De alford slotantenne
Bij de ATV repeater PI6ATV was het wenselijk antennes te gebruiken die voldeden aan de volgende eisen:
- horizontale polarisatie,
- rondstralingsdiagram,
- enige versterking,
- geen abnormaal grote (mechanische onstabiele) konstrukties.
De Alford slotantenne voldoet aan deze eisen.
Werking
Door in een grote metalen plaat een gleuf van een halve golflengte te maken, kan men deze beschouwen als een straler (voeden in het midden). Deze straler gedraagt zich als een dipool, een aantal eigenschappen zijn echter precies omgekeerd, nl.:
- omgekeerde verdeling van de magnetische en elektrische veldkomponenten (een vertikale gleuf heeft een horizontale polarisatie);
- de gleuf moet Langer zijn dan een halve golf (verkortingsfaktor) voor resonantie;
- hoe breder de gleuf, hoe lager de voedingspuntimpedantie.
Als de gleuf breder gemaakt wordt, wordt de bandbreedte (zoals bij een dipool) ook groter.
Door de plaat rond te buigen ontstaat een konstruktief stevige konstruktie. De voedingspunt impedantie gaat door het rondbuigen omhoog.
Door de slot een veelvoud van een halve golf groot te maken wordt de vertikale openingshoek kleiner, waardoor de versterking ontstaat.
De maatvoering wordt in dit geval steeds kritischer en de bandbreedte steeds kleiner. Als de slot 4 halve golven groot is, zal de bandbreedte (bij 1,3 GHz) 100 MHz bedragen, de versterking in de orde van 8 dBi.
Voeding vindt plaats d.m.v. coaxkabel, voorzien van een balun volgens G3JVL.
Toepassing
Door bovengenoemde eigenschappen leent deze antenne zich zeer goed voor gebruik bij bakens, repeaters of als mobielantenne.
Beschrijving
De antenne wordt in de praktijk gemaakt van een stuk buis (koper, messing of aluminium), waarin een gleuf wordt gemaakt. De lengte van de buis boven en onder de gleuf is niet belangrijk, de buis kan hierdoor deel uitmaken van de mast.
De maatvoering kan afgelezen worden uit tabel 1.
| golflengte | buis buiten diameter | sleufbreedte | sleuflengte |
|---|---|---|---|
| 23 cm | 31,8 mm | 4 mm | 509 mm |
| 23 cm | 35,0 mm | 8 mm | 509 mm |
| 23 cm | 38,1 mm | 11 mm | 509 mm |
| 13 cm | 18,5 mm | 2,6 mm | 229 mm |
24 cm idem als voor 23 cm, sleuflengte echter 510 mm.
De voedingspunt impedantie zal ongeveer 200 Ω zijn, symmetrisch.
Er is een balun nodig om de a-symmetrische kabel te kunnen verbinden met de symmetrische aansluiting van de antenne. Tevens is impedantie transformatie nodig (1:4). Geschikt is een balun volgens G3JVL waarbij in de buitenmantel (folie) van de coaxkabel twee gleuven worden gemaakt van ongeveer een kwart golf lang. Hierdoor ontstaat een stukje symmetrische voedingslijn, aan een zijde kortgesloten.
De geleider (binnenader) van de coaxkabel wordt verbonden met een andere zijde van het andere eind van het stukje symmetrische voedingslijn.
Vervolgens wordt de symmetrische voedingslijn aangesloten op het voedingspunt (in het midden) van de buis.
De lengte van de voedingslijn (gleuven in de afscherming) kan afgelezen worden uit tabel 2.
| 23 cm (24 cm) uitvoering | 58 mm |
| 13 cm uitvoering | 26 mm |
De voedingskabel (en balun) moeten zo ver mogelijk van de gleuf (in de buis) gehouden worden.
PRAKTISCH
De 23 (24) cm uitvoering
Aangezien ik een dikkere dan de gewenste buis had, heb ik de buis gemodificeerd naar de gewenste diameter.
Dit is te doen door de omtrek van de gewenste buis af te trekken van de omtrek van de voorhanden zijnde buis. Er kan nu een stuk uit de buis gezaagd worden.
Het zaagwerk is gedaan door een decoupeerzaag waar een stukje van het zaagblad was geknipt (om de zaagslag te verkleinen). Let op dat tijdens het zagen de buis goed geklemd zit!
De buis kan rid het zaagwerk weer mooi rond gemaakt worden (hamer, bankschroef). Uiteindelijk kan de gleuf zelf gezaagd (decoupeerzaag) en afgebraamd (vijl) worden. Boven en onder moet de gleuf gesloten zijn. In het geval van de gemodificeerde buis kan een stukje ingesoldeerd worden met een zware bout of vlam.
