Welke HF-antenne kiezen we?
Een zo simpel gestelde vraag is vaak niet zo eenvoudig te beantwoorden. Het resulteert onmiddellijk in een aantal vragen waarop eerst het antwoord moet worden verkregen. Welke faktoren spelen een rol bij het bepalen wat onder gegeven omstandigheden kan:
- Zijn we geiiiteresseerd in DX- of lokaal verkeer of beide?
- Kiezen we een kompromis voor alle of diverse banden of wensen we enkelbands antennes?
- Welke ruimte hebben we beschikbaar voor antennes?
- Hoe is de shack gesitueerd t.o.v. de antenne?
- Kunnen we met de antenne vrij experimenteren en deze afregelen?
- Moet de antenne met zo min mogelijk buren overlast worden geplaatst?
- Welke kosten willen we spenderen?
- Moet er hulp worden ingeroepen om de antenne(s) te plaatsen?
- Zijn er overwegingen t.a.v. LFD en TVI?
- Zijn er overwegingen t.a.v. "het gezicht" (schoonheidscommissies e.d.)?
- Hebben we toestemming nodig voor het plaatsen van antennes?
Als we de rij zo eens bezien dan kunnen heel wat faktoren ons beperken en waarmee we rekening moeten houden. Nu is het niet de bedoeling antennes aan te bevelen voor hen die ruimte, toestemming en financien hebben om dat neer te zetten wat men wil. Neen, we willen onze gedachten eens op een rijtje zetten om juist het optimale te zoeken bij opgelegde beperkingen.
Nu moet er, tot mijn spijt, uit gesprekken op de band vaak blijken dat er veel te veel onnodig gesjoemeld wordt met de keuze van de antenne, terwijl er toch een aantal vuistregels zijn waaruit bepaalde resultaten zijn af te leiden. Soms wordt moeizaam verkregen toestemming verkeerd uitgebuit waarna achteraf spijt ontstaat. Wat bedoel ik hier nu mee?
Onoordeelkundig opgezette antennes leveren vaak heel andere en teleurstellende resultaten op dan de folders of handboeken vermelden. Een voorbeeld: Waarom staat er bij een W3DZZ antenne niet de mini-male hoogte boven moeder aarde vermeld? Verkooptechniek? Er valt immers een flink aantal kopers af als men zou zeggen: "minimale hoogte 10 meter". Het resultaat is bij een hoogte van 4 meter boven een betonnen dak (en geloof m(j, er zijn er vele) bedroevend. De SWR voldoet nergens aan; de koper is teleurgesteld. En toch is die W3DZZ als kompromis antenne een hele goede antenne!!!
Wat we horen van deze antennebezitters is dan een "kraak" verhaal, in de geest van "voor mij nooit meer een W3DZZ!". Evenzeer horen we antennes roemen die technisch gezien nauwelijks ergens aan voldoen. Doordat er een vreemdsoortige afstraling plaats vindt, b.v. een sterke niet onderkende bundeling of een sterk stralende voedingslijn, worden er mogelijk heel toevallig door bepaalde kondities enkele veraf gelegen stations gewerkt. De antenne wordt daarna overtrokken geroemd, waarbij dan wel de aangeroepen en niet te bereiken stations worden vergeten! De argeloze nabouwer boekt natuurlijk geen resultaat met deze antenne.
Wel, in beide voorbeelden is noch het een noch het ander waar, er spreekt een tekort aan basiskennis uit.
Nu is het met HF antennes anders gesteld dan met VHF en UHF antennes. Doen we het daarmee verkeerd dan duikt de prestatie tot een onaanvaardbare waarde, hetgeen ons dwingt b.v. de aanpassing of resonantie beter te maken. Helaas is dat niet altijd het geval bij HF, gemaakte fouten straffen zelden voldoende af, het gaat toch altijd nog wel een beetje.
Voor veel lezers zal het hiervoor geschrevene niets nieuws bevatten. Hoewel…? Als er een materie is waarover veel fabeltjes en misvattingen in omloop zijn, dan zijn dat wel HF antennes. Het is, naar mijn mening, tesamen met propagatiekondities, een van de minst begrepen zaken, terwijl er toch meer dan voldoende over bekend is om het wisselend gedrag te kunnen begrijpen. Nog een punt alvorens we tot de vuistregels zullen overgaan.
