Nogmaals een antenne - aanpassingsmiddel en enkele overwegingen daarbij

In het Kerstnummer van 1969 werd door mij een artikel geplaatst over het aanpassen van eindgevoede en gebalanceerde antennes met de zgn. Z-match en in het decembemummer 1969 nr. 46 werd door PA0WDW een denvoudige antenne-tuner vermeld voor eindgevoede antennes.

Al deze systemen, hoe ze ook mogen heten, hebben een transformator werking om de zender uitgangsimpedantie aan te passen aan de heersende impedantie aan het begin van de enkele draad antenne of de symmetrische open voedingslijn. De impedantie aan het voedingspunt van een eindgevoede antenne dan wel een antenne die wordt gevoed met een open voedingslijn, kan iedere waarde hebben en kan zich hierbij capacitief dan wel inductief gedragen. Dit is athankelijk van de lengte van de antenne of open voedingslijn plus antenne.

Een van de geijkte antenne vragen op het zend-examen is dan ook dit eens te laten zien. We beginnen dan vanaf het einde van de antenne het spannings/stroombeeld uit te zetten. Vergeet dit nooit, aan het einde van een antenne kan immers geen stroom vloeien, dus staat er daar hoge spanning. Het principe beeld hoe spanning en stroom over een ½λ antenne staan, moeten we goed onthouden.

Fig 1a
Fig. 1a.

Hiermee kunnen we elke lengte afpassen en zien wat er gebeurt.

Voedingslijnen

Alvorens verder te gaan moeten we even een korte opfrisser geven van het principe van de soorten voedingslijnen die het Ineest door amateurs worden gebruikt.

Voedingslijnen afgesloten met hun karakteristieke impedantie Wanneer er op een oneindig lange voedingslijn een wisselspanning wordt aangesloten, zullen stroom - en spanningsgolven zich langs de lijn voortplanten. Stroom en spanning langs de gehele lijn zijn in fase; zij vertegenwoordigen de electromagnetische energie. Dit noemen we lopende golven. De energie plant zich langs de lijn voort en verdwijnt in het oneindige. Een werkelijke voedingslijn is natuurlijk niet oneindig lang. We kannen een willekeurige lengte voedingslijn voor de golven ook oneindig lang doen schijnen door de kabel of te sluiten met een weerstand gelijk aan de karakteristieke impedantie (Z0) van de lijn. Als we zorgen dat de impedantie op het voedingspunt van de antenne gelijk is aan de karakteristieke impedantie van de gebmikte voedingslijn, zitten we goed en gaat alle energie alleen maar "been" en niet "terug".

Genoeg hierover.

Resonerende lijnen of "lecher-lijnen"

Resonerende lijnen zijn open voedingslijnen waar zich wel staande golven bevinden en die bovendien een bepaalde lengte hebben, waardoor ze wat de eigenschappen betreft te vergelijken zijn met resonantiekringen.

In het algemeen zijn het open of kortgesloten lijnen ter lengte van een aantal malen een ¼ (1, 2, 3.... ). Men noemt ze ook wel "Lecher-lijnen of Lechter-systemen". Wanneer een lijn dus niet is afgesloten met zijn karakteristieke impedantie treedt er reflectie op met als gevolg staande golven op de lijn. Een staande golf is de resul tante van heengaande en gereflecteerde golven. Volkomen reflectie treedt op bij open of kortgesloten lijnen ongeacht de lengte van de lijn. Heeft een open of kortgesloten lijn een zodanige lengte dat hij de eigenschappen van een resonantie kring ver - toont, dan spreekt men van resonerende lijnen.

De kortgesloten ¼ golflengte lijnen wordt in de transmissie techniek veelvuldig als metalen isolator of als resonantiekring (Lecher-lijn) toegepast.

De open voedingslijn ook wel bijgenaamd "kippen-ladder" wordt gevormd door 2 parallel draden op ± 10 cm onderlinge afstand en wordt meestal gebruikt om een antenne op meerdere banden uit te stemmen. Het antenne aanpassingsmiddel heeft hierbij tevens de taak het gehele systeem in resonantie te brengen. Fig. 1B.

