DX antenne voor 160 meter
Het opgeven van KA1 op 160mtr in de BQC MARATHON leidde tot de vraag van de contestmanager, Adriaan PAoATG, over info m.b.t. de gebruikte antenne.
Inmiddels is gebleken dat KA1 niet een incident was want op 2 mei kwam VE1ZZ retour op mijn CQ-aanroep. Het gebruikte vermogen van mijn kant was 4 watt CW en dat leverde een rapport van 559 op vanuit het verre Canada. Bij het naderen van de zomercondities nog een keer de oceaan over op 160 meter!
160mtr is een mooie band voor antenne-experimenten want het installeren van een 'full size' antenne is voor een gewone amateur niet te realiseren. Sommigen van ons hebben nog wel ruimte voor 40mtr draad maar een hoogte van minimaal 80mtr, dat is echt te veel gevraagd.
De uitdaging om in een beperkte ruimte toch een redelijke antenne neer te zetten is op deze band ongetwijfeld het grootste.
Geheel volgens de boekjes werden diverse pogingen ondernomen om de noodzakelijkerwijs te korte antennes met verlengspoelen in resonantie te brengen. Dat lukt, maar de resultaten bij zenden en ontvangen bleven duidelijk achter bij de verwachtingen.
Tijdens de experimenten ben ik mij gaan afvragen: 'hoe kan het toch dat die niet bestaande ether toch signalen kan overbrengen?'. En toen ik vernam dat die niet bestaande ether ook nog bepaalde eigenschappen bezit rezen echt grote vraagtekens???
Mijn prive speurtocht naar de ether is nog lang niet ten einde maar tijdens het gesnuffel in boeken en tijdschriften kwam ik als den van de eigenschappen van de ether tegen: een Zk van 377 Ω. Nu is Z = u/i en daar heb ik de mogelijkheid aan vast geknoopt dat we 377 × zoveel spanning als stroom de ruimte in zouden moeten slingeren. Met andere woorden: een sterk elektrisch veld opwekken en dat doe je met een condensator.
Critici verklaren mijn gedachte voor onhoudbaar en wijzen erop dat die 377 Ω voortkomt uit de eenhedenkeuze van ons metrische stelsel. Wie weet hebben ze gelijk.
In ieder geval is dit de gedachte achter de antenne die echt werkt. Direkt na het installeren kwam PA3FQN op bezoek met een TS440 en de eerste avond werkten we binnen anderhalf uur stations uit alle hoeken van Europa met 25 watt.
Natuurlijk nam Martien de 440 weer mee naar huffs en toen moest er SNEL lets anders komen dat kon zenden en niet meer met kristallen. In een weekend werd een zender gebouwd met buizen die toevallig aanwezig waren . . . van die oude gevallen uit WO II.
Een 6SN7 als oscillator op 900 kHz en nog een 6SN7 als balansverdubbelaar en een 807 als nabrander. Met de schermroosterspanning kan het uitgangsvermogen worden ingesteld op 1, 4 of 16 watt (het overkomt me niet vaak dat lets in 1 keer feilloos werkt).
De antenne
Een korte antenne kan worden beschouwd als een seriekring waarbij we als spoel de lengte van het draad of de staaf kunnen nemen met een zelfinduktie van 1,2p,H/mtr. Tussen de vertikale 'straler' en aarde is ook capaciteit aanwezig.
Voor de kring geldt de bekende formule:
Het produkt van L en C is bepalend voor de resonantiefrequentie. Is L te klein door een te korte draad dan kunnen we L vergroten met de gebruikelijke verlengspoel of C vergroten d.m.v. een topcapaciteit bovenop de vertikale straler.
Voor mijn vertikaal was 7mtr de makkelijkst realiseerbare hoogte en dat geeft een L van 8,4 µH. C moet dan ± 1000 pF worden. Daar is een flinke topcapaciteit = bovenste condensatorplaat voor nodig.
waarin
C in pF,
A = oppervlak in cm2 en
a = afstand tussen de platen in cm.
Voeren we voor C in 1000 (pF) en voor a 700 (cm), dan vinden we een plaatoppervlak van 800 m2 en voor een condensatorplaat van 800 m2 had ik geen ruimte.
Maximaal haalbaar was 340 m2 met 2 draden van 20 m en 1 van 14 m, waarbij het nog even de vraag was of die draden met flinke 'gaten' er tussen een even goede pleat vormen als een massieve. Ja!! (Zie fig. 1.)
Fig. 1.
Omdat meer C niet realiseerbaar was moest er toch nog lets spoel in de draad worden opgenomen. Met 5 à 6 µH aan de voet was de zaak in resonantie te krijgen.
Hoe weten we dat de antenne in resonantie is?
Een seriekring heeft dan de laagste Z en dan loopt er dus de grootste stroom. Die is te meten met een lampje (1,5V) in serie met de antenne of door het afregelen op maximale spanning over de aardleiding (1 à 2 watt HF toevoeren).
Met een veldsterktemeter of een dipper als absorbtiemeter gaat het ook uitstekend en als laatste mogelijkheid: max. ontvangst.