Theorie behoeft niet te worden geidealiseerd maar we kunnen het nu eenmaal niet missen. Zo zullen we ons doorlopend bij iedere antenne moeten realiseren wat de openingshoek van de antenne t.o.v. aarde is, zie fig. 1.
Fig. 1.
De weg been en de weg terug van HF signalen bij kommunikatie behoeft niet dezelfde te zijn, zie fig. 2. Stel dat ons DX station A zijn signaal onder een lage opstralingshoek t.o.v. de aarde uitzendt. Met bijvoorbeeld 2 hops (sprongen) arriveert het signaal bij B eveneens onder een lage invalshoek. Aangenomen dat de openingshoek van de antenne bij B rond 70 graden ligt en de opstralingshoek op 60 graden, dan zal het ontvangst rendement erg laag zijn, zie fig. 3, maar tezamen met de versterking van de ontvanger een goed leesbaar signaal worden ontvangen. Gaan we nu zenden, dan moet ons signaal wel 5 of 6 maal of wellicht nog meer tussen de geibniseerde luchtlagen en aarde springen om het DX station te bereiken. Hierbij moeten bovendien de reflektielagen overal gesloten zijn. U begrijpt nu wel waarom we moeten weten wat we van onze antenne kunnen verwachten en dat we niet van "experimenteren" mogen spreken als we bedoelen "lukraak-proberen".
Fig. 2.
Fig. 3.
We kunnen, zonder detail diagrammen te vermelden en zonder volledigheid te pretenderen, een aantal vuistregels vaststellen:
1. Een horizontale halve golf antenne op ¼ golflengte hoogte
Zendt en ontvangt een signaal tussen 60 en 90 graden in vertikale richting. Er bestaat horizontaal gezien nauwelijks een voorkeursrichting. De antenne straalt dus praktisch rondom en heeft een goed rendement. Met rendement bedoelen we dan het effekt van de gebruikte antenne ten opzichte van "de ideale antenne". De steile afstraling staat garant voor een hard signaal middels de eerste sprong. Per band wordt hiermee dus short skip (eerste sprongafstand, hop) gewerkt. Wordt hiermee toch DX gewerkt dan is ons uitgezonden signaal vele keren tussen de geibniseerde lagen en aarde been en weer gekaatst en even zo vele malen verzwakt, terwijl tevens het hele reflektiepad gesloten moet zijn, hetgeen weinig voor komt. Het feit dat we wel DX ontvangen pleit dan wel voor de kwaliteit van de ontvanger maar zegt weinig voor ons uitgaand signaal.
2. Een horizontale halve golf antenne op ½ golflengte hoogte
Straalt ongeveer onder 30 graden in vertikale richting en heeft een horizontale voorkeur dwars op de antenne, met eveneens een goed rendement. Met deze antenne worden belangrijk grotere afstanden gewerkt aangezien door de lagere afstraling minder sprongen nodig zijn. De short skip ligt dan ook aanzienlijk verder dan bij bovenvermelde antenne. Dit type antenne is een zeer eenvoudige DX antenne met een duidelijke voorkeursrichting.
3. Een horizontale halve golf antenne op een lagere hoogte dan ¼ golflengte
De eigenschappen, mits in resonantie gebracht, zijn voor wat betreft de stralingsrichting gelijk aan de antenne genoemd onder 1, doch het rendement daalt sterk. Op 1/10 golflengte hoogte is het rendement tot de helft gedaald en realiseert u zich wel dat 1/10 golflengte op 80 meter nog altijd 8 meter is! Desondanks kan hiermee nog uitstekend lokaal verkeer worden gewerkt.4. Een ¼ golflengte vertikale antenne met grondvlak
heeft een rondom opstraling van ongeveer 15 graden. Dit antenne type, ook wel ground-plane genaamd, is de meest eenvoudige echte DX antenne. De lage opstraling garandeert een minimaal aantal hops om het DX station te bereiken. Het rendement is door de rondom afstraling laag maar de lage opstralingshoek maakt veel goed. De hoogte waarop dit systeem staat is niet erg belangrijk mits het signaal, zonder omringende obstakels te raken, de antenne kan verlaten. U zult echter beslist nog geen krachtpatser zijn!
