Home - Techniek - Electronica - Radiotechniek - Radio amateur bladen - Repeater - Antenne aansluitperikelen voor 10 GHz
Ik krijg regelmatig vragen van "hoe sluit in een antenne aan op mijn 10 GHz zender", waarna ik vraag van welke antenne heeft U en wat voor soort zender gebruikt U. Ook naar de connectoren en de soort golfpijp aansluiting vraag ik, omdat daar verschillen in zijn.
Een zendamateur die op 10 GHz wil uitzenden wil daarvoor een antenne gebruiken. Daar ontstaat dan al snel de vraag hoe je dat doet. De door zendamateurs gebruikte antennes zijn meestal een "Hoorn" antenne of de parabool antenne. Deze antennes en hoe ze aan te sluiten zullen in dit verhaal beschreven worden.
Eenvoudige situatie
Het eenvoudigst ligt de situatie voor degenen die een klein zendertje in een oude LNB behuizing hebben ingebouwd en deze rechtstreeks in een daarvoor geschikte parabool hangen, net zoals vroeger een LNB in de parabool gemonteerd werd als satelliet downconverter. Afhankelijk van het type LNB, oude LNB met (rechthoekige) golfpijp of moderne LNB met aangebouwde straler, wordt de LNB of via een "adapter" of rechtstreeks in de parabool gemonteerd.
In de situatie van een oude LNB met een golfpijp aansluiting wordt een golfpijp op een adapter aangesloten. Deze adapter kan een klein "hoorn" antennetje zijn, maar ook een horizontaal / vertikaal polarizer met een rilletjes hoorn straler. Had je vroeger twee separate LNB's nodig die via een horizontaal / verticaal combiner in de parabool werden gehangen, tegenwoordig maakt de horizontaal / verticaal omschakeling deel uit van de technische schakeling van een LNB.
Het verschil kan je zien aan de RF aansluiting, een rechthoekige golfpijp en een soort rond trechtertje, waarbij de rechthoekige golfpijp de oude is. De oude serie LNBs zijn LNBs voorzien van een rechthoekige golfpijp van het type WG17. De polarisatie van deze LNB ligt vast. Als je in de golfpijp van deze LNB kijkt ziet je een oppik element. Als dit element horizontaal staat, heb je een horizontale polarisatie. Om de polarisatie aan te passen kan je gebruik maken van een horizontaal / verticaal golfpijp splitter, of van een elektrisch bedienbare polarizer.
Deze polarizer heeft een rechthoekige golfpijp ingang, en een ronde golfpijp uitgang voorzien van een rillenhoorn. Normaal gesproken heb je deze mechanische converter nodig als je dit type LNB in een parabool wil hangen. De rillenhoorn kan je zien als een antenne met een zodanige opening hoek dat de parabool optimaal wordt bestraald. De feedhorn is een straler die geoptimaliseerd is voor het gebruik in een bepaalde parabool vorm.
Eigenschappen parabool
Belangrijk is hierbij te weten wat de eigenschappen van je parabool zijn; wat is de schotelvorm (parabool, offset, gregorian, cassegrain) en wat is de diepte van je schotel. Dit is van belang om te weten wat de f/d verhouding is. Die f/d verhouding is bepalend voor de te gebruiken straler voor die schotel. (vrijwel alle parabool aansluitingen zijn alleen geschikt voor een ronde golfpijp aansluiting.) Hoe je een f/d verhouding kunt bepalen wordt later in dit artikel beschreven.
Een andere oplossing is om zelf een "hoorn" straler te maken. Deze hoorn maak je van print of metaalplaat (blik/koper/messing). Ook hier moet je er voor zorgen dat de gain zodanig is dat de parabool optimaal wordt bestraald. Zie figuur 3.
Prime focus vs. offset
Waar moet je bij het bestralen van een parabool op letten? De energiedichtheid in het midden is hoger als dat aan de rand. Het meest optimale is dus als je in het midden van de parabool een optimale afstraling heeft. Bij een normale (prime focus) parabool heb je te maken dat de straler (of zender) zich precies in het optimaie stralingspunt zit, en dus de afstraling hindert. Hoe groter de schotel, des te kleiner dit effect, of omgekeerd. Hoe kleiner de schotel, des te groter het verlies. Een offset parabool voldoet beter aan de wens om een antenne met optimale gain, hoewel bij grotere schotels het effect snel kleiner wordt. Bij een offset schotel hangt de zender buiten het stralingsveld, en belet dus niet de optimale afstraling.
Al deze vormen van bestraling hebben een mogelijk nadeel. De zender en straler hangen voor de schotel, terwijl de schotel zelf aan de mast hangt. Hierdoor ligt de zwaarte kracht ongunstig verdeeld. Een andere oplossing is om de parabool te voorzien van een lange golfpijp, welke door de achterkant naar het brandpunt gaat. Hier plaats je een reflector, zodat ook de energie weer optimaal in de parabool komt.
Een bijkomend voordeel hier is datje vrij makkelijk bij de zender kan komen, omdat zich deze niet voor de parabool hangt, maar zich achter de parabool bevindt.
Hoornantenne
En dan de laatste antenne die door amateurs gebruikt wordt, de grote "Hoorn antenne". Deze "Hoorn" is beduidend groter dan de antenne die voor bestraling van een parabool gebruikt wordt. Deze antenne is eenvoudig van opzet en eenvoudig door amateurs te maken. Deze antenne zier er uit als een rechthoekige trechter, voorzien van een op de golfpijp afgestemde flens. Deze antenne is eenvoudig te maken voor zowel WG16 als WG 17(1).