Fig 1b
Fig. 1b.

Waarom nu weer een antenne aanpassingsmiddel in CQ-PA? Het is van wezenlijk belang in een zend-hobby dat antennes goed worden aangepast, het is dan ook altijd een terugkerend pint van discussie. Uit discussies op de 80 meter band blijkt bij herhaling dat een zeker aanpassingsmiddel bij de ene zendamateur beter werkt dan bij de andere. Men gaat soms zover te beweren dat het ene systeem een for is tegen een ander veel beter systeem of dat het ene systeem TVI veroorzaakt en het andere niet. Dit nu is natuurlijk niet juist, er zijn vele wegen die naar Rome Leiden, het niet goed werken ligt dikwijls aan de niet juist gedimensioneerde aanpassingsmiddelen of ongunstige antenne lengte waarvoor tal van redenen zijn op te noemen, zoals:

Het komt nogal eens voor dat een waarde van een variabele condensator geschat wordt, hierbij worden fouten gemaakt waardoor een schema niet werkt.
Vooral bij serie condensatoren moet op de nul capaciteit en parasitaire capaciteit t.o.v. het chassis worden gelet. Op ruime afstand van het chassis monteren.
In het algemeen is het wenselijk zeer hoge impedanties aan het einde van de voedingslijn te voorkomen door een selectie toe te gaan passen in lengte van de straler en voedingslijn. Hoge impedanties zijn dikwijls moeilijk aan te passen. De hoge impedanties veroorzaken tevens hoge spanningen die over het afgestemde circuit komen te staan waardoor nogal met forse plaatafstanden moet worden ge werkt, teneinde overslag te voorkomen.
Eveneens is het aanpassen in een stroom maximum op de voedingslijn niet aan te bevelen. Hierdoor treden nogal verliezen op door de hoge circulerende stroom in de spoel. De meest ideale toestand is die toestand waarbij de antenne lengte en lengte van de eventuele voedingslijn een gemiddelde impedantie op alle banden heeft.
Bij open voedingslijnen geldt voorts dat iedere onbalans moet worden voorkomen. Dit kan worden veroorzaakt bij bepaalde resonantie verschijnselen waarbij door de antenne uitgestraalde energie terugkoppelt met de voedingslijn. Het is niet juist open voedingslijnen door het huis te spanners, dit accentueert TVI, BCI en terugwerkingsverschijnselen.

Wat we met dit alles willen zeggen is het volgende, het klinkt leuk te kunnen zeggen dat uw Z-match, serie/parallel tuner, transmatch, Johnson match, antenne tuning unit of hoe ze allemaal mogen heten, alles aan kan passen, zelfs een "breinaald", toch zijn er factoren waarmee we beter vooraf rekening kunnen houden. Ter vermij ding van het onder pint 3 en 4 genoemde en om geen ongewenste terugkoppeling van de antenne zelf of de voedingslijn te verkrijgen moeten we de lengte van de voedingslijn (fig. 2) en den zijde van de antenne (L op fig. 2) seen veelvoud van een laten zijn!

Fig 2
Fig. 2.

Aanbevolen lengten van L waarbij in geen van de amateurbanden resonantie optreedt, zijn:

44,20 meter
33,20 meter
28,30 meter
23,20 meter
17,70 meter
12,20 meter

Keren we thans terug naar de antenne aanpassings unit.

Het gebruik van een antenne aanpassings eenheid heeft enkele zeer belangrijke pluspunten, t.w. bij het zenden het onderdmkken van harmonischen en bij ontvangst een extra. preselectie waardoor we veel kmismodulatie verschijnselen voorkomen. Dit mag in geen geval worden onderschat.

Fig 3
Fig. 3.

De transmatch

De thans te beschrijven transmatch is een eenvoudig regelbare HF transformator die een onbekende belasting aan antenne-zijde kan aanpassen aan de 50 of 75 Ohm impedantie aan de zender uitgang, hij is van 80 t/m 10 meter te gebruiken.

