LPAM Antenne - waslijn antenne

 

 

 

 

 

Een LPAM Antenne – een waslijn antenne

De uitdaging bij de start van dit LPAM Antenne project was:

  • Hoe ziet een effectieve Middengolf Antenne voor lage frequenties er uit?
  • Hoe bouw je zo’n Antenne in een kleine tuin en/of een doorzonwoning?
  • Hoe bereik je op lage frequenties toch grotere afstanden?

De oplossing voor dit vraagstuk leek mij de waslijn-antenne.  Een antennevorm die je weinig ziet, waarover ook weinig gepubliceerd is maar die door Frederic Van Duerm in de jaren ’70 met veel succes is toegepast op 557 kHz.

Beperkingen en ontwerpeisen

De beperkingen en eisen aan het ontwerp van deze Middengolf Antenne voor de lage frequenties.

Aan welke eisen moet de antenne voldoen?

  1. Veilig zijn:
    1. Beveiligd tegen blikseminslag
    2. Bestand tegen zware storm (windkracht 10)
  2. Effectief zijn:
    1. Een beter bereik leveren dan de traditionele antennes op Middengolf-frequenties
    2. Vergunningsvrij zijn: geen bureaucratisch gedoe.
  3. Betaalbaar en eenvoudig te construeren:
    1. Materialen uit de lokale bouwmarkt gebruiken.
    2. Een maximale hoogte van 5 meter kennen (geen aparte vergunning nodig)
  4. Relevant zijn:
    1. Het aanvankelijk doel was te experimenteren onder in de band op ruwweg 500-550 kHz. Maar niemand heeft daar iets aan. De laagst verkrijgbare licentie frequentie is 675 kHz. Die wordt het dus.

De antenne die ik hier beschrijf is bruikbaar van 1 Watt tot ongeveer 25 Watt zendvermogen.

Details over de bouw vind je op Middengolf Antenne bouwen. Op deze pagina bekijken we hoe het werkt en hoe je het maximale rendement uit zo’n antenne haalt.

 

LPAM Antenne compleet gemonteerd

 

 

 

 

Hoe werkt zo’n waslijn-antenne?

Het principe van de Waslijn-Antenne wijkt wat af van andere draadantennes. In principe werkt de opwaartse leiding naar het midden van de waslijn als de ‘straler’, dus als de daadwerkelijke antenne.

De waslijn draden zenden zelf geen signaal uit.

Dat komt doordat de straling van de ene draad de straling van de volgende draad opheft. De stromen in twee draden zijn tegengesteld en daarmee is de straling ook tegengesteld. Zo heffen die stralingen elkaar op.

 

principe van de waslijn antenne - lpam antenne

 

 

Wat is dan het nut van die waslijn?

Je ziet dat het antenne gedeelte, de straler, maar 5 meter lang is. Die 5 meter heb ik gekozen omdat je in Nederland een vergunning moet aanvragen voor antenne installaties die meer dan 5 meter hoog zijn.

Zo’n antenne van 5 meter is veel te kort voor de middengolf en zeker voor pak hem beet 675 kHz.

Een kwart golf dipool, een staafantenne met de lengte van ¼ van de golflengte zou ¼ * 444 meter = 111 meter hoog moeten zijn. Onhaalbaar voor amateurs.

Hiervoor zijn nu twee oplossingen:

  1. Een laadspoel,
  2. Topcapaciteit

De laadspoel is de meest toegepaste oplossing. Beide oplossingen streven ernaar om de antenne in resonantie met de zendfrequentie te krijgen.

Een Antenne van 111 meter zou uit zichzelf in resonantie zijn. Een antenne in resonantie straalt de meeste energie uit. En dat laatste is waar antennes voor dienen. Je radiosignaal uitzenden.

Een kortere antenne komt capaciteit en inductie tekort om op de lagere frequentie in resonantie te kunnen komen. Een kwartgolf dipool van 5 meter zal resoneren op 20 meter ofwel op 15 MHz.

 

De laadspoel

De laadspoel brengt extra inductie in (en ook wat capaciteit) waardoor de antenne op een lagere frequentie kan resoneren. Elders op de site vind je een tooltje waarmee je de inductie van zo’n laadspoel kunt berekenen.

Voor 675 kHz en een straaldraad van 2 mm dik en 5 meter krijg je dan een laadspoel 1666 µH groot. Gekkenwerk.

 

LPAM Antenne Laadspoel 1666 µH - gekkenwerk

 

 

Het probleem van zo’n grote laadspoel?

