|
Trefwoorden |
Waar blijft de PEP (Eerder gepubliceerd in Electron # 4, 2006) Inleiding Een regelmatig terugkerende discussie op de HF-banden gaat over het verschil
in waargenomen sterkte van de stations. Veel amateurs werken hier met
transceivers die ca 100 Watt (kunnen) leveren
terwijl de rapporten voor deze stations onderling soms meerdere S-punten
kunnen verschillen. Ook luisteramateurs die beide stations kunnen ontvangen
met een beetje centrale ligging constateren deze sterkte verschillen. In de
discussie worden dan al snel 'de condities' verantwoordelijk gehouden, al
blijken deze laatste verwonderlijk vaak alleen voor de zwakkere stations zo
slecht te zijn. Een tweede 'verantwoordelijke' voor de sterkte verschillen is het
gebruikte antennesysteem. Over antennes is veel gepubliceerd en nog steeds
verschijnen er nieuwe verhalen over nog weer meer bijzondere uitvoeringen.
Natuurlijk maakt het veel uit of een antenne straalt in de richting van het
ontvangende station en daar niet toevallig een 'dip' heeft. Ook een laag
afstralende antenne met een 'nul' recht omhoog krijgt doorgaans een minder
rapport bij lokaal verkeer op de lagere HF-banden maar is dan weer beter voor
DX operaties. Ook de beste antenne en de beste transceiver laten het echter afweten
bij een slecht geconstrueerde stationsopbouw en
over de verliezen die hier kunnen optreden wordt maar wonderlijk weinig
geschreven. Het lijkt er op dat veel wordt gedaan aan deel-optimalisatie,
maar dat de samenstelling van het geheel (transceiver, tuner, voedingslijn,
balun, antenne) voor velen nog onbekend terrein is. Het basis station In dit verhaal gaan we de complete keten vanaf de transceiver tot aan
het uitgestraalde vermogen in de antenne modelleren. We zullen voor elk
onderdeel de optimale keuze bepalen en zien hoeveel vermogen er ondanks een
goede keuze toch nog in de diverse componenten achter blijft. Het basis
station is een transceiver die een vermogen kan leveren van 100 Watt in een
weerstand van 50 Ohm. Deze (getransistoriseerde)
transceiver dient beschermd te worden tegen SWR > 2 en moet daarom
voorzien worden van een antennetuner die grotere misaanpassingen kan
wegwerken. We willen verder met deze transceiver graag op alle (HF) banden
kunnen uitkomen. Het is bekend dat een antenne voor de laagste HF band de
'moeilijkste' component zal zijn vanwege zijn afmetingen bij
resonantie-bedrijf. Laten we daarom beginnen met het ontwerp voor een
eenvoudige dipoolantenne op 3.65 MHz. Hiervoor staan ons verschillende
antenne-ontwerp programma's ten dienste, waaronder EZNEC-pro (ca 75,-) en Mmana (gratis).
Met deze programma's is een 'wens-antenne' snel ontworpen. Met de specificaties als hiervoor vinden we dan: antenne afmetingen: 2 x Antenne hoogte: boven gemiddelde aarde ( ε= 5, geleiding = 13 mS). Over de
Tabel 1: Dipool antenne voor We zien dat deze antenne inderdaad aan onze verwachtingen voldoet,
met een lage SWR op de ontwerp frequentie en een bandbreedte van 140 kHz
tussen de 'SWR = 2' punten; tussen deze punten kan de antenne dus bedreven
worden zonder antenne-tuner. Let op: De antenne heeft vrijwel overal een complexe impedantie en
daarom moeten we voor alle verdere berekeningen (waaronder SWR) ook werken
met complexe grootheden. De ontworpen dipool antenne is symmetrisch van opzet en het (symmetrische)
stralingspatroon willen we graag zo houden. We moeten daarom een overgang
maken tussen de symmetrische antenne en de a-symmetrische transceiver; dit
gebeurt met een 'balance naar un-balance' transformator, de balun. In voorgaande artikelen heb ik al verteld
hoe je deze baluns ontwerpt en berekent, en daarom volsta ik nu met wat
uitkomsten. Om 'onzichtbaar' te zijn t.o.v. de samenstelling transceiver /
antenne, dient de reactantie van de balun gelijk te zijn aan tenminste vier
maal de bron impedantie: Xl = 4 x 50 Ohm = 200 Ohm. We rekenen de balun uit op de laagste
toepassingsfrequentie (3,5 MHz), waaruit volgt: L = 200 / ω = 9,1 μH. Een n = √(9,1 / 0,17) = 7,3 (8). Als we de balun maken als een trifilaire flux-transformator, dan