5. Een Yagi (beter bekend als "beam") en de Quad antenne
hebben, afhankelijk van de hoogte boven de aarde, een lage opstralingshoek tussen 10 en 30 graden, waarbij in voorwaartse richting versterking wordt verkregen en in achterwaartse richting, met inachtname van de opstralingshoek, onderdrukking. Het zal duidelijk zijn dat, mede omdat deze antennes draaibaar worden opgesteld, deze antenne typen voor 20, 15 en 10 meter de meest ideale DX antennes zijn.
In de vuistregels sprak ik over ½ golflengte horizontale en ¼ golflengte vertikale antennes. Het is namelijk in theorie onbelangrijk waar en hoe men een antenne voedt, als het maar goed gebeurt. Ik zeg in theorie, in de praktijk valt er nog zo het een en ander over te zeggen. Een dipool, dus een halve-golf antenne, met coax voeding; een dipool met open voedingslijn en tuner; een windom met coax voeding via een balun; een Zepp met open voedingslijn en tuner of een eindgevoede halve golfantenne met tuner, alle op dezelfde hoogte boven de aarde werken alle gelijk, vooropgesteld dat we ze op de juiste wijze voeden. De ene voedingsmethode tegenover de andere Levert echter meer of minder bandbreedte op, waarbij bandbreedte betekent resonantie van de antenne over een bepaald frequentiegebied ofwel de frequentieband waarin de antenne zijn eigenschappen behoudt. De tuner gevoede systemen hebben in deze een voordeel aangezien de antenne plus voedingslijn op elke frequentie in resonantie wordt gebracht. De coax gevoede systemen zijn meer frequentie gebonden, zo'n systeem kan echter zeer gewenst zijn uit oogpunt van bereikbaarheid der antenne. Een dergelijke voedingslijn laat zich gemakkelijk door luchtroosters en kokers voeren.
Negen van de tien amateurs hebben met een of meer van de genoemde faktoren te maken die we aan het begin van dit verhaal opsomden. We zullen nu eens nagaan tot welke eindresultaten meestal wordt gekomen met diverse antennes.
Voor mensen die voldoende ruimte hebben zijn deze kompromissen niet nodig. De te noemen antennes kunnen uiteraard ook enkelbands worden uitgevoerd! Voorts breng ik enkele konstruktiedetails onder uw aandacht.
1. Halve golf antenne voor 80 meter gevoed met open voedingslijn, fig. 4.
Fig. 4.
Deze antenne kan als multiband antenne worden benut. Voor 80 meter is het een halve-golf antenne, voor de overige banden werkt de antenne in harmonisch verband. Deze antenne vereist dat beide dipoolhelften en de open voedingslijn op gelijke hoogte en afstand van de grond en obstakels verwijderd zijn opdat beide helften symmetrisch belast zijn. De lengte van de voedingslijn is onbelangrijk aangezien met de tuner het hele systeem voor alle frequenties en banden in resonantie gebracht kan worden. Hoewel niet bindend, kan bij voorkeur voor de voedingslijn een lengte van 12,8 meter gekozen worden zodat op alle banden zoveel mogelljk stroomvoeding plaats vindt. Stroomvoeding is wenselijk omdat er dan een geringere kans bestaat op terugwerking, dus geen prikkende mikrofoons, uitslaande universeelmeters e.d. De voedingslijn dient loodrecht van de antenne te worden weggeleid. Dit type antenne kan zonder meer worden opgehangen en dient achteraf niet gekorrigeerd te worden. Het symmetrische systeem, mits dan ook goed symmetrisch geihstalleerd, is een goede start tegen LFD en TVI. Voor het overige gelden de vuistregels.
2. De W3DZZ antenne, fig. 5.
Fig. 5.