De verhouding tussen de impedantie van de antennedraad en die van de spoel staat zwaar uit het lood. Die draad bezit nog geen fractie van de capaciteit van de spoel. In de praktijk zal daardoor een groot deel van je zendenergie in de spoel gaan zitten en maar een klein deel in de antenne!

De door de antenne uitgestraalde energie zal daardoor ook maar een fractie zijn van wat je zender aanbiedt.

Kortom, de antenne inrichting als geheel functioneert met die spoel veel beter dan zonder die spoel maar toch gaat er enorm veel energie verloren en wordt er maar weinig uitgestraald.

 

 

Topcapaciteit

topcapaciteit waar je niet veel mee opschiet

 

Topcapaciteit zie je in beperkte mate wel toegepast worden. Alleen schiet men er in de praktijk niet veel mee op. Op de foto zie je een voorbeeld van een LPAM antenne met topcapaciteit (foto van de site LPAM.NL).

De toegevoegde topcapaciteit zou voor een antenne in de 5 meterband toegevoegde waarde hebben. Voor de middengolf is de waarde van deze topcapaciteit veel te gering en daardoor nihil.

 

Waarvoor dient topcapaciteit?

Met het aanbrengen van topcapaciteit bereik je twee doelen.

  1. De antenne draad wordt langer. Antennes stralen het sterkst onder in de straler. Daar is de stroom het sterkst en hoe verder weg van het aansluitpunt je komt des te zwakker wordt de antennestroom.

    Door het aanbrengen van lange draden topcapaciteit verbeter je dus de straling in het onderste antennedeel.

  1. Door de topcapaciteit neemt de capacitieve waarde van de Antenne ten opzichte van aarde (de radialen onderaan je antenne) toe. Hoe meer topcapaciteit je aan weet te brengen des te minder laadinductie je nodig hebt om de antenne tot resonantie te brengen.

In mijn geval heb ik ongeveer 60 meter topcapaciteit aan de straler weten te hangen. De benodigde spoelinductie zakte daarmee naar ongeveer 200 µH.

 

Hoe de Antenne aanpassing regelen?

Ik heb wel 20 artikelen in mijn computer staan over hoe je dat het beste kunt aanpakken. Helaas, uitproberen en resultaten meten leert dat er veel wordt gepubliceerd dat misschien toevallig een keer werkte maar dat is dan geluk, of het gevolg van onjuiste metingen.

Lees verder over mijn ervaringen, experimenten en mislukkingen en hoe Dr. Anitha Govind mij de weg wees die tot resultaten leidde.

 

 

Meten is weten maar wat weet je dan?

Zonder meetinstrument tast je in het duister over wat je aan het doen bent. Als het op Antenne Analyzers aankomt zie je twee populaire instrumenten, de Nano VNA en de RigExpert.

De Nano VNA is goedkoper maar is ook minder robuust wat een nadeel is als je er buiten mee op het dak aan het werk bent. Werken met de Nano VNA is ook wat omslachtiger maar wat ik van collega’s hoor werkt het verder prima.

De RigExpert is professioneler, robuuster en eenvoudiger te bedienen. Ik koos voor de 230 die een reikwijdte biedt van 100 kHz tot 230 MHz. Voor mijn experimenten ruim voldoende.

 

Kale LPAM Antenne - de eerste meting

 

Oké, die meter aan de kale LPAM Antenne gehangen.

De meter, de Smith Chart, toont me dat de antenne een sterk capacitieve aard heeft. De data geven aan dat de capacitieve weerstand -J504 sterk is. (Verderop kom je een korte uitleg over die Smith Chart tegen.)

De meter geeft ook al aan dat om bij de ingestelde meetfrequentie (675 kHz) in resonantie te komen er een inductietekort is van 118 µH (series model dus in serie met de antenne).

 

Even een spoel wikkelen die 118 µH inbrengt?

Met schade en schande heb ik al geleerd dat even een spoel met de gevraagde inductie wikkelen niet zal werken.

Waarom niet?

Eenvoudig omdat elke spoel die je wikkelt ook flink wat capaciteit zal inbrengen. De capaciteit die optreedt tussen de windingen van je spoel. Kortom, wikkel je een spoel van de in mijn voorbeeld 118 µH dan krijg je er ook ongevraagd en ongezien een stuk condensator bij.

Die condensator, die in je spoel verscholen capaciteit verstoort de berekende afstemming. Met als gevolg dat je meer inductie in moet brengen om tot resonantie te kunnen komen.

Ik besloot om het veilig te nemen en een spoel van 200 µH te wikkelen en die zogenaamde laadspoel in serie met de antenne te schakelen. Mijn gedachtegang hierbij is dat het altijd makkelijker is om later eventueel te veel aangebrachte windingen te verwijderen dan om tekorten bij te winden.

