Draad antennes
Draad antennes
| Draad, wiekan er niet over beschikken (geleidend). Plaats, dat is wat anders. Zij die over ruimte beschikken kunnen er hun voordeel mee doen. Dit soort antenne IS eenvoudig en betrekkelijk eenvoudig in werking te stellen. Het kan ook mis gaan als we de nodige kennis missen of niet gebruiken. | |
 |
 |
| Een veel gebruikt model, Lévy : |
|
| De naam werd door de maker van deze antenne aan dit type gegeven. Experimenten liggen aan de basis van de verwezenlijking zodanig dat niet goed geweten is hoe de eerste proven eruit zagen en afliepen. | Wel een voorbeeldvan eenvoud. Zie de fig onder links. Het kan U verbazen, maar deze antenne is "multiband" of bruikbaar op meerdere banden. |
 |
PM: Origineel was deze antenne NIET multiband maar de stralende delen hadden een precisie lengte. Zoals de fig het laat zien, merk je dat de symmetrische voeding lijn een rol bij de werking zal spelen. U voelt aan dat de lengte hier zeker in rekening moet gebracht worden. |
| De figuur laat het niet duidelijk zien maar de antenne IS symmetrisch en van willekeurige lengte. De voeding gebeurt eveneens symmetrisch. Het zou een groot toeval zijn indien van bij de aanvang het GEHEEL goed afgestemd zou zijn. De zender Moet een goede aanpassin als het warren zien naar de antenne toe. Dit kan door gebruik van een "tuner" gebruik te maken. Deze problematiek werd elders al besproken. Wilde verhalen gaan hun gang. Deze antenne zou werken met staande golven, of nog lopende golven. Goed om weten is indien goed afgestemd het GEHEEL, antenne EN lijn zich gevraagt als aangepst aan de tuneruitgang en dus aan de zender of ontvanger. |
|
| Zoals elke antenne, ook multiband zien we aan het voedingspunt een bepaalde impedantie (Z= R+jX). De lengte van de draden in functie van de gebruikte frequentie is bepalend. De kippendraad voeding (de paralleldraden zoals op de figuur) vertoont een zekere impedantie. In dit geheel ontstaat een belangrijke VSWR zoveel is zeker. In eerste instantie mag dit in de parallel lijnen daar dit soort lijn weinig of niet straalt en bijgevolg zijn de verliezen minimaal. De antenne zelf gaat van naturen uit zelf wel stralen (dat is ook de bedoeling) door de elektromagnetische energie de ruimte in te sturen . De omgeving omheen de antenne zal dit stralen beïnvloeden. Als we het begrip lopende golf aanhouden zal, indien de twee delen lang genoeg zijn, alle energie omgezet worden en geen terugkaatsen plaats vinden. Hier kunnen we stellen dat de antenne aangepast is. Heb je ruimte, dan lange draden ( meters). Relatief korte draden daar zal de omzetting naar de ruimte niet volledig gedaan zijn en op het einde van de antenne wordt de overschot terug naar de bron gestuurd. Er ontstaan NU staande golven. Het zou toeval zijn dat aan de bron al dat terug gekaatst vermogen (een deel wordt bij terugkaatsing de ruimte ingestuurd) 'verbruikt' is. In dat geval terug opnieuw tot als weg is ( een deeltje in de voeding en een groot deel in straling). Hopelijk ziet U een glimworm van licht maar de essentie is gezegd. In extremis is het mogelijk om een draadje van enkele dm via een geschikte "tuner" aan een zender te koppelen en het geheel werkt. We hebben met reden het niet gehad over "nearby field". Bij deze opstelling zal daar het meeste van de energie zich bevinden. Gevolgen kunnen zijn schade aan andere elektronische toestellen of brandwonden bij raken van metalen voorwerpen ( afhankelijk van het gebruikte vermogen). |
|
| Men besluit hieruit dat het wel degelijk mogelijk is om eender welke antenne van een systeem aangepast te maken. Stralen is wat anders maar hoe meer draad hoe meer gestraald word maar daarom niet direct de gewenste richting. | |