Dit is een dipool antenne met in iedere helft een "trip" bestaande uit een L-C kring. De sanwijdte is 33 meter. De hoogte - minimaal 8 meter - mag niet te gering zijn. Indien te laag geihstalleerd, raakt de resonantie verstoord waardoor een sterke afwijking in de verwachte werking optreedt. De beide dipoolhelften moeten ook hier even hoog boven de aarde worden opgehangen, in ieder geval zo symmetrisch mogelijk worden belast, terwijl de voedingslijn, voor een optimaal resultaat, loodrecht over tenminste ¼ golflengte t.o.v. de dipool moet worden weggespannen. De SWR is normaal gesproken op 80 en 40 meter uitstekend en op 20, 15 en 10 meter belangrijk slechter. De resultaten kunnen weer worden afgemeten aan de vuistregels. Rekent u wel per band de hoogte t.o.v. de golflengte uit! B.v. bij 8 meter hoogte is dat voor 80 meter 0,1 golflengte, voor 40 meter iets minder dan ¼ enz. Deze antenne, mits goed opgehangen, behoeft geen enkele naregeling en werkt als een kompromis zeer goed op 80 en 40 meter. Het symmetrische systeem is eveneens een goede start tegen LFD en TVI mits, en dat is erg belangrijk, een balanceertrafo is opgenomen. Bij een W3DZZ kan de balanceertrafo met de coaxkabel worden vervangen door een open voedingslijn met tuner. Het resultaat is dan een antenne die minder ruimte beslaat en ongeacht de hoogte op elke band en frequentie in resonantie kan worden gebracht. Voor het overige gel-den de vuistregels voor halve-golf antennes.
3. De Zepp antenne, fig. 6
Fig. 6.
Deze heeft als eigenschap op het voedingspunt bij de antenne hoogohmig te zijn (spanningsbuik). De andere zijde van de voedingslijn waaraan niets zit is ook hoogohmig belast. Kiezen we 39 meter als horizontaal deel en 13,7 meter als lengte van de voedingslijn dan kunnen we deze antenne voor alle banden aan het einde voeden. Ook hier gelden voor de vrije hoogte boven de aarde de eerder genoemde vuistregels. Hangt de antenne lager, dan is de resonantiefrequentie binnen bepaalde grenzen wel te herstellen, maar het rendement zakt dan, zie vuistregels. De Zepp reageert minder slecht op lage hoogte dan de W3DZZ. Willen we de Zepp voor slechts een band benutten dan kiezen we horizontaal een halve golflengte minus 5 procent met als open voedingslijn ¼ golflengte minus 5 procent of een veelvoud hiervan, hetgeen dan als resultaat heeft dat bij even veelvouden de zaak, in de shack, spanningsgevoed is en bij oneven veelvouden stroomgevoed. De antenne is gemakkelijk te plaatsen en behoeft geen naregeling. Aangezien de voedingslijn zo goed als in balans is, zal deze weinig stralen hetgeen een goede voorwaarde is tegen LFD en TVI.
4. De multiband groundplane, fig. 7
Fig. 7.
Het moet worden afgeraden een multiband groundplane te kiezen waarin 80 en 40 meter zijn opgenomen, tenzij ons hoofddoel DX op die banden is. Voor lokaal verkeer voldoen ze namelijk niet, terwijl de kans op LFD en TVI erg groot is. Een groundplane voor 20, 15 en 10 meter is een heel goede keus aangezien op die banden het hoofddoel wel DX is. Naar mijn mening en ervaring is helaas de kans op LFD en TVI niet gering, zeker wanneer er sprake is van grote vermogens. Hierbij telt de lokatie uiteraard sterk mee.
De hoogte is volkomen onbelangrijk mits de groundplane de signalen vrij kan afstralen onder een hoek van 20 graden, zonder obstakels te ontmoeten.
Ervaring met deze antennes op een betonnen dak van een flat leert dat de eigenaars vaak heel erg tevreden zijn over de werking.
Het is weer een antenne die weinig ruimte beslaat en geen afregeling behoeft. Deze antenne met tenminste twee stel radialen voor iedere band werkt nog beter, aangezien dit kunstmatige aardvlak een zeer belangrijke rol speelt in de werking. Kortom direkt na de beam en de quad de beste DX antenne.
5. Een halve golf omgekeerde L antenne, fig. 8
Fig. 8.
Deze antenne wordt vaak ten onrechte "long-wire" genoemd. Een echte long-wire is namelijk langer dan een hele golflengte! Dit type L antenne is eindgevoed en aangesloten op een tuner, optimaal in resonantie to brengen op elke frequentie en band. De installatie is erg eenvoudig en behoeft geen naregeling. De werking kan weer worden afgeleid uit de vuistregels. Naarmate het vertikale deel van de antenne langer wordt zal de kans op LFD en TVI toenemen. Voorts wordt ook het stralingsbeeld, zoals vermeld onder de vuistregels, aangetast en er treedt voorkeur in stralingsrichting op.
Slot
Hopelijk kan dit artikel enigszins bijdragen tot een juiste keuze van antenne met inachtname van de speciale problemen voor uw geval.
PA0VER.