dienen we dus vier trifilaire windingen op de balun te leggen, omdat de
transceiver en de antenne steeds over twee wikkelingen in serie staan. Je
komt soms de meest vreemde wikkelcombinaties tegen; alle wikkelaantallen
hoger dan het hier berekende (op een De beste 1 : 1 balun is
overigens nog steeds de mantelstroom smoorspoel, waarvoor de berekening
identiek verloopt en we dus acht wikkelingen moeten leggen om een Zelfs een goed ontworpen balun is geen 'ideale' component en daarom
zal hierin een (klein) deel van het toegevoerde vermogen worden opgenomen. Volgens ons ontwerp hangt de antenne met de balun op Aan het begin van de voedingslijn vinden we de tuner. Voor deze serie
berekeningen heb ik steeds een L-type gekozen, met een spoel in de serie tak
(Q = 200) en een condensator in de parallelle tak. Zo'n L-type gedraagt zich
tevens als een laagdoorlaat filter en dat is altijd gunstig als we aan eisen
tegen ongewenste uitstralingen moeten voldoen (onderdrukking van
harmonischen). Afhankelijk van de te transformeren impedantie staat de condensator
aan de kant van de transceiver of aan de kant van de voedingslijn. Hoewel de
tunerspoel een hoge kwaliteitsfactor heeft (is mogelijk mits spoel en draad
van voldoende grote diameter), gaat hierin toch enig vermogen verloren en
nemen we dit mee in het totale budget. Nu we het hele antennesysteem hebben beschreven, gaan we eens zien
hoe dit totaal zich zal gaan gedragen op de frequentieband waarvoor we dit
geheel hebben ontworpen. zie grafiek 1: Het samengestelde antenne systeem.
In grafiek 1 zien we allereerst de rode curve voor het gedrag van de
dipool, zoals deze door een antenne berekeningsprogramma wordt gegeven. Het
is duidelijk dat het ontwerp helemaal aan de eisen voldoet en keurig op de
berekende frequentie van 3.65 kHz resoneert. Als we echter de balun hebben aangebracht (de groene curve) zien we
dat het resonantiepunt iets omlaag is geschoven samen met de 'SWR = 2' punten. Nadat we de
antennevoedingskabel hebben aangesloten krijgen we de blauwe curve en zien we
wederom een kleine verschuiving naar van deze punten naar lagere frequenties.
Als we onze antenne voor een specifieke frequentie willen ontwerpen, zullen
we dus rekening moeten houden met deze verschuivingen. In ons ontwerp hebben we rekening gehouden met een antenne tuner,
zodat we de bovenstaande samenstelling kunnen aanpassen op de hele
Tabel 2: De tuner voor de In tabel 2 zien we dat de tuner met niet al te extreme componenten
kan worden opgebouwd, hoewel de (variabele) condensatorwaarden op 3500 t/m
3560 kHz misschien niet direct voor handen zijn; parallelschakeling van een
aantal vaste condensatoren kan hier natuurlijk altijd uitkomst brengen. Let op: Met de (*) achter de condensator geef ik aan dat deze aan de
transceiver zijde van de spoel geplaatst is; zonder deze aanduiding staat de
condensator parallel aan de antenne voedingslijn. In de berekening zien we dat er ook enig vermogen in de tuner wordt
ontwikkeld, ondanks de goede componenten. Dit vermogen is in eerste
benadering omgekeerd evenredig met de Q van de spoel en daarom dient hieraan
enige aandacht te worden besteed. Nu alle componenten uit onze
antenne-installatie bekend zijn, kunnen we eens gaan zien hoe de
vermogenshuishouding gaat uitvallen in grafiek 2: Vermogensverdeling
in een dipool voor
We constateren met genoegen dat vrijwel al het vermogen van de transceiver inderdaad door de antenne zal worden uitgestraald en dat er in de andere delen van de keten maar weinig energie 'verloren' gaat. Het is opvallend, dat ondanks het gebruik van een antennevoedingskabel met een relatief geringe demping op deze frequenties, hierin toch het grootste deel van de verliezen ontstaat. Verder blijkt ook uit dit
plaatje dat we een goed systeem hebben ontworpen met een hoog antenne
rendement. Als de antenne nu ook nog goed afstraalt, zal er niemand klagen
over onze 'signaalsterkte' en kunnen we goede ontvangstrapporten verwachten
(mits goede condities enz). Nu we tevreden zijn met ons antennesysteem, willen we natuurlijk
graag meer en zouden we deze antenne ook op andere banden willen toepassen.