Er kan een secondaire impedantie van ± 200 Ohm tot 12 Ohm worden getransformeerd naar 50 of 75 Ohm aan de zenderzijde.

Behoudens het aanpassen van draadantennes en antennes met open voedingslijnen, kan in gevallen waarin een slechte staande golf verhouding op een coaxkabel bestaat de transmatch in de coaxlijn worden opgenomen om in ieder geval de zender eindtrap goed te belasten, zodat het rendement wordt benut en de Buis heel blijft. De asymmetrische output van de transmatch wordt, indien een gebalanceerde output nodig is, via een 1 : 4 balun met ferriet ringkem gesymmetreerd.

Fig 4
Fig. 4 Coax output via J2,
Output eindgevoede antenne aan J3.
Symmetrische output aan J4 en J5, hiertoe moet tussen J3 en J4 een kortsluiting worden aangebracht.

Fig 5
Fig. 5. Ferriet-ringkern 1 : 4
R = asymmetrische input 4 R = symmetrische output

Worden de waarden van de componenten van de transmatch goed gevolgd, dan werkt dit systeem uitstekend. Het is aanbevelenswaardig vertragingen in de bediening van de condensatoren op te nemen, het geheel werkt dan veel soepeler. De rolspoel kan bij een vaste antenne worden vervangen door een spoel met taps d.m.v. een schakelaar worden gekozen. De zelfinductie van de spoel is 18 µH. De condensator C2 moet goed vrij van het chassis worden gemonteerd (op steunen). De plaatsafstand van de condensatoren moet flink zijn, hiervoor gelden dezelfde regels als voor de primaire condensator in de zendeindtrap en moet minimaal 2 mm zijn.

Het signaal uit de zender wordt aan het huffs van de C1 aangelegd, hiertoe moet C1 gersoleerd worden opgesteld. De as is ook gersoleerd, middels een Eddystone-koppeling naar buiten voeren. Hetzelfde geldt voor C2. De chassis doorvoeren van waar het signaal wordt afgenomen client een goede isolatie t.o.v. het chassis te hebben om overslag te voorkomen. De transmatch wordt in samenwerking met een staande golf verhouding meter gebruikt.

De afstemprocedure

Stem de zender of belast met een dummy-load. De dummy-load plaatsen we achter de SGV-meter. Neem het vermogen van de zender zover terug totdat met de SGVmeter in zijn gevoeligste stand nog juist voile schaaluitslag wordt gehaald. Vervang nu de dummy-load door de transmatch met aangekoppelde antenne. We trachten met de SGV-meter in "reflected" een complete nul te vinden. Draai aan C1 totdat een geringe dip wordt gevonden. Verplaats C2 en zoek met C1 opnieuw, weer C2 iets verplaatsen en C1l weer dippen.

Fig 6
Fig. 6.

Het tegelijk bedienen van C1 en C2 om daarmee een nul te bereiken werkt niet. Het verplaatsen van C2 en zoeken met C1 is de enige juiste methode. Lukt dit niet dan de rolspoel enige windingen verzetten. Is een goede afstemming gevonden dan moet op de SGV-meter weer de volledige nul overeenstemmen met maximum meteruitslag in voorwaartse richting Is dit niet helemaal zo dan de LC verhouding wijzigen en nogmaals proberen totdat dit wel bereikt wordt.

Symmetreren van de output

Willen we van de asymmetrische output een symmetrische output waken, dan doen we dat met een bifilair gewikkelde ferriet ringkern waardoor we in een verhouding van 1 : 4 transformeren van asymmetrisch in naar symmetrisch uit.

Een ringkern kan gemakkelijk 500 watt DC input verwerken zonder verzadigd te geraken. Hierbij zijn nauwelijks verliezen te meten. Voor een symmetrische output moet J3 met J4 worden doorverbonden.

Deze transmatch werd beschreven in QST juli 1970 en werd door mij uitgebreid beproefd alvorens hem aan u te presenteren. De foto toont het QST model, het mijne werd op een plank gemonteerd.