| De doublet : |
|
|
Ook een eenvoudige antenne is de reeds vernoemde dipool, ook wel doublet genoemd. Zeker voor de lagere banden is er ruimte nodig. Inkorten maak dat we eigenlijk terug bij de "Levi" geland zijn. Voldoende hoog en vrij van obstakels kunnen we dit type als de basis antenne bestempelen. De impedantie op resonantie bedraagt 75 Ω . Een voeding van 73 Ω is bijna ideaal maar enkel bij resonantie. Wensen we daarbuiten toch wat te werken zal aanpassen nodig zijn. |
 |
| Deze antenne is vooral "monoband" door de Constructie. Een en ander moet gebeuren als we op meer dan één band wensen te werken. Hier wordt het moeilijk. Wat we ook doen, houdt er rekening mee dat de eigenschappen steeds minder zullen zijn. De VSWR zal moeilijker te beheersen zijn en daarom ook de verliezen. Men zal snel gebruik moeten maken van een aanpassing toestel. | |
|
|
Het idee links is eenvoudig. We plaatsen meerdere dipolen (monoband) zoals hiernaast. Experimenteren dus daar de dipolen op elkaar zullen inwerken. Dit type antenne heeft haar waarde bewezen en daardoor vinden we in zowat alle handboeken over antennes een beschrijving terug. Een enkele coax liefst met balun voedt het geheel en maakt de opstelling daardoor veel goedkoper. Voor het afregelen beginnen met de langste dipool, tot ze alle gedaan zijn, en dan nog eens herhalen. Proberen , testen, proberen enz ... dat is de oplossing. |
| De dipool in omgekeerde V : Ω |
|
| Stel U een dipool voor waarvan het voedingspunt in de hoogte en de draad einden ergens dicht bij de grond maar toch uit elkaar. We hebben hier met een omgekeerde "V" te doen. U zal direct merken dat deze antenne , hoewel dipool, zich anders gaat gedragen. Door de nabijheid van de grond ontstaat op die uiteinden belangrijke capaciteit waardoor de golf toch naar de aarde verder "loopt". De directiviteit gaat anders zijn (zie rechts een voorbeeld). U detecteert een deel lopende golf principe. De capaciteit heeft tevens het effect dat de antenne verlengd wordt. Men zal om toch nog als dipool te gedragen de antenne wat korter moeten maken. De impedantie wordt door deze opstelling anders en benadert de 50 Ω . |  |
| In de praktijk is plaatsen van zo een antenne eenvoudiger daar één steunpunt slechts nodig is. De ruimte dat deze antenne in neemt is beperkter, maar men moet er wel op letten dat we nog met een "V" te doen hebben. Het is evident dat de antenne voldoende hoog met betrekking tot de frequentie moet staan. Een dipool horizontaal plaatsen en dat voldoende hoog, daar zal ieder het er mee eens zijn, is moeilijker. | |
| De antenne Windom : |
|
|
|
Lijkt op de "Levy" maar wordt niet meer in het centrum gevoed. Het voedingspunt ligt op één derde van de totaal lengte. Uit wat U vroeger zag kan het voeding punt niet meer zuiver resistief zijn. Tevens kan U inzien dat de impedantie groter is (vergelijk met de dipool). Blijkt nu dat op harmonische frequenties deze antenne gemakkelijker afstembaar blijft. De meeste "tuner" kunnen deze regeling aan. |
| Over de aanpassing valt nog wel wat te vertellen. De voeding hier gebeurt bij middel van een coax. Hier ontstaat een misaanpassing en moet met "tuner" weg gewerkt worden. Voeden met een parallel lijn gebeurt ook. Volgens de manier van samenstellen van deze lijn kan men de impedantie beter geschikt maken. Een "tuner" met symmetrische uitgang is hier nodig. Soms zien we ook het gebruik van 'Ballun" om van asymmetrische coax naar symmetrisch over te gaan (beide delen stralen). Ook kan hierdoor een betere aanpassing bekomen worden door in te spelen op de transformatie verhouding (vb: 1 op 4 of 6). Weeral mogelijkheid om te experimenteren. | |