We zijn nu het punt genaderd dat aanleiding gaf tot dit artikel, vooral omdat
er nogal lichtvaardig over brede-band antennes en
baluns wordt geschreven zonder rekening te houden met de complexe zaken die
zicht rondom de onderdelen van een antenne samenstelling kunnen voordoen. Laten we allereerst eens gaan zien wat er gebeurt als we
bovengenoemde antenne toepassen op de
Tabel 3. De niet-aangepaste antenne In tabel 3 zien we een vergelijking van het gedrag van onze goede
antenne voor de De parallel schakeling van de antenne met de balun brengt het reėle
deel van de antenne impedantie weleenswaar terug
tot een lage waarde, maar het grote imaginaire deel zorgt er toch voor dat de
totale SWR nauwelijks is veranderd. In de balun blijkt nu ca
0,9 Watt verloren te gaan; dit ligt ruim binnen de grens van 4 Watt voor dit
deze ringkern en is dus alleszins aanvaardbaar. De niet-afgesloten voedingslijn transformeert de impedanties van het
ene uiteinde naar het andere waardoor de SWR binnen aanvaardbare proporties
lijkt te komen (SWR gaat van 108 naar 15). Hierdoor moeten we ons echter geen
zand in de ogen laten strooien omdat deze lagere SWR samenhangt met grote
verliezen in de voedingskabel; ca 84 Watt van het
totaal beschikbare vermogen van 100 Watt gaat hierin verloren. We zijn ons
hier overigens nauwelijks van bewust, want de tuner vraagt geen abnormale
instelling (L = 2,08 μH, C = 898 pF). Ook de
verliezen in de tuner zijn met 1,8 Watt goed aanvaardbaar. Na aftrek van de verliezen in de balun, de kabel en de tuner blijft
er voor de antenne nu nog maar 13,3 Watt over aan uit te stralen vermogen;
het niet voor deze band ontworpen antenne systeem laat dus 86,7 % van de
beschikbare energie verloren gaan tussen de transceiver en de antenne! Wat merkt ons radiocontact aan de andere zijde van deze verliezen? We
weten dat voor elke factor vier teruggang in vermogen, de waargenomen sterkte
van het station met een S punt zal dalen; in formule: S-punt = 10/6 log(Pmax/Pactueel). Nadat we gezien hebben dat er op de De verschillen in gedrag tussen de aangepaste en niet-aangepaste
antenne krijgen reliėf als we de getallen voor de Kijken we naar het gedrag van dit antennesysteem voor de andere
amateur banden, dan vinden we soortgelijke verliezen. Ik heb e.e.a. eens
uitgezet in de vorm van z.g. staafdiagrammen, en dan springen de grote
verliezen t.g.v. de hoge SWR onmiddellijk in het oog (zie grafiek 3).
In grafiek 3 zien we dat onze dipool, die
ontworpen was voor de Verder blijken de verliezen in de antenne voedingskabel veruit dominant zijn t.o.v. van alle andere verliezen in het antennesysteem. Ook zien we dat ons tegenstation van al deze verliezen maar weinig zal merken; t.o.v. het hoogst haalbare blijft ons signaal maar 1 tot 1,5 S-punt achter. Dit verschil kan echter significant worden in ongunstige omstandigheden en is vaak de aanleiding tot de discussies die al in de inleiding werden genoemd.
In een vorig artikel hadden we
al gezien dat het maximale vermogen in de Waarom meer verliezen? Het is wellicht wat moeilijk
voor te stellen waarom een voedingskabel (RG58) die in afgesloten toestand
een verlies vertoont van 2,76 dB per In formule-vorm ziet dat er altijd enigszins onoverzichtelijk uit, maar het wordt wat meer inzichtelijk als we de volgende modellen bekijken, die overigens alleen bedoeld zijn om inzicht te verwerven (figuur 1).
