Spoel-antenne, Inverted L antenne, Veronica-schip T antenne en Voorkom storing!

 

De Spoel-antenne

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.

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 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. Meer info hier: http://www.LPAM.nl

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. 

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 gaat langs een 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; daardoor relatief meer horizontaal signaal. Voor de meeste stations is dit echter ongewenst omdat overdag het signaal wat minder sterk is. Echter ‘s avonds is het signaal in de randen van Nederland en net daarbuiten weer relatief sterker (op een afstand van 50 tot 250 km). Dit komt door het Skywave- i.c.m. het NVIS effect. Waarover hier onder meer. 

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 in de middengolfband gebruikt wordt.

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

Een eenvoudige weergave van een enkeldraad 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 zoals hierboven. Vaak is de antenne dan 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:

Hierboven: Hairpin-match van flexibele koperbuis.

De spoel maakt geen kortsluiting. De spoel gaat ‘anders werken’ namelijk hij transformeert de antenne van ca. 20 ohm naar de 50 ohm coaxkabel. 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 met een Inverted L op de middengolf én deze aanpassingsvorm. Veel (commerciële)radiostations op de middengolf -tot enkele kilowatts- werken ook met alleen 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 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 voor de 180 meterband 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 de staandegolf zo goed mogelijk 1:1 te krijgen, heb je al een prima aanpassing.

Perfect aangepast met de “hairpin match”:

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

Door mij is de antenne dubbeldraads uitgevoerd: Twee draden gaan ca. 19 meter omhoog met 12 cm tussenruimte en horizontaal zijn de draden ca. 25 meter lang met een afstand van 50 cm tussenruimte. De dubbeldraads versie is breedbandig en heeft ook meer toploading. De antenne is afgestemd op ongeveer 1620 khz en hoeft niet tussendoor getuned te worden voor gebruik van 1611 tot 1640 kHz. (SWR kleiner dan 1.5 over meer dan 40 kHz)

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

 

Wat krijg je als je 2 inverted L antennes aan elkaar koppelt? Een T-antenne:

“De op het Veronica-schip gebruikte antenne met een “Topload” die de grootste lengte bovenin horizontaal had opgevouwen werkte ook aardig,  maar had daardoor wel veel last van fading (skywave) in de avonduren. Ook omdat het verticale gedeelte tot aan de topload maar een meter of 15 was”. Aldus Hans Alards, hij werkte onder de naam van Jaap van Velzen als zendertechnicus aan boord van de MS Magdalena, het zendschip van Radio Mi Amigo 272.

Meer info over de T antenne van radio Veronica 192 mtr.   1562 kHz:

Het bleek uit een studie van Frederic van Duerm, de Belgische adviseur van radio Veronica op het gebied van propagatie (de voortplanting van radiogolven), dat de ontvangst condities van Veronica verbeterd konden worden. Metingen wezen uit dat in de zomer overdag de ontvangst het meest stabiel was. Maar vanaf september tot maart was er al fading vanaf ongeveer 16.30 uur. En ’s morgens was er fading tot ongeveer 09.45 uur. De antenne straalde af in alle richtingen en in de winter kwamen er ontvangstrapporten tot op zo’n 1500 kilometer afstand. Er is in de zomer van 1970 -door Frederic van Duerm- een plan besproken om voor de avonduitzendingen een lage horizontale antenne (“op geringe hoogte”) op te hangen. Dit om de ontvangst binnen Nederland en Vlaanderen ‘s avonds te verbeteren (door het NVIS effect).

Uiteindelijk is hiervan afgezien omdat dit in de praktijk op veel problemen stuitte.

Met de huidige wetenschap zou dit voorstel van Van Duerm niet zo gedaan worden:

Het Agentschap Telecom heeft de Technische Universiteit in Twente in 2014/2015 een studie laten doen naar het NVIS effect. Dit fenomeen kan op de middengolf en kortegolf plaatsvinden. Door een antenne zo te construeren dat deze recht omhoog straalt, kunnen stralen  door de ionosfeer weer vrij recht naar beneden gekaatst worden zodat binnen het gebied van Nederland een verrassend goede ontvangst mogelijk is. Dit (NVIS) effect is met name ‘s avonds en ‘s nachts mogelijk. Conclusie van dit hele rapport laat zich vereenvoudigd weergeven in één enkel grafiekje:

Het onderzoek zegt het volgende: stel je wilt op de 1620 kHz maximaal gebruik  maken van het NVIS-effect. Ten eerste heb je dan een horizontale (dipool)antenne nodig of een antenne met een behoorlijk horizontaal component. (Inverted L of T antenne). De hoogte van de horizontale antenne of het horizontale deel van een antenne dient zich volgens de grafiek tussen de 0,08 en 0,18 golflengte te bevinden. De golflengte voor 1620 kHz is 185 meter: 0,08 x 185 = 15 meter  en 0,18  x 185 = 33 meter  Alle horizontale (dipool) antennes op een hoogte van minimaal 15 tot maximaal 33 meter hoogte  zijn (boven land) voor de 1620 kHz een ideale NVIS antenne. Vroeger nam men aan dat deze hoogten veel lager moesten zijn. Echter uit dit onderzoek blijkt (opnieuw) dat bij een te lage antennehoogte het grondverlies zeer sterk toeneemt en dat dit (ook) ten koste gaat van een optimaal NVIS effect. Boven zee is de ideale NVIS antennehoogte op 0,13 golflengte vastgesteld. Even terug naar de  Veronica antenne op 192 meter 0,13 x 192 = 25 meter hoogte. Dus het voorstel van Van Duerm een horizontale antenne ‘op geringe hoogte’ op te hangen was niet juist verondersteld.  Een horizontale antenne op zee voor een optimaal NVIS effect dient op 25 meter hoogte te worden opgehangen. Met de wetenschappers van de Technische Universiteit Twente weten we heden-ten-dage dat Van Duerm er een beetje naast zat met het plan om een horizontale antenne heel laag op te hangen. De NVIS theorie heeft zich zich de laatste 45 jaren dus nog aanzienlijk ontwikkeld.

Meer info en het gehele rapport, klik dan deze link:  https://www.agentschaptelecom.nl/sites/default/files/2015_-_witvliet_-_nvis_elev_angles_and_ant_height_-_ieee_apm.pdf

 

.

 538 op volle kracht!

 

het SKYWAVE effect:

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 – 50 Km ) 2 : DX 100 – 500 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 van de D-laag storingen van verre stations zal tegenhouden. 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 hoge 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 een wisselvallige zweving (fading) van het signaal doordat de ontvanger dan binnen de reikwijdte zit van de grondgolf en de gereflecteerde skywave.

* (Hangt de horizontale antenne relatief laag, dan ontstaat ook het NVIS effect, zoals hiervoor al is aangegeven).

VOORKOM STORING!

Een veel voorkomend probleem bij zendamateurs is dat er storing optreedt in de audioapparatuur bij de buren, of ‘inslag’ op je eigen apparatuur. Ondanks dat alles goed is afgesteld werkt bijvoorbeeld een CD-speler niet meer. Vaak wordt met ferriet om de audiokabels gepoogd om tot een oplossing komen. Vaak werkt dit niet echt goed omdat het probleem niet aangepakt wordt.

Een (mee)stralende coaxkabel is vaak de oorzaak. Hoewel de staande-golf goed is kan er makkelijk een ander probleem ontstaan: Er kan namelijk vermogen (stroom) over de buitenkant van de coaxkabel retour naar de zender en randapparatuur lopen. Gevolg; apparatuur werkt niet goed, of er staat bijvoorbeeld spanning  op de microfoon. Al deze problemen kunnen in veel gevallen voorkomen of opgelost worden met het gebruik van een mantelstroomfilter. Zendamateurs gebruiken standaard een vorm van zo’n 1 op 1 balun. Dit is een filter dat dwingt alle stroom door de binnenkant van de coax te lopen en voorkomt ongewenste afstraling door de coaxkabel zelf. Het filter wordt direct onder de antenne in de coax kabel opgenomen. Zoals hier onder:

Het mantelstroomfilter is niets anders dan ongeveer 7½ meter RG213 coaxkabel stevig tegen elkaar gewikkeld op een pvc buis van 12 tot 14 cm doorsnee. De lengte van ongeveer 7½ meter is gekozen om de juiste waarde te krijgen die nodig is om op 180 meterband effectief te zijn. Het filter geeft nagenoeg geen verlies op deze band.

Gebruik je pluggen om het filter in de coax kabel op  te nemen, zorg er dan voor dat de contacten goed zijn en dat er geen water in de pluggen kan komen (goed aftapen). Tot slot insmeren of inspuiten met vaseline kan daarbij ook goed helpen. Sommige zendamateurs gebruiken 2 filters; één direct onder de antenne en nog één extra daar waar de kabel het huis/schuur/shack binnengaat. In de praktijk kan het filter het verschil maken tussen storing in je apparatuur en niet. Het is bij Mike Radio gebleken dat het filter zeer effectief werkt (ook al loopt de coaxkabel vele meters door de grond).

Het filter werkt voor álle coax gevoede antennes. Dus horizontale dipool antennes én verticale antennes (bijv. spoelantennes).

Werkt het filter niet, dan is er vaak een ‘groter probleem’ met de aarde (de ‘tegen-capaciteit’).

Dit mantelstroomfilter wordt ook wel de “ugly balun”  genoemd.