| De G5RV : |
|
| De man, G5RV zijnde in juni 2004 overleden verdient alle eer. Deze antenne bestaat uit een stralend deel van 31,10m gevoed via een parallel lijn en een coax zoals de fig rechts toont. De conceptie was voor de 20 m band maar bij middel van een "tuner" ook voor andere banden beschikbaar. |
|
Veelal zijn de "tuners" asymmetrisch uitgevoerd. De coax maakt aansluiten eenvoudiger. Naar verluid moeten de afmeting strikt nageleefd worden. Voor mij zelf onthoud ik dat een "tuner" het middel is om onwillige antennes op elektrisch vlak in de pas te doen lopen. Men heeft er groot voordeel aan om, als mogelijk de "tuning" zo dicht mogelijk bij de antenne te plaatsen. De verliezen door de staande golven zijn dan kleiner. Als aarding nodig is voor de tuner weet dat een lange aard geleider als stralend element zal werken en mogelijk U doel doet voorbij schieten, stralen in de gewenst richting, en mis aanpassing. |
|
| De W3DZZ : | |
| Nog een door radio amateur ontwikkelde antenne met grote bekendheid. Deze laat een redelijke aanpassing op de meeste amateur banden toe. Het gaat om harmonische frequenties. De lengte van 33 m is niet zeer overdreven en zal minder bij plaatsgebrek moeten uitgesloten worden. Men kan deze antenne ook als omgekeerde "V" antenne monteren. |  |
| Als je opmerkzaam deze antenne bekijkt dan zal de aanwezigheid van twee parallel afgestemde kringen niet ontgaan zijn. De afstem frequentie is 7 MHz. Als we op deze frequentie werken dan betekenen deze kringen een zeer grote impedantie en isoleert als het waren het centrale gedeelte van de antenne. Deze kringen noemt men "traps". Dus wat buiten voorbij de traps nog aanwezig is telt voor de straling niet mee. We beschikken hier over een halve golf voor 7 MHz. Op 3,5 MHz betekend deze trap nog weinig en werkt de antenne op 80 m. Voor 14 MHz is de antenne goed voor drie maal de halve golf. Op 21 MHz wordt dit 5 maal de halve golf . 28 MHz is de lengte 7 maaleen halve golf. Trouwens dit principe van "getrapte" antenne wordt eveneens voor multiband beam's . Het zelfde verhaal is voor verticale antennes mogelijk. Dus een veel gebruikte techniek. | |
| Opmerking: we gingen over het feit zonder opmerking over dat we asymmetrische voedingslijn gebruiken voor symmetrische antennes. Dit is niet zonder gevolg. De buitenkant "mantel" van de antenne bevindt zich in het straling gebied van beide delen van de antenne. Gevolg er kunnen RF mantelstromen ontstaan. In tegenstelling van de parallel lijn gaat deze mantel stralen met mogelijk last met Uw buren. Het komt er dan op aan om van het vloeien van RF stroom de kring te onderbreken. Een balun wordt hiervoor gebruikt. Hier gaan we niet in die werking op in. Toch dit, door deze balun plaatsen we een RF spoel (wikkelingen op een poeder ijzerkern (transfo 1:1 , 1:4 of 1:6) werkt als en onderbreekt de mantel RF stroom. Geen stroom, geen straling. | |
| De vertikale 1/4 golflengte antenne : |
|
| Als men afstapt van het gebruik van draad maar een stijf materiaal in de plaats gaan gebruiken en men bovendien maar een kwartgolf lengte gebruiken dat is het duidelijk dat dit type de belangstelling geniet. Deze antenne is hier door eenvoudiger te plaatsen en vraagt weinig ruimte. Zoals steeds is er een keerzijde. Wat we hier boven opgemerkt hebben zal door de assymmetrie het probleem van ongewenst stralen opduiken. Westellen hier reeds dat om reden van het stralingspatroon deze antenne interessant is. | |
|
|
