Fase gevoede verticale antennes 1
Door ruimtegebrek zal het voor veel zendamateurs wel altijd een wens blijven nog eens een yagi of qubical quad voor 20, 15 en 10 meter te bezitten. Ook zijn er amateurs die eventueel wel ruimte hebben maar die een dergelijke installatie niet ambieren vanwege de eraan verbonden hoge kosten of niet houden van klimmen in hoge masten. Het plaatsen van een kantelmast kan hieraan tegemoet komen doch is een zeer prijzige zaak. Dan zijn er nog buren en plaatselijke schoonheidscommissies die bezwaren kunnen maken, kortom, het is om tal van redenen niet aan iedereen gegeven over een dergelijke goede 20, 15 en 10 m DX -antennesysteem te beschikken.
Als enig vaak nog mogelijk alternatief komt dan al rap de vertical of groundplane antenne om de hoek. Alvorens hierop door te gaan willen we toch graag nog eerst eens een uiteenzetting geven omtrent een aantal begripsverwarringen. Er wordt gesproken over "ground-plane" en "vertical". Zijn dit nu twee verschillende antennes? Het antwoord is eenvoudig, maar niet met ja of neen te beantwoorden. Als antennesysteem is het vrijwel gelijk doch we spreken van een vertical als de antenne op de grond staat en indiet als aardvlak (al dan niet met een draadnet verbeterd) moeder aarde wordt gebruikt. De vertical, ook wel "monopole" genaamd, kan een ¼λ of meer Lang zijn. Voorts betreft het hier meestal 40, 80 en 160 meter systemen. Een groundplane daarentegen neemt zijn kunstmatig aardvlak met zich mee omhoog en is meestal bestemd voor 20, 15 en 10 meter.
Met het aardvlak wordt ook vaak gegoocheld! Zonder onderscheid te maken tussen een vertical en een groundplane kan worden gesteld dat niet genoeg kan worden benadrukt dat het rendement van een verticale straler wordt bepaald door de effectiviteit van het aardnetwerk. Worden te dune Braden genomen of ontstaan bij de lassen overgangsweerstanden dan heeft dat direct gevolg op het stralingsrendement. Wordt het aardvlak door onvoldoende draden niet gesloten dan treedt stralingsvoorkeur en verliezen op. We kunnen stellen dat het ideaal zou zijn als het aardvlak een compleet gesloten koperen ronde plaat zou zijn. Uiteraard kan er genoegen worden genomen met minder! (zie fig. 2)
We willen nog even illustreren waarom de weerstand van het aardvlak zo laag mogelijk moet zijn. De afgestraalde energie van de verticale straler keert via het aardvlak tenig naar het voedingspunt (fig. 3). We kunnen stellen dat de ohmse weerstand van een ¼λ verticale antenne met zijn aardvlak 1 à 2 ohm kan zijn. Het grootste gedeelte van de energie dient door de stralingsweerstand te worden gedissipeerd (de stralingsweerstand is de aangenomen weerstand die het vermogen dissipeert dat werkelijk in straling resulteert). Is echter de optredende weerstand in het totale systeem, t.w. straler, aardvlak en alle verbindingen, aanzienlijk grater, dan zal het rendement snel teruglopen. (Het rendement van een antenne is de verhouding van de stralingsweerstand ten opzichte van de ohmse weerstand van het totale antennesysteem.) Willen we dus een vertical of groundplane goed laten werken dan zal aan het aardvlak de nodige aandacht moeten worden besteed.
Nu is een frequent gehoord geluid dat de commerciele groundplanes voor 20, 15 en 10 meter drie radialen hebben, waarbij ieder een ¼λ lengte voor een van de drie banden heeft. Ja ja, van een geknikte dipool is natuurlijk geen sprake!
Wil een antenne symmetrisch werken dan dient iedere helft even ver van alle obstakels verwijderd te zijn, wij amateurs spannen ze echter juist parallel aan de dagen terwijl er drie radialen i. p. v. een aanzitten!!! Met alle waardering voor de diverse commerciele groundplanes met traps is het aanbevolen aardvlak een commercieel foefje. Het verkoopt slechter indien men imperatief zou stellen dat er meer radialen aan moeten, gelukkig staat er wel vaak bij dat er meer radialen aan mogen. Het is dus het allerminste waarbij de groundplane nog kan werken, doch het rendement is laag. Knoop dus liefst zoveel mogelijk radialen van dik draad met de lengte van de laagste frequentie zonder overgangsweerstand onder de commerciele trap-groundplane of streef naar fig. 2.
De resonantiepunten verschuiven echt niet, dat staat hier los van.
Nu we zover zijn dat we het belang van het aardvlak inzien, kunnen we de aanpassing tussen de straler en het aardvlak eens nader bekijken.
De Impedantie
Bij een vertical zal de hoek tussen de straler en radialen altijd 90° zijn.
Wanneer het aardvlak loodrecht op de verticale straler staat (fig. 4) biedt het geheel bij A een ingangsimpedantie van 25 ä 35 ohm.
Voor deze impedantie bestaat geen coaxkabel zodat naar een andere voedingsmethode moet worden omgezien zodat we de in fig. 5 getekende methoden toe dienen te passen:
fig. 5A: Voeden met een 75 ohm coaxkabel waarbij het laatste stuk ¼λ coaxkabel van 52 ohm, voor de werkfrequentie maal 0,66 (dat is de verkortingsfactor) is. Zodoende transformeren we van 75 ohm naar ± 35 ohm. 52 = √(75 × Z).
fig. 5B: We voeden hier met een z.g. gamma-match. Aardvlak en straler zijn hierbij galvanisch met elkaar verbonden. Benaderende waarden voor een gamma-match zijn:
| A | C | |
|---|---|---|
| 20 meter | 1,70 m | 150 pF |
| 15 meter | 1,20 m | 80 pF |
| 10 meter | 0,80m | 50 pF |
De C zit zo dicht mogelijk bij de coaxkabel, de afstand tussen de paralleldraad en de straler bedraagt + 10 cm en mag door de wind niet variëren.
fig. 5C: Indien over een geschikte ringkem wordt beschikt (geen 3E1) kan eveneens omlaag worden getransformeerd (fig. 5C). A fhankelijk van deze ringkem die geen hoge mag hebben moet door het aftasten van de taps de juiste aanpassing worden gezocht.
Het aantal windingen voor 20, 15 en 10 meter bedraagt ongeveer zeven. Of de ringkern voldoet is gemakkelijk in de shack na te bootsen door met een BVM de spanning over de belastingsweerstand te meten en met de formule P = E2/R te bepalen hoeveel vermogen verloren gaat.
Bij een groundplane kan de hoek tussen straler en radialen eveneens 900 zijn, waarbij dezelfde voedingsmethode kan worden toegepast. Wordt tussen de straler en de radialen een hoek van 1200 toegepast dan is de impedantie + 52 ohm. Op deze wijze kan direct een coaxkabel van 52 ohm aan de antenne worden verbonden (fig. 1).
We keren temg naar het begin. De groundplane of vertical kan dus vaak de enige mogelij kheid zijn om aan DX verkeer deel te nemen. Dergelijke antennes zenden de energie met een lage opstralingshoek en 3600 rondom uit (omnidirectional). We missen hierbij dus een bundeling van de straling naar een bepaalde richting waardoor versterking wordt bereikt.
Deel 1 - Deel 2.
PA0VER.