Tevens kunnen de aansluitpunten voor de balun gemaakt worden (ikzelf heb de balun aan de buis gesoldeerd, schroefverbindingen met ringtongen behoren ook tot de mogelijkheden).
De balun heb ik gemaakt van een stuk H-100 coaxkabel (heel voorzichtig). Na het maken van de balun is het verstandig te zorgen dat het geheel mechanisch op z'n plaats blijft, dik omwikkelen met teflontape (te koop bij de loodgieter, wordt gebruikt voor gasafdichtingen) voldoet prima. De kabel kan onderaan de buis worden vastgemaakt, of aan een konnektor worden gemonteerd.
Het geheel is tegen weersinvloeden te beschermen door een PVC-buis aan een zijde af te dichten en de zo ontstane bus over de antenne te plaatsen.
De 13 cm uitvoering
Deze is gemaakt van een standaard koperen buis met een diameter van 22 mm en een lengte van 247 mm, op bovenstaande manier gemodificeerd naar een diameter van 18,5 mm.
Voor het zaagwerk is een zaagblad uit een junior zaag gehaald. Met werkhandschoenen aan en veel gepriegel en geduld (er is bijna geen zaagslag te maken) zijn twee gleuven gezaagd. Met klein hobbygereedschap zal dit ongetwijfeld handiger gaan.
Bij deze uitvoering heb ik direkt de sleufbreedte opgeteld bij het verschil in omtrek, waardoor na rondbuigen de sleuf direkt op de juiste breedte was. Zacht koper is eenvoudiger te vervormen dan hard koper. Zacht maken lukte prima door de buis eerst flink op te stoken (soldeerbrander) en daarna plotseling af te koelen (bak water).
Door regelmatig te duwen (ikzelf gebruikte een klauwplaat van een draaibank) en te rollen wordt de buis 18,5 mm diameter met sleuf. Na boven en onder stukjes ingesoldeerd te hebben en het geheel een stukje in een buis met een diameter van 22 mm gemonteerd te hebben (alles aan elkaar solderen) is het geheel weer stevig geworden, tevens is nu ruimte aanwezig om de antenneklem te plaatsen.
De balun heb ik gemaakt van een stukje semi rigid kabel, waar de sleuven in de buitenmantel zijn gemaakt met een (ex) tandarts freesje. De balun is omwikkeld met teflon tape.
Over de hele antenne is een PVC buis met dop geplaatst.
Veel aandacht dient te worden besteed aan het mechanisch vastzetten van de uitgaande kabel, zodat de balun niet los kan breken. Mechanische montage aan de mast is gedaan met behulp van klemmen van oude FM antennes, van uitlaatklemmen o.i.d. is natuurlijk ook iets bruikbaars te maken.
Afregelen
Als de maten goed zijn aangehouden hoeft er niets afgeregeld te worden. Mocht de antenne niet op de juiste frequentie in resonantie zijn, kan de sleuf iets Langer of korter worden gemaakt.
Het blijkt goed mogelijk de aanpassing aan de kabel te optimaliseren door een strookje koperfolie (van b.v. 7 x 20 mm) horizontaal op de PVC buis te plakken (in de buurt van het voedingspunt).
Door de buis op en neer te schuiven en te verdraaien kan een goede VSWR verkregen worden (de tuishelften' aan weerszijden van de sleuf worden op deze manier meer of minder gekoppeld).
Het stralingsdiagram
Er zijn typen slotantennes die door een kombinatie van buisvorm, slotbreedte en buisdiameter zeer verschillende stralingsdiagrammen kunnen hebben.
De vorenstaande ontwerpen hebben een bijna rond stralingsdiagram.
Resultaten
De 24 cm en de 13 cm uitvoering zijn beide door mij gebouwd en gemeten in Meppel. Bij de meting is niet gechecked of de antennes in resonantie waren.
De 24 cm antenne is op 23 cm gemeten.
De stralingsdiagrammen zijn bijna rond, waarbij het middelpunt excentrisch ligt (voorkeurrichting is de slotzijde).
De gain was minimaal (niet meer dan hooguit een paar dBi), doch tot nu toe de beste horizontale rondstralers voor deze banden die in Meppel gemeten zijn.
Konklusie
De Alford slotantenne is een goedkoop te maken antenne zonder zeer speciaal gereedschap.
De resultaten vallen tegen t.o.v. de theoretisch te behalen gain, dit kan natuurlijk per exemplaar verschillen. De bruikbaarheid is aangetoond bij PI6ATV.
Dank aan PA3CWS, PA0TGA en PE1HLR voor de aan mij verstrekte informatie en de meetploeg in Meppel voor het uitvoeren van de metingen.
Referenties
- Radio Communications, June 1983
- QST no. 6/1982
- TV Amateur 59/1985
- British Amateur Television Club Handbook
- Antenna design handbook
- Rothammel Antennenbuch
Chris, PA3CRX.