Op bijgaande foto zie je die spoel.

 

loading coil laadspoel 200microhenry gemonteerd in een stuk regenpijpbuis met schroefdeksel -lpam Antenne

 

Deze laadspoel is gewikkeld op een stukje witte afvoerbuis (3 cm dik) tot 200 µH. Vervolgens is hij en vocht- en lichtdicht gemonteerd in een stuk regenpijpbuis met schroefdeksel.

 

Het resultaat was niet onaardig

Deze foto’s zijn op het dak bij de antenne gemaakt.

 Het resultaat was niet onaardig-lpam antenne

 

Je ziet dat de resonantiefrequentie is uitgekomen op 674 kHz en dat we bij die frequentie praktisch op de horizontale lijn zitten die de ohmse weerstand aangeeft (de bruine stip met witte punt). De SWR is bij 675 kHz 1,63. Niet supergoed maar ook niet slecht.  

Die SWR wordt voor een belangrijk deel veroorzaakt door de afwijking ten opzichte van 50 ohm die de Antenneweerstand bezit. Je ziet op de Smith Chart dat die bijna op 2 uitkomt. Nauwkeuriger gemeten is die afgerond 82 ohm.

Die antenne impedantie moeten we kunnen aanpassen! Toch?

Even een aanpassingstrafo wikkelen dacht ik.

 

 

Een aanpassingstrafo

In de doos met ferriet struinen. Ik heb me de gewoonte aangewend om, op het moment dat ik zulke onderdelen ergens bestel, ik altijd meer bestel dan ik op dat moment nodig heb. De meerkosten daarvan zijn bij dit soort onderdelen gering en je krijgt hiermee wat grijpvoorraad.

OP een FT82-61 (Al waarde 75 nH) heb ik snel een trafo gewikkeld die bij 675 kHZ primair 50 ohm (13 windingen) laat zien en secundair 85 ohm (17 windingen). Dat moet dacht ik een leuke aanpassing verzorgen.

 

de uitkomst: rampzalig - werkt niet op de lpam antenne

 

Ik sluit die 50 ohm aan op de coax en de 85 ohm op de antenne en berg hem op in het doosje dat je rechts op bovenstaande afbeelding ziet.

 

De uitkomst: rampzalig ☹

De SWR springt naar 10 en de impedantie naar beneden, 20 ohm. Overigens wel redelijk dichtbij de horizontale ohmse lijn. Vertwijfeld kijk ik naar de RigExpert en geloof ik mijn ogen niet. Die trafo maar weer snel verwijderd.

Toch heb ik met de inductiemeter netjes 50 ohm gemeten! Goede raad is duur. Ik ga weer een paar dagen zoeken en studeren. Op zoek naar informatie over:

  1. SWR,
  2. De Smith Chart,
  3. Antenne impedantie aanpassing.

Dat laatste brengt me op het spoor van Dr. Anitha Govind. Van haar publicatie “Antenna Impedance Matching – Simplified” leer ik hoe het werkt.

Met mijn trafo heb ik aan de antenne een shunt-impedantie, een kleine parallel-impedantie aangebracht. En die kleine parallel-impedantie zorgt ervoor dat de antennekring op een veel hogere frequentie gaat resoneren!

En er is meer. Lees even met me mee.

 

 

Wat is SWR

SWR is een afkorting die staat voor Standing Wave Ratio, staande golf verhouding. In het kort komt het er op neer dat een onjuiste aanpassing tussen zender en antenne, of tussen zender, coax en antenne veroorzaakt dat een deel van je signaal van de antenne terugkaatst naar de zender.

Bij een SWR getal beneden de 2 is dat niet zo erg. Het vermogensverlies valt mee. Bij hogere SWR moet je oppassen. Het vermogensverlies wordt heftiger en ben jij aan het zenden met een transistor zender dan kunnen die teruggekaatste signalen de eindtrap van je zender beschadigen. Bij een buizenzender zal dat laatste niet zo snel gebeuren.

 

SWR voorbeeld

swr en powerverlies in LPAM Antennes

 

Hiervoor zag je dat na plaatsing van de laadspoel de SWR in mijn LPAM Antenne uitkwam op 1,63.

Bijgaande tabel laat zien dat het vermogensverlies ruim 5% is. Dat is jammer, ik ga kijken of ik dat kan verbeteren maar het is niet dramatisch.

Je ziet dat bij een SWR van 3 je al een kwart van je vermogen kwijt raakt. Je ziet ook dat de teruggekaatste spanning dan al 50% van de verzonden spanning is. Die spanning is dus bij transistor apparatuur wel een issue.  