De Hoorn antenne kan je eenvoudig op de LNB monteren terwijl de voordelen legio zijn. Montage van een Hoorn antenne aan de mast is eenvoudig te maken met een universele antenne klem, uitlaatklem enz. De "Hoorn" antennes hebben een gain van ongeveer 16 a 21 dBi voor handzame afmetingen. De gain wordt bepaald door de oppervlakte van de uitstraal opening, terwijl het rendement door de lengte wordt bepaald. Een compromis is een rendement van ongeveer 50 %. Dit geeft een redelijk korte lengte met redelijke gain. De later beschreven antennes zijn van deze 50 % rendement uitgegaan.
Ter vergelijking: een parabool heeft een gain van 25dBi of meer. Aan het einde van dit artikel zie je een eenvoudige tekening om van printplaat een "Hoorn" antenne te maken. Zie figuur 3.
Antenne's met complexere situaties
Onder complexere situaties versta ik alle overige situaties van een zender in een LNB behuizing die direct op de antenne wordt aangesloten.
Zender met extra eindtrap (meerdere modulen)
Hierbij heb je een zender, gevolgd door een eindtrap en mogelijk nog andere componenten. Deze losse modulen kan je het eenvoudigste op elkaar aansluiten met coaxkabels en goede connectoren. Voor amateurgebruik kan je het beste kiezen uit semi rigid en SMA connectoren. Deze kabeltjes zijn in grote mate op de diverse radio markten te koop. Daar waar de stuurzender uit een LNB behuizing bestaat kan je het beste de behuizing aanpassen en de golfpijp overgang van de behuizing afzagen en hier rechtstreeks een SMA chassisdeel met teflon achterzijde op schroeven. In de praktijk blijkt het gat, waar de straler op de print is gemonteerd, dezelfde afmetingen te hebben als het teflon stukje van de SMA connector. Het chassis deel kan je het beste vastzetten met vier M2 schroeven, welke je in de behuizing moet boren en tappen. (een chassisdeel met twee schroeven voldoet ook, maar moet dan wel met beide schroeven vast gemaakt worden. De schroeven mogen niet in de golfpijp steken, omdat dit aanpassingsproblemen geeft.
De diverse modulen kan je via de SMA kabeltjes eenvoudig aan elkaar monteren, maar uiteindelijk zal de laatste stap zijn dat het geheel aan de antenne wordt gemonteerd. Hiervoor zal toch weer een coax-naar-golfpijp verloop nodig zijn.
Overgangen coax-naar-WG16-golfpijp
Deze overgangen zijn te koop op radiomarkten en variëren in prijs van 2,50 tot 100 Euro. Ook is het mogelijk om met wat inspanning zelf een overgang te maken. Ook hiervoor is een tekening bijgevoegd. De WG 16 golfpijp is onder andere te koop bij HTB Electronic uit Duitsland, die op vrijwel elke radiomarkt in Nederland staat. Ook is dit materiaal onder een andere naam te koop bij "Non Ferro" metaalhandelaren onder de naam messing meubel profiel met de afmetingen 25 x 12,5 x 1 mm. Prijs ongeveer 40 Euro per 5 meter. (excl. BTW). Coax-naar-WG17 overgang Deze overgangen zijn eenvoudig te maken van een oude LNB met WG17 golfpijp. Van een oude LNB verwijder je alle printen en zaag je het gedeelte na de print/golfpijp-overgang van het aluminium binnenwerk. Op de plaats waar de straler naar de print zat monteer je een SMA connector met een teflon achterzijde. Dit SMA chassisdeel bevestig je met vier M2 schroeven, die je in het aluminium huis van de overgang voorboort en tapt. Zie figuur 1 en 2. (gezien de hoge frequentie en snel optredende verliezen heeft een SMA chassisdeel met 4 schroeven de voorkeur boven die met twee schroeven. Een slecht gemonteerd chassisdeel met een schroef vastgezet maakt weliswaar contact, maar de HF verliezen zijn al snel meer dan 3 dB).
De lengte van de straler, die in de golfpijp behuizing steekt moet net zo lang zijn als de originele straler die op de print gesoldeerd was. De bevestiging van deze twee golfpijpovergangen kan je hetzelfde houden als de reeds eerder beschreven LNB met golfpijp uitgang. De golfpijp overgang kan je rechtstreeks aan een "Hoorn" antenne bevestigen, of via een stuk golfpijp verder transporteren naar bijvoorbeeld een parabool.
Brandpunt berekeningen van een onbekende parabool
Om een brandpuntafstand van een onbekende parabool te berekenen heb je twee gegevens nodig:
1: de diameter van de parabool (D)
2: de diepte van de parabool (C)
De diepte van een parabool kan je meten door er een lineaal over heen te leggen, en daarna de grootste diepte te meten. De brandpuntafstand (F/D) bereken je met de formule:
Hierbij is D de diameter, C de diepte en f de brandpunt afstand.
Een andere interessante formule om een parabool te maken is: y^2=4fx
Hiermee kan je de kromming van de parabool berekenen. Fig.4 maakt dit allemaal wat duidelijker.
Ik hoop jullie wat meer te hebben bij gebracht zodat je een eigen antennesituatie kan ontwerpen.
Referentie G.R. Jesssop,G6JP, RSGB VHF/UHF manual.
Notes
- WG16 golfpijp is grofweg bedoeld voor het frequentiegebied 8 - 12 G Hz en WG17 golfpijp van 9 - 13 G Hz.
PE1CMO