Aan een SWR meter heeft u niets. de antenne heeft een impedantie die veel kleiner is dan 50 Ω. Met het afregelen op een SWR van 1:1 is de antenne beslist niet in resonantie!
Asymmetrische antennes zoals de vertikaal en de 'lang'draad kunnen alleen maar goed functioneren als ook de 'tegenantenne', aarde, puik in orde is. De seriekring loopt namelijk via de aarde.
De impedantie van een seriekring in resonantie is gelijk aan de verliesweerstanden. Die verliezen zijn: verliezen in de antenne, in het aardsysteem (RA) en de stralingsweerstand (Rs).
Op de antenneverliezen hebben we weinig invloed en die reken ik gemakshalve bij de stralingsweerstand. Het is misschien wonderlijk om Rs als verlies te behandelen maar via Rs verliest de antenne zijn vermogen aan de ruimte.
Alleen Ohmse weerstanden consumeren vermogen en daar hebben we er twee van: Rs die uitstraalt wat we willen uitstralen en RA die hooguit het gras beter doet groeien. Het is dus zaak om RA zo klein mogelijk te houden of te krijgen. Recht onder de antenne had het PEB de (rand)aarde elektrode diep in de grond geslagen . . gelijkstroomweerstand enkele Ohm's.
Met de zender werd 15V HF gemaakt tussen deze aardpen en de antenne. Tussen een hulpaarde en de aardpen werd 13 V en tussen hulpaarde en de voet van de antenne 17 V HF spanning gemeten.
15 V = 13 V + 17 V??? Dit sommetje is alleen maar vectorisch op te lossen, er is een reactantie in de aardleiding aanwezig waarover zich een flinke spanning ontwikkelt die verhindert dat er een fatsoenlijke stroom in het antennesysteem kan lopen!
Met het toevoegen van extra spoel in het aardsysteem werd het alleen maar erger en dus werd een condensator in serie met de aarde geschakeld. Met een C van 4700 pF werd een minimale spanningval over de aardleiding verkregen.
16 V zender = 5 V aarde + 11 V antenne. Nu klopt het sommetje omdat we ook de aardleiding met een seriekring hebben uitgestemd. Nu kan de maximale stroom lopen! Maken we het vermogen 16 W dan gaat er nu 11 W naar de antenne en 5 W verloren in de aarde. (Zie fig. 2.)
Fig. 2.
Ps 1
De HF-spanning is gemeten met een eenvoudig diodekopje op de universeelmeter. Omdat dit meten een hoogohmig gebeuren is speelt de overgangsweerstand van de hulpaarde geen rol. Een blanke draad in het natte gras of een pijpje een halve meter in de sappige Hollandse bodem is voldoende.
Ps 2
De 'aarde' kan nog beter door bijv. meerdere aardelektroden de grond in te slaan. Men zou dan de verhouding 5 W:11 W kunnen veranderen in bijv. 2 W:14 W. In dB's worden we daar niet veel wijzer van.
De meeste OM's zullen met de antenne nog niet tevreden zijn, want sluiten we de SWR-meter aan dan lezen we af: 1:4 . De impedantie van de antenne is geen 50 Ω maar 50/4 Ω of 50 × 4 Ω. Deze laatste waarde is niet waarschijnlijk omdat een korte antenne in resonantie een lage stralingsweerstand heeft.
Inderdaad: als we ook de stroom meten blijkt dat de antenne uitkomt op ± 12 Ω waarvan 4 Ω aardverlies en 8 Ω uitstraling (incl. antenneverliezen). Wat ons nog rest is het aanpassen op de 500 coax en zenderuitgang. Een impedantie-verhouding van 1:4 levert een transforma tie-verhouding van 1:2 op en dat is met een bifilair gewikkelde ringkern eenvoudig te realiseren. lk gebruikte een lichtgroene kern ter grootte van een rijksdaalder. Met een beetje dik draad krijgt u wel 15 tot 20 windingen om de kern.
De wikkelingen moeten geschakeld worden als autotrafo. (Zie fig. 3.)
Fig. 3.
Bij de meesten van u zullen de omstandigheden anders zijn en de antenne dus ook. 1 draad van de topcapaciteit hangt bij mij noodgedwongen boven de openbare weg (wat niet mag). Vanwege die verschillende omstandigheden heb ik dan ook meer aandacht geschonken aan de werkwijze dan aan de antenne zelf.
Het loont de moeite om eens een grote condensator buiten te zetten . . . maar een nadeel heeft de antenne ook: de afstraling is zo vlak dat er vrijwel geen signaal omhoog gaat. Dat is uitstekend voor DX maar binnen Nederland en de buurlanden is er vrijwel geen verbinding met deze antenne te maken. Ook dat heeft zijn voordelen: over Duitsland stralen we heen zodat we makkelijk wat verder naar het oosten kunnen kijken.
Wie weinig ruimte heeft zou het ook eens op 80 of 40 meter kunnen proberen met een dergelijke antenne. Het wordt dan allemaal een (link stuk kleiner.
Veel DX toegewenst en zelfs op de langste dag (21/6) is het mogelijk om de Atlantische Oceaan te overbruggen met QRP (na 4 uur 's ochtends lokale tijd).
Bastiaan, PA3FFZ.