De antenne bestaat uit een verticaal kwartgolf stralend deel. Door de aanwezigheid van de grond of grondvlak zal deze antenne ongeveer als een een halve golf gaan werken. Vergelijk dit type met de dipool en U trekt het gevolg dat het voedingspunt de helft moet zijn dan bij de dipool nl.: 36 Ω. De aarde moet werkelijk als referentie nul moeten werken en dus degelijk. Een samenstellen van een kunstaarde of grondvlak is ook mogelijk. |
| U begrijpt zonder in details te treden dat het voeden van dit type anders is en dat zoals reeds gezegd de aarde behoorlijk moet zijn. Er ontstaat van uit de straling van de kwart golf een reflectie de grond. De kwart wordt als het ware gespiegeld. Daarom het belang van d eigenschap van die aarde. Verbeteren door gebruik van een kunst aarde is dikwijls onvermijdelijk. Daar U merkt dat het elektrisch veld loodrecht op de aarde staat zeggen we dat de polarisatie "VERTICAAL" is. Moest het hier om een werkelijke dipool gaan door de inwerking van de reflectie dan zou de straling langs de aarde (loodrecht op het vlak van de antenne. De straling gebeurt in de werkelijkheid onder een lage hoek wat zeer belangrijk is om grote afstanden te overbruggen. Nogmaals onderstreep de beperkte ruimte om zo een ding te plaatsen. |
|
|
|
De fig. links verduidelijk wat daarjuist uitgelegd werd. Het spiegelbeeld zal beter en duidelijker zijn als de aarde op RF vlak beter is. Beter betekend geleidend. Op een ondergrond van zand in de woestijn moet op reflectie niet veel gerekend worden. De grond zal een deel van de energie opslorpen en dit betekend verlies. Een kunst aarde (kippendraad afsluiting als een mat uitgerold zal kunnen helpen. Een groot aaltal graden radiaal gewijs van uit het voeding punt naar buiten toe is een andere methode. Des te meer van deze draden gebruikt worden hoe beter deze aarding maar vergeet toch niet aan echt aarding punt te maken (zelf slecht kan dit de kunst aarding wat ondersteunen. Wat opgeslorpt wordt NIET opnieuw door de reflectie geuitgestraald. Een truck voor daar waar het mogelijk is , is de verbindingspaal met de grond nat houden zelfs met zout water (milieu !!) De antenne herkent U als een kwart golf. Het probleem zoals hier beschreven is er niet als we een halve golf antenne centraal gevoed vertikaal opstellen. Als de ruimte en de gebruikte frequentie het toelaten geeft deze antenne goede resultaten. Denk er wel aan dat de richting van stralen NIET perfect horizontaal gebeurt. De grond om heen de antenne zal ook hier reflectie veroorzaken en gecombineerd met de rechtstreekse golven de as van stralen wat naar omhoog richten. Prima antenne voor de lange afstand door de lage straling hoek. |
| Let er op dat in dien U denk door de vertikale opstelling wat naar één kant te doen hellen met het gedacht de hoek te verkleinen dan zal het U niet lukken. Het tegendeel is waar. Mooi oefening om te achterhalen waarom. | |
| De vertikale "getrapte" antenne : |
|
| Een voorbeeld staat hiernaast. Zulke traps betekenen steeds wat verleis maarhet voordeel multiband is een duidelijk voordeel dat opweegt. Een antenne voormeerderebanden op een beperkte ruimte , toch niet te versmaden. Het principe en werking is gelijkaardige dan de "getrapte" dipool W3DZZ. Ook hier zal een eerste trap het uitwendig (bovenste) deel isoleren en op de grondfrequentie (de laagste) werken. Hiernaast zijn andere traps getekend en de werking is identiek maar help bij de isolatie voor andere frequenties. Voor de laagste frequentie betekenen die traps enkel maar verlies. Zijn de traps van goede kwaliteit dan blijft het verlies beperkt. Als de gebruikte frequenties niet in een harmonisch verband staan (meestal niet amateur ) dan kunnen traps ook ingezet worden en het werkt goed. Ten treuren , experimenteren maar want van de eerste keer zal het wel niet lukken. Verliezen betekent minder rendement vergeet dat niet. |
