SWR & verlengspoel 1
De verlengspoel
Tot de standaard examenvragen behoort ie:
Een antenne is te kort. Het beste kunnen we gebruiken:
- een verlengspoel
- een verlengcondensator
- een verkortingcondensator
- een verkortingspoel
Als ezelsbruggetje zeggen we dan: kunnen we de hele antennedraad niet kwijt... dan rollen we hem op tot een spoel en krijgen zo een spoel waarmee we een antenne kunnen verkorten (antw. A).
De cursusboeken gaan er niet dieper op in en antenneboeken laten ons ook in de steek als we willen weten hoe groot die verkortingspoel nu eigenlijk moet zijn in de praktijk. Die vuistregel heb ik geprobeerd, gewoon het 'teveel' aan draad oprollen geeft geen goed resultaat.
Er is een prachtig computerprogramma om dit soort zaken uit te rekenen. Nu heeft lang niet iedereen dit programma ter beschikking en bovendien is in de praktijk gebleken dat er toch met dit programma lets niet klopt.
Volgens het programma zorgt de verlengspoel er voor dat de antenne niet meer de gewenste 50Ω impedantie geeft, maar een waarde die daar sterk van afwijkt.
De praktijkproeven hebben tot op heden een SWR kleiner dan 1:1,5 gegeven i.p.v. de voorspelde 1:6 of erger (zie *).
Verschillende bronnen houden het er op dat een rechte draad een zelfinduktie heeft van 1 tot 1,2 µH/m. Voor dit getal moet je goed tussen de regels door kunnen lezen in het ARRL Handbook of de Radio Bulletin, want bij de antennes vind je daar niets over terug.
lk begon pas echt aan antennes te denken tijdens een lezing over bliksemafleiders, waar de 1 µH/m ook weer werd genoemd.
De mooiste antenne voor 160 m is ongetwijfeld een 40 m verticale straler, maar… wie kan zoiets kwijt. Zelfs 40 m draad uitspannen was er bij mij niet bij, voor meer dan 26 m was er geen ruimte, de antenne was dus 14 meter te kort. De waarde van de verkortingspoel zou dan dus 14 tot 17 µH moeten worden. In het 1-transistorzendertje 'EEN' (zie CQ-PA 14) wordt een spoel gebruikt met ongeveer die waarde.
Met het schuiven van de ferrietkern kon een SWR van 1:1,2 worden bereikt, waarde van de spoel 23 µH i.p.v. 14 m draad.
Een 80 m 'tank-spriet' van 7,5 m was 12,5 m te kort en daarvoor was 18 µH aan verkortingspoel nodig.
Met mijn experimenten ben ik zo uitgekomen op een gemiddelde waarde van 1,5 µH/m en dat is in ieder geval een leuke vuistregel om mee te beginnen. (zie *)
U dacht waarschijnlijk ook dat de waarde van de spoel sterk afhankelijk van de te gebruiken frequentie zou zijn.
Nee het gaat er slechts om hoeveel meter de antenne te kort is, de frequentie is al verrekend in de totale antennelengte.
De spoel uit EEN
25 windingen, tegen elkaar aan, op een PVC-installatiebuisje. Draad: 0,4 mm dik, maar dat komt er niet zo op aan.
L zonder kern: 7,5 µH, met kern 30,5 µH.
Voor de kern wordt een stukje ferrietstaaf (9,5 mm dik) van 36 mm lengte uit 'n middengoif radio gebruikt. Zo'n ferrietstaaf kan men niet zagen! Met de slijpsteen wordt een groef gemaakt, ca. 2 mm diep, rondom de staaf.
Vervolgens zetten we het kortste stuk in de bekken van een bankschroef, geven aan het lange stuk een korte, krachtige ruk en de staaf breekt netjes of op het geplande punt.
Het 16 mm dikke plastic buisje is een wat ruime spoelvorm, maar met een stukje soepele kabelmantel er tussen blijft de kern verschuifbaar en valt er toch niet uit.
U zult verbaasd zijn over de nauwkeurigheid waarmee op minimale SWR kan (moet) worden afgeregeld. (zie *)
lk was nog verbaasder toen bleek dat de spoel regelmatig 'iets' moest worden bijgesteld, terwijl deze droog en veilig in de shack was opgesteld. De L van 1,5 µH/m blijkt lets te veranderen met de temperatuur van de antennedraad, 10°C geeft een meet-bare afwijking.