 

 

De Smith Chart en Antenne Aanpassing eenvoudig uitgelegd

Voor een uitgebreide beschrijving kun je via Internet de pdf van Anitha downloaden. Hier is mijn samenvatting. Om te beginnen: de Smith Chart uitgelegd.

 

 

Smith Chart uitgelegd

 

 

 

Ohmse waarde

Je ziet in deze cirkel een horizontale lijn. Die lijn staat voor ohmse weerstand. De 1 in het midden staat voor 50 ohm. De meest gebruikte impedantie in radio antenne installaties.

Ga je op die lijn naar rechts dan zie je 2 – 3 – 4 - 5 etc. Dat is evenzoveel maal 50 ohm. Dus 5 = 5*50 -250 ohm. Naar links zie je 0,9 – 0,8 – 0,7 etc. Idem dito: 0,6 staat dus voor 0,6 * 50 = 30 ohm. 

Inductieve waarde

Het gebied boven de horizontale lijn vertegenwoordigt de inductiekant van je antenne. De weerstandwaarde van die inductie wordt aangeduid met +J. In de tekening zie je staan bij punt A: 15 Ω +J20. Hier wordt dus een impedantie weergegeven die bestaat uit een weerstand van 15 ohm en een inductie met een weerstand van 20 ohm.

Let op!

Die weerstandswaarde mag je niet zomaar bij elkaar opstellen om de totale impedantie te berekenen. Die moet je vectoriaans optellen maar voor de afstemming van je antenne hoef je je in dat laatste niet te verdiepen.

Capacitieve waarde

Onder de horizontale streep vind je de capacitieve waarde van een antenne meting. In de tekening zie je bij punt B: 80 Ω - J20. Een capacitieve component van je antenne wordt dus met een minteken aangeduid.

 

Samengevat en resonantie vorming

Bij een plus J waarde in je meting is je antenne meer inductief. Bij een min J waarde is hij capacitief.

Om nu een antenne in resonantie op de ingestelde meetfrequentie te krijgen moet je inductie toevoegen, bij een capacitieve antenne, of capacteit toevoegen bij een inductieve antenne.  

 

 

Impedantie aanpassing van de LPAM Antenne

Met behulp van een Smith Chart meting, een meting die je met een Antenne analyser, een Nano VNA of een RigExpert kunt uitvoeren, stel je dus vast wat de impedantie van je antenne is.

Bij experimenten in het gebied van de Middengolf en bij alles beneden een frequentie van 3 Mc zal die antenne meestal capacitief zijn. D.w.z. dat je LPAM antenne te kort is om tot resonantie te komen. De antenne heeft te weinig inductief vermogen. De meter vertoont een stevige -J facor en op de chart sta je ergens in het onderste segment.

In mijn situatie zag je een sterk capactief karakter (-J 500) met een relatief hoge weerstandscomponent (77).

 

De ervaringen van publicerende collega’s

Op Internet tonen tientallen collega amateurs hoe zij hun antenne hebben aangepast , tot resonantie hebben gebracht of naar een lage SWR hebben geleid.

De ene zweert bij een Balun, de andere bij een laadspoel (loading coil) een derde heeft een paralel spoel en een vierde een afstemkring, een vijfde een serie afstemcondensator etc.

Vrijwel niemand legt het waarom van zijn keuzes uit en dat maakt al die video’s en artikelen voor mij vrij waardeloos.

Gelukkig zijn er ook positieve uitzonderingen en die helpen je echt verder. Eén van hen is Dr. Anitha Govind. Zij geeft aan dat in mijn situatie een serie laadspoel en een parallel condensator de te begane route is.

 

De les van Anitha

Hierbij twee schema’s van haar hand die de ideale route aangeven voor aanpassing van je antenne. Die route is afhankelijk van de startsituatie in je antenne.

 

De juiste aanpassing bij een Capacitieve Antenne - lpam antenne

 

aanpassing van capacitieve antennes-lpam antenne

 

 

 

De juiste aanpassing bij een inductieve Antenne - lpam antenne

 

aanpassing van inductieve antennes-lpam antenne

 

 

 

 

Kort samengevat: Je moet eerst zorgen dat je op de cirkel van 50 ohm uitkomt. Daarna beweeg je naar de horizontale lijn (zuivere ohmse weerstand).

Je startmeting bepaalt waar je begint.

In mijn situatie zag je bij de eerste meting dat mijn antenne uiterst rechtsonder scoorde. Ik kom dus uit bij schema C:  eerst een parallel capaciteit aanbrengen die de antenne op een cirkellijn brengt richting 1 (=50 ohm) brengt. Daarna inductie in serie met de antenne om hem in resonantie te krijgen.