Figuur 1: De transmissielijn wordt meerdere malen doorlopen In figuur 1a zien we een generator met een transmissielijn en een verbruiker. De verbruiker sluit de transmissielijn af met zijn karakteristieke impedantie waardoor alle aangevoerde energie hierin wordt geabsorbeerd. In figuur 1b sluit de verbruiker de transmissielijn niet af met zijn karakteristieke impedantie. Een gedeelte van de aangevoerde energie wordt nu gereflecteerd, en wel des te meer naarmate de afwijking van de juiste afsluiting groter is; in formulevorm: ρ = Er / Ef waarin ρ (rho) = reflectie coėfficiėnt (complex) Ef = voorwaartse spanningsgolf Er = gereflecteerde spanningsgolf Als nu de generator ook een andere impedantie laat zien dan de karakteristieke impedantie van de transmissielijn, vindt hier opnieuw reflectie plaats en wordt wederom een deel van de aangevoerde energie gereflecteerd. *) *) Let op: In ons geval bestaat de 'generator' uit onze zender die een uitgangsimpedantie heeft die niet gelijk is aan 50 Ohm! De fabrikant heeft een afsluitweerstand van 50 Ohm voorgeschreven omdat de eindtrap van de zender werd ontworpen om bij deze 'impedantie' zijn maximale vermogen af te geven. Omdat de eindtrap hierbij doorgaans 'op zijn tenen staat' kan deze zelfs beschadigd worden als de afsluitweerstand afwijkt van deze 50 Ohm. De voorgeschreven afsluitweerstand heeft echter niets te maken met de uitgangsimpedantie van de zender. Ik kom daar in een ander verhaaltje nog op terug. We zijn wat meer vertrouwd met het SWR-begrip en er bestaat natuurlijk ook een verband tussen SWR en ρ, en wel: | ρ| = (SWR - 1) / (SWR + 1) (verticale strepen voor de absolute waarde) Bij een SWR = 10, wordt ρ = 0,82 en dat betekend dat 82 % van de aanvoer wordt gereflecteerd. Hiervoor zagen we al dat in antenne-systemen gemakkelijk nog veel hogere reflectiefactoren (SWR) kunnen optreden. Het is dus duidelijk dat de transmissielijn vele malen 'doorlopen' gaat worden, waarbij we iedere maal geconfronteerd worden met de kabeldemping. Een tweede voorstelling gaat uit van het begrip SWR. Een voorstelling hiervoor vinden we in figuur 2.
Figuur 2: Meer verliezen door grotere stromen en spanningen In figuur 2a zien we opnieuw een generator, een transmissielijn en een verbruiker. Omdat de gebruiker in dit geval de karakteristieke impedantie van de transmissielijn vertoont en er dus op de lijn geen reflectie optreedt, zijn de spanning en stroom op elke plaats van de lijn gelijk en ook gelijk aan de spanning en stroom op en door de verbruiker. In figuur 2b vertoont de verbruiker niet de karakteristieke impedantie van de transmissielijn en wordt een gedeelte van de spanning (en stroom) gereflecteerd, zoals we hierboven ook al zagen. Op de transmissielijn zal nu een staande golf optreden, waarvan de verhouding tussen de maximale en minimale waarde van de spanning (en stroom) direct gegeven wordt door de Standing Wave Ratio (SWR; Staande Golf Verhouding). Dat betekent dat de spanning op de transmissielijn plaatselijk veel hoger kan worden dan in de juist-afgesloten situatie, waardoor de dielectrische verliezen veel groter worden. Voor de stroom door de transmissielijn geldt hetzelfde waardoor ook de (Ohmse) verliezen plaatselijk veel groter worden. Bij grote vermogens kan daarom bij hogere SWR in de kabel overslag optreden of kan deze plaatselijk doorbranden / smelten. Hoewel beide voorgaande voorstellingen alleen modellen zijn, wordt hiermee misschien toch wat meer duidelijk over de toenemende verliezen in een transmissielijn bij toenemende SWR. Welke SWR is nog
toelaatbaar? Om een voorstelling te krijgen van de staande golf verhoudingen die we in een antenne voedingskabel kunnen toestaan, nemen we even aan dat het verlies van 0,5 S-punt aan ontvangen signaal (dus halve vermogen) nog juist toelaatbaar is. Vervolgens berekenen we de
maximaal toelaatbare SWR op elke frequentie bij toepassing van een Van deze grote misaanpassingen vinden we overigens maar een deel terug aan de ingang van de voedingslijn; voor SWR < 50 blijkt de staande golf verhouding aan de ingang van de kabel teruggelopen tot minder dan de helft van de waarde bij de antenne. Als we dus de SWR meten aan de ingang van de antenne voedingslijn krijgen we steeds een te rooskleurig beeld over wat er verderop in de kabel gebeurt.
