zo’n antenne is dus de discone. Alleen bestaat bij de meeste discones de straler niet uit een horizontale schijf, maar uit een aantal horizontale radialen, maar dat is in feite voor de goede werking zo goed als hetzelfde.

 

De serie ‘Antennes’ uit de Daily Minutes – deel 1

(zoals de afgelopen weken uitgezonden, oorspronkelijk gepubliceerd vanaf )

Hele serie lezen: klik hier.

Een nieuwe serie over antennes. Ik heb al eerder zo’n serie gedaan in de lange uitzending, maar ik begin nu met een nieuwe serie. Op een andere manier.

Ik weet niet of dat de hele serie overeind blijft, maar ik wil me vooral blijven richten op twee dingen: het moet niet te abstract worden, en het moet mensen op ideeën brengen om zelf met antennes te gaan knutselen. Verder wil ik het begrip van antennes vergroten. Ik hoop dat dat lukt.

Zoals ik vorige week al zei kun je bij antennes zonder al teveel kennis toch leuke resultaten boeken. Natuurlijk zijn er dingen waar je rekenning mee moet houden en dingen die je absoluut niet moet doen.

Ik zal tijdens deze serie vast wel eens een misser maken met iets. Ik hoop dat me dat dan wordt verteld, want daar wordt iedereen dus beter van.

We beginnen met het doel van een antenne. Dat doel lijkt eenvoudig: hij moet zoveel mogelijk uitstralen en ook zo veel mogelijk signalen ontvangen.

Ik kan heel gemakkelijk uitleggen dat dat niet het hele verhaal is. Van een antenne die bijzonder veel van de toegevoerde energie uitstraalt richting de grond, wordt helemaal niemand blij. En nog erger is een ontvangstantenne die zoveel mogelijk van de signalen van de PLC-spulletjes van de buren opvangt, maar niet van de stations waar je naar wilt luisteren.

Die nuancering gaat nog verder want op VHF heb je in een gesprek met veel deelnemers gewoonlijk niet zoveel aan een richtantenne met heel veel versterking. Om iedereen te horen in zo’n groepsgesprek heb je veel meer aan een rondstraler, ook al zijn de signalen zwakker dan bij een uitgerichte richtantenne.

Ook op de lage kortegolfbanden moet je keuzes maken. Als je in één van de vakantienetten wilt meedoen heb je liever een antenne die goed werkt op de korte en middellange afstand. Wil je DX werken dan ligt dat anders.

Ik moet verder nog vertellen dat ik een paar voorkeuren heb die waarschijnlijk niet door iedereen gedeeld worden. Ik ben vooral voor eenvoudige constructies. Heb een beetje een hekel aan baluns. Ik kan dat ook wel uitleggen. Als je niet over de juiste meetapparatuur of meetopstellingen kunt beschikken moet je niet aan ingewikkelde dingen beginnen. Ik heb vaak aan antennes gemeten, en ik heb daarbij dingen gezien waarbij bijvoorbeeld veel kosten werden gemaakt voor een paar dB extra versterking, maar door een meetfoutje van 1 mm lengte draaide de extra investering uit op verlies. Aan de hand van signalen op de band kun je de werking van een antenne absoluut niet beoordelen, omdat signalen nou eenmaal altijd iets variëren, en die variatie kan ook veel groter zijn dan een paar dB. En dus werk ik zelf het liefst met antennes zonder aanpasnetwerken op de antenne zelf. Ik gebruik vaak mantelstroomfilters, en ik probeer antennes zo te maken dat die vanzelf al een goede aanpassing geeft, zodat een gamma-match of een bazooka dus niet nodig is. Gelukkig mag iedereen zelf weten hoe hij dat doet. Ik wil maar aangeven: de weg die ik soms aangeef is vaak niet de enige weg.

Bij antennes, met name voor HF ligt ook lang niet alles zwart-wit. Je hebt te maken met verschillende omstandigheden die een antenne sterk beïnvloeden. Verder zal een antenne op de ene band beter werken dan op een andere band. En in ons land met weinig ruimte is een antenne ook altijd een compromis, dat niet altijd optimaal is. We moeten roeien met de riemen die er zijn.