Spoel-antenne en de Inverted L antenne

De SPOEL-ANTENNE

(Wat je altijd al eens wilde weten:..)

Je kunt een GPA 27 Mc antenne ombouwen naar een (zend) spoelantenne voor de middengolf  van 5½ meter lang. Deze spoelantenne is uiteraard ook te maken als (prima) ontvangstantenne voor -een klein deel- van de middengolf.

Hoe je de antenne maakt staat in deze link:  http://www.frieloo.nl/schema/Rondstraler/rondstraler.html

De verkorte verticale (spoel) antenne voor de middengolf is de simpelste vorm van een antenne. Hij bestaat uit een straler met aan het voetpunt een verlengspoel om de korte lengte van de straler te compenseren. De elektrische lengte van de antenne is een kwart golflengte.

Voor de 1620 kHz moet de spoel ca. 36,70 meter worden, als de straler zelf 5½ meter is. De straler moet boven de spoel worden gemonteerd, en mag er dus ‘niet in hangen’.

Hoe goed werkt een spoelantenne voor de middengolf 180 meterband? Naast een goed aardnetwerk is de lengte van de straler erg belangrijk. Hier onder zie je het rendement van een ‘gewone spoelantenne’.

Bij een GOED aardnetwerk:

Golflengte             Impedantie        straler-lengte       Rendement %

¼ = 0,25                    36,6 Ohm             45 meter                 72 %

1/8 = 0,125                     8 Ohm           22½ meter                36 %

1/16 = 0,0625                 2 Ohm           11¼ meter            12,5 %  

1/32 = 0,031                    1 Ohm            5½ meter                   6 %

Je ziet dat een spoelantenne met een straler van 5½ meter maar 6 van de 100 watt effectief uitstraalt! (ERP)  En dan nog met een goed aardnetwerk. (14 ohm)

Het effect van toploading:

Fig 1

Links:    Afstraling met gebruik spoel aan de onderzijde.

Rechts: Afstraling met toevoeging van topload.

Je kunt de afstraling van de antenne verbeteren door extra elementen boven in de antenne toe te voegen. Als topload moet je dan een even aantal elementen 2 , 4, 6 of meer toevoegen in de top van de antenne.

Hier is een goed voorbeeld van toploading bij KBC 1602 kHz.

Onder de antenne zit een tuning systeem om de (te korte) antenne naar 50 ohm te transformeren.

Met toploading krijg je meer afstraling in het bovenste deel van je antenne, hoger dus een verder bereik. De gebruikte toploading bij KBC is eigenlijk aan de wat korte kant.

Radialen voor de middengolf antenne: Elke antenne heeft aarde nodig. Dit realiseren we door middel van radialen op de grond. Dit eventueel aangevuld met extra aardpennen. Bij radialen geldt hoe meer hoe beter. Het aantal radialen is altijd een punt van discussie. Uiteraard zijn er optimale waarden maar die gaan we vast niet redden bij ons in de tuin. Ga uit van minimaal 16 radialen en meer als het kan. Het hebben van een goed radialensysteem is het verschil tussen een goed werkende antenne en een tegenvallende antenne. Het is niet erg dat de ene radiaal langer is dan de andere en ook niet als deze op een gegeven moment een hoek om gaat (omdat je bij de buren bent aangekomen) en verder gaan langs de heg o.i.d. Bij radialen hebben we liever veel kortere dan 1 of 2 lange radialen al dan niet gecombineerd met een aardpen. Aardpennen zijn uitstekend voor een goede aarde bij blikseminslag maar als aardweerstand doen ze niet veel! Tot slot hoelang moeten radialen rond de 180 meter worden? Niet langer dan ongeveer 42 meter. Langer heeft (theoretisch) niet zo veel zin. Mike Radio heeft ook een aantal radialen van ca. 100 meter maar daar is bewust voor gekozen om de afstraling van de antenne mee te veranderen (relatief meer horizontaal signaal). Voor de meeste stations is dit echter ongewenst. (meer fading).

Bij KBC 1602 kHz fungeert het metalen schip en het zoute water als aardnetwerk, het meest ideale aardnetwerk dat er is!

 

De inverted L antenne:

Hier een inverted L ( omgekeerde L ) zoals die in Engeland door een  radiostation op de middengolf gebruikt wordt.

Wat opvalt is dat deze antenne bestaat uit meerdere draden die parallel aan elkaar lopen.

Een eenvoudige weergave van een enkeldraads inverted L:

Afbeeldingsresultaat voor inverted l antenna pictures

De lengte van het antennedraad bereken je door 300 te delen door de frequentie x 1/4:

300:1,620 = 185 meter  x 1/4 = 46,30 meter. In de praktijk zal de antenne vaak wat korter zijn. ca. 44 meter. (Dit heeft verschillende oorzaken).