In grafiek 4 valt op dat we tot ca 3 MHz best hoge misaanpassingen kunnen toestaan (SWR > 50), dat we tussen 3 en 20 MHz liever niet veel meer dan SWR = 10 moeten toepassen en dat we boven de 20 MHz beter zorgvuldig kunnen omgaan met elke vorm van misaanpassing als we dit type kabel gebruiken voor de gegeven lengtes. Zoals we zagen worden de altijd
aanwezige verliezen in de antenne voedingskabel als het ware 'versterkt' door
de hoge SWR die ontstaat bij een niet op de kabelimpedantie aangepaste
antenne. We zouden ons daarom kunnen afvragen of een voedingskabel met lagere
verliezen hier niet zou kunnen helpen. Om dit te testen, heb ik hetzelfde
systeem als hiervoor nu uitgerust met RG213 kabel (Belden 8267) met een
verlies van 1,194 dB /
Tabel 4:
Vermogensverdeling bij gebruik van RG213 coax Als we tabel 4 vergelijken met de 'taartpunten' grafieken, dan zien
we dat de betere kabel inderdaad zijn vruchten afwerpt; we houden gemiddeld
bijna twee maal zoveel vermogen over op de antenne en hebben daarmee ca 0,5 S-punt gewonnen bij ons tegenstation t.o.v. de
vorige situatie met RG58A coax. Desondanks zijn we als gevolg van de niet
veranderde, hoge SWR nog steeds een aanzienlijk deel van het vermogen 'kwijt'
en verliezen we ongeveer 1 S-punt t.o.v. de situatie met een goed aangepaste
antenne. In tabel 4 zien we ook dat we iets moeten doen aan de balun; het
hierin ontwikkelde vermogen is nu vanaf de Uit bovenstaande berekeningen blijkt de hoge SWR steeds de boosdoener
bij het ontstaan van de grote kabelverliezen. Het is daarom aardig om eens te
zien wat er gebeurt bij een antenne die speciaal ontworpen werd om op een
aantal HF banden een lage SWR te vertonen t.o.v. 50 Ohm (antenne in
resonantie). Ik doel hierbij op de ook op deze web-site
beschreven "Multiband trap
antenne". Het hierin beschreven model 9 bestaat uit een dipool van
twee maal Ook de 'traps' nemen vermogen op en in de berekeningen heb ik de Q
van de spoel gesteld op 150 omdat bij buiten gebruik een Q van 200 niet lang
in stand blijft t.g.v. oppervlakte corrosie. In het ontwerp wordt de antenne gevoed met een transmissielijn trafo
met een (impedantie-) transformatie verhouding 1 : 2,25. De antenne werd
ontworpen voor de 80, 40, 20, 15 en Voor deze analyse heb ik de 'multiband antenne' uitgevoerd met
dezelfde 1 : 1 balun als in ons eerste voorbeeld met de dipool antenne voor tabel 5: Vermogensverdeling in de 'multiband trap antenne'.