De gemeten spoelen zijn geplaatst aan de voet van de antenne of in de antennedraad opgenomen, ook dat scheelt iets in de waarde (± 10%). Een antenne afstemmen via een coax-kabel gaat NIET!!
Wordt de spoel gemonteerd op een plaats waar u er niet bij kan, zoals midden in de antennedraad, neem dan de waarde van de spoel iets te groot en gebruik een variabele verkortingscondensator, want de antenne is nu iets te lang aan de voet van de antenne om het teveel aan spoel uit te stemmen.
De verlengspoel met ferrietstaaf is door mij gebruikt met vermogens tot 10 watt voor de amateurbanden van 160 t/m 30 m, zonder problemen met de spoel of de kern.
Meer vermogen of hogere frequenties ... proberen maar.
Een 'tunertje' werd gemaakt van een groot model lijnnstift.
De lijm was op en met het mechanisme kan leuk een stukje ferriet in het plastichuis omlaag en omhoog gedraaid worden.
Omdat middenin het zuigertje een schroefdraad zit werden op het zuigertje 2 stukken platte ferrietstaaf gemonteerd (2,7cm lang).
Op het huffs zijn 30 windingen draad aangebracht met een aftakking op 10 windingen.
Spoel 30 wdg = 22 tot 42 µH
Spoel 20 wdg = 13 tot 20 µH
Spoel 10 wdg = 5 tot 8 µH
Met de aftakking op een iets andere plaats moet een meer aaneengesloten bereik mogelijk zijn of met een extra spoel in serie.
Ook voor de luisteramateur liggen hier mogelijkheden. Stel hij heeft 20 m draad uit kunnen spannen. Onder de 3,5 MHz is de antenne te kort en heeft een verlengspoel nodig. Boven de 3,5 MHz is de antenne te lang en nu komt de variabele verkortings-C er aan te pas.
Wordt een goed aardsysteem gebruikt -en dat is noodzakelijk bij zenden EN ontvangen- dan is de juiste instelling van spoel of condensator goed merkbaar!
Slotopmerkingen
Een antenne met de 'volle' lengte werkt altijd beter dan een te korte verlengde, maar soms moet je wel en dan is het belangrijk om het verschil met het 'ideaal' zo klein mogelijk te maken.
Alhoewel het konstruktief het eenvoudigste is om de spoel aan de voet van een verkorte (vertikale) antenne te installeren is het voor een goede afstraling bij het zenden beter om de spoel naar boven te verplaatsen.
De grootste stroom (= de beste afstraling) loopt bij het laag-ohmige voedingspunt, de spoel straalt niet uit EN heeft bij de grootste stroom de meeste verliezen.
Met het verplaatsen van de spoel, meer naar het eind van de antenne, benut u beter de maximale afstraling bij het voedingspunt en verkleint u bovendien de verliezen in de spoel.
Verdere praktijkproeven hebben aangetoond dat de conclusie in aflevering 2: met een SWR-meter kan men NIET bepalen of een antenne in resonantie is... geheel juist is. lk probeer OM's van het heilige geloof in de SWR-meter af te brengen ... en wat doe ik? lk regel de verlengspoel af op minimum SWR! De SWRsprookjes zijn zo hardnekkig dat ik er zelf af en toe in trap!
Achterdochtig werd ik toen regelmatig bleek dat voor een maximale ontvangst de waarde van de spoel gewijzigd moest worden.
Mijn antenne voor 160 meter (beschrijving volgt later) heeft bij resonantie een impedantie van 12,5 Ω. De SWR-meter dient dan dus 1:4 aan te geven (bij de antenne) en iedere poging om met een verlengspoel o.i.d. de SWR omlaag te brengen, brengt tevens de antenne uit resonantie. Wil de set aan het andere eind van de coaxkabel 50 Ω zien, breng dan met een trafo (balun) de impedantie bij de antenne op 50 Ω of gebruik een trans-match om de kabel, met een onvoorspelbare SWR, bij de set naar 50 Ω te transformeren. Misschien had de computer toch gelijk en moet ik mijn waarde van een meter draad terugbrengen naar de oorspronkelijke 1 à 1,2 µH/m.
Wanneer is een antenne in resonantie: als de stroom naar de antenne maximaal is OF als de uitstraling maximaal is (veldsterkte meter) en vrijwel altijd als de ontvangst maximaal is (stem af op een station zonder fading).
Bastiaan, PA3FFZ.
Deel 1 - deel 2