Aanpassen Inverted L naar 50 ohm (coax). Je kunt de coaxkabel rechtstreeks met de antenne verbinden als hierboven. Vaak is de antenne maximaal afgeregeld (door de juiste lengte te vinden van het draad) nog niet 1 op 1 (staandegolf). Toch hoef je geen dure tuner te kopen om de antenne toch goed 1 op 1 (swr) te krijgen. Zendamateurs passen zo’n antenne eenvoudig aan d.m.v. een ‘hairpin match’. Dit is niet anders dan een koperen spoel te plaatsen aan de onderkant van de antenne. De spoel plaats je over de plus en de min (aarde) van de antenne. Je lijkt dus kortsluiting te maken. Als hier onder:

De spoel maakt echter geen kortsluiting. De spoel gaat anders werken namelijk hij transformeert de antenne van ca. 20 ohm naar 50 ohm. Je krijgt daarmee een perfecte staande golf van 1 op 1 en nee het vermogen loopt dan niet weg!  Het is zelfs een van de minst verliesgevende aanpassingsvormen.

Mike Radio werkt altijd met een inverted L op de middengolf én deze aanpassing. Veel (commerciële)radiostations op de middengolf -tot enkele kilowatts- werken ook met deze spoelaanpassing. Een bijkomend voordeel is dat bij blikseminslag de stroom direct naar de aarde vloeit. Dus veiliger. Op de antenne staat daarmee ook nooit ‘prik’. De spoel kun je maken met vertind koperdraad van de bouwmarkt  6 mm2 dik; genoeg om meer dan een kilowatt aan te kunnen. Zelf heb ik een wijnfles gebruikt om de spoel te wikkelen. Het is wel experimenteren met de lengte en het aantal wikkelingen van de spoel. Het is een eenmalig geduldig werkje. Als lengte van draad heb ik ongeveer 4 meter gevonden. (Dit is 10 -12 wikkelingen). De diameter van de spoel is niet kritisch. Eenmaal gemaakt krijg je de staande golf perfect  1 op 1 bij 50 ohm. Is je zender niet helemaal 50 ohm dan kun je met een ‘antenne analyzer’ toch je antenne maximaal goed krijgen door de antenne-impedantie aan te passen, X=0.  Ook dit doe je door de spoel iets te verbuigen. Maar ook zonder analyzer, door alleen de staande golf goed te krijgen, krijg je al een prima aanpassing.

Door mij is de antenne dubbeldraads uitgevoerd: Twee draden gaan 20 meter omhoog met 12 cm er tussen en horizontaal zijn de draden 24 meter lang met een afstand van 50 cm er tussen. De dubbeldraadse versie is breedbandig en heeft meer toploading. De antenne is afgestemd op ongeveer 1620 khz en hoeft niet tussendoor getuned te worden voor gebruik van 1611 tot 1636 kHz. (SWR kleiner dan 1.5 over 30 kHz)

Meer info over de hairpinmatch:  http://www.dj0ip.de/vertical-antennas/hairpin-match/

Voorbeeld dubbele Inverted L (detail-foto): horizontaal én verticaal deel.

 

Perfect aangepast met de “hairpin match”:

Het waarom van verticale en horizontale uitstraling op de middengolf:

Voor de Middengolf kunnen we onderscheid maken tussen twee hoofdzakelijke doelgebieden, 1: lokale uitzending ( 0 – 100 Km ) 2 : DX 70 – 300 Km en verder. Voor lokale uitzendingen hebben we belang bij een zo goed mogelijke en stabiele ontvangst in het doelgebied.  Hiervoor gebruiken we bij voorkeur een verticale antenne en de beste ontvangst is dan overdag wanneer de demping door de D-laag storing van verre stations tegenhoud. Voor DX uitzendingen op de middengolf zijn we grotendeels afhankelijk van de reflectie door de E-laag. Dit is meestal alleen in de avond en nachtelijke uren mogelijk als de demping door de D-laag is verdwenen en de radiogolven door de E laag kunnen worden gereflecteerd. In zo’n geval is het voordeliger om een horizontale antenne te gebruiken met een hogere opstraalhoek, zodat het grootste deel van de uitgezonden golven via de E-laag terug naar de aarde worden gereflecteerd. Dichterbij zal de ontvangst hierdoor meestal wat minder worden en ook onderhevig zijn aan fading doordat de ontvanger dan ook nog binnen de reikwijdte zit van de grondgolf en er een wisselvallige zweving zal ontstaan tussen de grondgolf en de gereflecteerde skywave.

 

Binnenkort: Hoe voorkom je inslag (storing) op je eigen apparatuur en -zover van toepassing- op die van de buren.