Tabel 5. Vermogensverdeling in de 'multiband trap antenne'. In tabel 5 zien we dat het ontwerp inderdaad voldoet aan de eis van een
hoog antenne rendement op de banden waarvoor deze is ontworpen; op de 80, 40,
20, 15 en Zoals te verwachten was is het rendement op de andere banden (30, 17
en Let vooral eens op de transformerende eigenschappen van de antenne
voedingskabel; op de SWRin = 8,3 met SWRuit =
48,9. Een relatief gunstige SWR aan de ingang van de antenne voedingskabel is
dus geen enkele garantie voor een geringe kabeldemping! Aan de balun worden geen bijzondere eisen gesteld omdat het hierin
ontwikkelde vermogen steeds beneden de maximale waarde van 4 Watt voor de Een beetje tot mijn verrassing blijkt er op de Vooral vroeger werkten zendamateurs veel met symmetrische
voedingslijnen. Deze helpen niet erg bij het verbeteren van de vaak 'wilde'
antenne impedanties die kunnen optreden bij niet-afgestemde antennes. De
demping van dit type voedingslijn is echter dermate laag (0,104 dB/100m. op
3,5 MHz), dat er ondanks de hoge staande golf verhoudingen toch maar zeer
weinig verliezen zullen optreden. Om e.e.a. na te rekenen heb ik de dipool uit het begin genomen en
deze via
Tabel 6. Vermogensverdeling in dipool voor We zien dat er ondanks de nog steeds hoge staande golf verhouding (de
antenne is niet veranderd en nog steeds het ontwerp van de dipool voor Let op 1. Deze tabel gaat er van uit dat er geen verdere verliezen
optreden dan de hier genoemde. Dat zou in de praktijk toch wel wat kunnen
tegen vallen. Om echt 'verliesvrij' te kunnen zijn moet de open voedingslijn
geheel vrij kunnen hangen tussen het voedingspunt aan de antenne en de
symmetrische tuner. In de praktijk is dit moeilijk te verwezenlijken. Meestal
moet het voedingspunt van de antenne om mechanische redenen ondersteund
worden en wordt de open voedingslijn langs dit steunpunt omlaag geleid. Bij
een open voedingslijn treedt het veld enigszins buiten de directe
verbindingslijn tussen de geleiders en alle 'obstakels' die zich in dit veld
bevinden gaan bijdragen aan de lijnverliezen, zo ook b.v. de muur waarlangs
de open lijn omlaag wordt geleid. Verder bevindt de shack zich op onze
breedtegraad meestal binnenshuis en is ook de doorvoer van de open lijn
meestal niet geheel verliesvrij. Niet onvermeld mag blijven dat ook de natuur zijn gang gaat met een
open lijn waardoor er tussen de geleiders van alles kan gebeuren: tussengewaaid tuinafval, insecten (nesten / webben), mos
en algen (spreiders!), vogelnestjes enz. Ook het
weer kan enige invloed uitoefenen op de eigenschappen van deze
transmissielijn (regen, sneeuw). Veel omhullingen (300 Ohm TV kabel, 450 Ohm
opengewerkte lijn) kunnen verder slecht tegen UV stralen, worden op den duur
minder soepel en gaan barstjes vertonen waar vocht in komt en de demping
drastisch door omhoog loopt. Een open
lijn dient daarom regelmatig te worden onderhouden om zijn goede,
verliesvrije eigenschappen te kunnen behouden. Dit geldt in veel mindere mate voor coaxkabel omdat alle
eigenschappen zich hierbij binnen in de afgesloten/ volgespoten omhulling
bevinden, dat doorgaans goed UV bestendig is. Als ook de aansluitpluggen goed
voorzien zijn van zelfvulkaniserende tape, kan een
goede coaxverbinding vele jaren meegaan zonder noemenswaardig onderhoud. Let op 2. Een goede, symmetrische en 'verliesvrije' antennetuner die
de hoge spanningen kan weerstaan zoals deze optreden in deze soms
hoog-Ohmige, niet aangepaste antenne situatie is geen eenvoudig apparaat.
Niet alleen vraagt de opbouw om speciale maatregelen om nabijheideffecten
(handeffect) te vermijden maar ook is het vanwege de hoge impedanties niet
eenvoudig om de symmetrie te handhaven tot het moment dat de tuner over gaat
in de a-symmetrische transceiver. Verder treden er ook bij een betrekkelijk
laag vermogen van 100 Watt al spanningen op tot meer dan 1 kV., waardoor
speciale aandacht moet worden besteed aan de onderdelen en de mechanische
opstelling daarvan. Als gevolg van deze speciale eisen komt men deze
symmetrische tuners dan ook zelden tegen op radio markten en als ze er zijn,
dan tegen forse prijzen. Als laatste heb ik een antennesysteem gemodelleerd, waarbij onze
Tabel 7. Impedanties en vermogensverdeling van de In tabel 7 zien we de vermogensverdeling voor de dipool uit het