|
| Voor deze en de hoger beschreven antennes is er maar een kwart lengte die gevoeld wordt. De aarding is zoals steeds de nul referentie. Voeding via een coax ligt dan voor de hand. De impedantie is, zoals U weet 36 Ω en coax met deze waarde is mij niet bekend. Dus we gebruiken dan een type van 50 Ω watbest voldoet. Het vlechtwerk komtuiteraard aan de aarding. | |
| Coax van 75 Ω ook gebruikt bij TV en 50 Ω Kan verwondering opwekken. Het type 50 Ω is een compromis daar gelegen tussen 75 en 36 Ω en is de meeste gevallen inzetbaar. | |
| Enkele eenvoudige regels : |
|
| De antenne is een toestel dat elektrische energie naar straling omzet. De straling is elektromagnetisch. Dit betekend dat er twee soorten velden ontstaan. Een eerste welke als referentie van polarisatie dient is de " HET ELEKTRISCH VELD". ONAFSCHEIDELIJK ONTSTAAT EN "EEN MAGNETISCH VELD". HET ENE KAN NIET ZONDER HET ANDERE BESTAAN. HIERONDER ZIET U EEN VOORSTELLING. |
|
 |
 |
| ELEKTRISCH VELD | MAGNETISCH VELD |
| NIET MOEILIJK OM TE BEGRIJPEN, als een veld verstoord wordt door obstakels dat de propagatie meestal negatief beïnvloed wordt. Bij licht (ookelektromagnetisch) is dit zichtbaar. De regel is om voor zover mogelijk we ervoor zorgen dat in de directe omgeving van onze antennes er geen opstakels staan. Wel meestal moeilijk te verwezenlijken. Het zijn vooral metalen constructies waarbij de invloed het grootst zijn, maar bomen (volgens het seizoen) kunnen hun invloed doen gelden. | |
| Aandacht verdient , zoals reeds vermeld, de invloed van de aarde. De hoogte dus is van groot belang. Met hoogte wordt een verhouding tot de golflengte bedoeld. Zie de fig hieronder. Wanneer de hoogte boven de kwart golf uit stijgt dan is de zaak nog niet daarom OK. Lobes in onverwachte richting Kunnen veroorzaakt worden en, pech we zien die niet. | |
|
|
|
| Een illustratie van wat hoger aangehaald: links merkt U een antenne op halve golf hoogte opgesteld. Het is een voorstelling van hoe de lobes ten opzichte van de grond er kunnen uitzien. Met een beetje goede wil kunnen we stellen dat de stralingshoek ten opzichte de grond ongeveer 30 à 45° graden is. De andere figuur laat een antenne op één golflengte hoog zien. Terug het is een voorstelling . We merken twee lobes aan elke kant. Eén onder een wat kleinere hoek, een andere wat groter. Men zegt: we hebben secundaire lobes. Is dit nu goed of slecht. Het is maar te zien of één van de hoeken gunstig is voor wat men op het oog heeft. Niet getekend maar U mag er gerust in zijn is een dipool op één vierde hoogte. Benaderend mag men zeggen, de straling gebeurt als een halve bol. Wat is nu een mogelijk voordeel? Vertikaal stralen lijkt op het eerste zicht nutteloos. Maar als er op de ionosfeer reflecties optreden (zie elders) kan dit gunstig en gewenst zijn voor verbindingen op korte afstand. Uitzendingen op 80 m tijdens tonen mooi aan wat hier gezegd werd. Het is zelf zo dat de grondgolven onvoldoende zijn om een bepaalde afstand te overbruggen maar bij goede keuze van frequentie EN tijdstip van de dag deze verbinding als prima doorkomt. De Uitzendingen van ON4UB tonen dit goed aan. Enige kennis van antennes, propagatie.... zijn zeker niet overbodig om gewenste verbindingen te verwezenlijken. |
|
|
|
|
| Einde van een zeer belangrijk hoofdstuk. Mag dit een simulant zijn om verder aan zelfstudie over dit onderwerp te doen. Zeker alles is nog niet gezegd maar een goed overzicht van de principes antennes zal dit hoofdstuk toch zijn. Antennes is eerdereen vak apart. | |