begin, nu gevoed met symmetrische 600 Ohm voedingslijn. Zoals we al eerder
zagen en nu opnieuw uit de tabel kunnen aflezen, kunnen de impedanties aan
het begin van de voedingslijn hoge waarden aannemen. Het is dus zaak daar met de balun tussen de
voedingslijn en de tuner rekening mee te houden. In dit model heb ik daarom
de eerder berekende balun uitgevoerd met twee Nog steeds geldt dat voor een goede balancerende werking, de balun
elektrisch 'onzichtbaar' moet zijn t.o.v. de impedanties waarop deze wordt
aangesloten; als we in tabel 7 de impedanties van de antenne en de balun op
diverse frequenties met elkaar vergelijken, dan zien we dat we hierin vanaf
de ' Uit dit voorbeeld leren we tevens, dat we voorzichtig moeten zijn met
ontwerpen van a-symmetrische antennetuners, met een vrij willekeurige balun
aan de uitgang. Je komt soms ontwerpen tegen met een Omdat het ijzerpoeder materiaal een hoge geleidbaarheid heeft, zal
dit grotere aantal windingen, per winding, ook nog eens een grotere
parasitaire capaciteit vertonen waardoor we deze balun waarschijnlijk niet op
alle HF-banden zullen kunnen toepassen. Ondanks de toepassing van ferriet materiaal zien we dat het
verliesvermogen in de balun op de twee hoogste banden boven de maximum waarde
van (2 x 4 = 8 Watt) ligt, waardoor we voorzichtig moeten zijn bij gebruik
van deze balun in continu bedrijf. Zoals we in eerdere artikelen al aangaven
is het gebruik van de balun geen probleem bij de modes: CW, AM, EZB en wordt
het oppassen bij FM. Let ook eens op de hoge staande golf verhouding die ons nu geen
problemen oplevert dankzij de geringe verliezen in de voedingskabel. Ook het
soms grote verschil in SWR aan het begin en einde van de voedingskabel is
opvallend en daarmee worden we wederom geattendeerd op de transformaties die
optreden bij niet-karakteristiek afgesloten transmissielijnen. Als we bovenstaande beperkingen in acht nemen, dan blijken we nu een
antenne te hebben met een hoog rendement over het gehele HF gebied. De (nu
a-symmetrische L-)tuner waarden liggen gelukkig ook binnen een aanvaardbaar
gebied (18 μH < L < 0,6 μH, 280 pF < C < 15 pF) zodat deze met niet al
te extreme middelen geconstrueerd kan worden. We zullen daarom de constructie van ons antennesysteem-met-open-lijn
( 2 x Uit de voorgaande modellen en berekeningen kunnen we een paar korte
en nuttige conclusies trekken. Coax voeding: gebruiken we alleen bij afgestemde
antennes (geen reactantie); de impedantie van de antenne zal dan minimaal
zijn, wat weer een lage SWR oplevert t.o.v. een coaxiale transmissielijn,
waarbij 50 Ohm geen 'heilige' waarde is. Voorbeelden van een afgestemde
antenne zijn o.a. een monoband dipool, een cluster van afgestemde dipolen per
band (spinnenweb) en een (multiband) trap dipool. Voordelen van coax voeding zijn de gemakkelijke
verwerking / bevestiging / doorvoeren, grote weer en UV bestendigheid,
eenvoudige (a-symmetrische) tuner en laag-ohmige
balun (bij de antenne). Nadelen: zie de voordelen van open lijn voeding. Open lijn voeding:
gebruiken we bij voorkeur bij niet-afgestemde antennes, waarbij de
impedanties 'wild' kunnen variėren. De SWR t.o.v. elke transmissielijn zal
dan hoog zijn, maar door de lage verliezen van de open lijn hebben we daar
geen last van. Voordelen van open lijn voeding zijn de lage
verliezen (ook bij hoge SWR), gemakkelijk zelf te construeren. Nadelen: zie de voordelen van coaxiale voeding,
plus de optredende hoge spanningen op de lijn, in de tuner en eventueel de balun,
ook bij betrekkelijk lage vermogens.
Afwegingen bij multiband
antennes: de complexiteit
van antenne zoals het combineren van meerdere afgestemde antennes en / of het
maken van 'traps' tegen de complexiteit van antennevoeding zoals de kwetsbare
open lijn, de symmetrische tuner en / of de hoog-ohmige
balun. In alle gevallen is het belangrijk om
altijd het hele systeem vanaf de transceiver tot en met de antenne door te
rekenen op elke toepassingsfrequentie om de juiste componenten en verliezen
te kunnen bepalen en daarmee verrassingen met verdwenen vermogen, overslag
(tuner) of overbelasting (balun) te voorkomen. Bob J. van Donselaar, on9cvd@veron.nl |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