Natuurlijk gelden deze schema’s ook voor iedere andere antenne en niet alleen voor een LPAM Antenne.

Zoals we zagen ben ik er met mijn laadspoel aardig in geslaagd om resonantie te bereiken. Na wat experimenteren bleek dat ik met een parallel Ctje van 100pF nagenoeg op 675 resonantie zat en ook dat ik daarmee op de 50 ohm cirkel (de 1 in het midden) was beland.  

Maar helaas, daar bleef ik niet. Zie de meting afbeeldingen hieronder.

 

nagenoeg op 675 resonantie -maar helaas... -lpam antenne

 

De ohmse weerstand die eerst bijna 78 ohm was is nu bijna 82 ohm geworden! ☹

Het vermogensverlies als gevolg van SWR mag dan bij 1.6 beperkt zijn tot 5 %. Wanneer je met lage vermogens werkt zoals bijvoorbeeld 1 Watt PEP dan is elk procentje minder verlies pure winst.

 

 

Impedantie aanpassing van je Antenne?

Impedantie aanpassing van je LPAM Antenne met de methode van Anita werkt hetzelfde als bij elke andere antenne. Maar als je kale antenne heel laagomig is zoals bijvoorbeeld een korte vertikale antenne van 3 tot 10 meter? Of 78 ohm zoals bij mij, dan heb je een uitdaging!

Je kunt dan met deze methode wel resonantie bereiken maar dan heb je nog geen aanpassing op 50 ohm! En dat laatste is van belang voor een optimale vermogensoverdracht uit mijn coax kabel en een zo laag mogelijke SWR.

 

 

Een trafo of een UNUN opnieuw bekeken

Na de de schok van mijn rampzalige ervaring met de eerste aanpassingstrafo schoot in een flits een les van docent Van Denderen door mijn hoofd.

 

De les van Van Denderen

Het is eind jaren ’60. Hij kon geweldig lesgeven. Hij wist complexe zaken aanschouwelijk te maken. In de les die door mijn hoofd schiet laat hij zien hoe een spoel een bepaalde impedantie kent. Met een te berekenen en een te meten stroom bij een aangelegde wisselspanning.

 

die impedantie wordt lager als er een tweede spoel in de buurt komt

 

Hij liet zien hoe de stroom in de primaire spoel toe nam op het moment dat er een tweede spoel in de buurt wordt gebracht. Hoe dichterbij die tweede spoel komt des te groter wordt de stroom.

Sluit hij ook nog eens een belastingweerstand aan op die tweede spoel dan neemt de stroom nog meer toe.

De les is dat een spoel met een bepaalde inductie een impedantie kent. Die impedantie kun je uitrekenen of meten. Vervolgens zie je dat dat klopt en dat bij een gegeven spanning de berekende stroom volgt.

Maar die impedantie wordt lager als er een tweede spoel in de buurt komt. Wordt die secundaire spoel belast dan moet de voeding daarvoor uit de primaire spoel komen. Die belasting laat de stroom daar toenemen en dus daalt de impedatie (Z is U/I).

 

 

Antennetrafo voor de LPAM Antenne

Mijn trafotje van 50/85 ohm met een primaire spoel van 50 ohm liet 20 ohm zien toen daar secundair de belasting van de antenne op werd aangesloten.

Met andere woorden, de spoeltjes moeten meer windingen krijgen of de ferriet kern mag krachtiger zijn, een hogere Al waarde kennen.

Na wat experimenteren kom ik op het volgende uit.

  1. De ringkern kan beter ferriet zijn dan ferroxcube of andere kernen met een lage Al waarde. Ferriet heeft een hogere Al waarde en werkt daardoor beter.
  2. Transformatie van 50 naar 81 ohm levert een trafo verhoudig op van 1 : 1,62. De wikkelverhouding bij zo’n trafo is de wortel van de impedantie verhouding. De wortel van 1,62 is 1,27.

Een wikkelverhouding van 1,27 is nog niet eenvoudig te realiseren. Alle ferrietkernen in de rommelbak worden uitgeprobeerd. Maar de ene levert te lage AI waarde en een andere, bijvoorbeeld een FT-240-77 levert een veel te hoge Al waarde waardoor je bij enkele windingen al een veel te hoge inductie en impedantie krijgt.

Op een ferriet kern FT-82-77 kom ik met 4 windingen primair en 5 of 6 windingen secundair plus een ohmse belastingweerstand van 83 ohm aangesloten op de secundaire zijde niet in de buurt van 50 ohm primair.

De volgende proef is met 11 windingen primair en (11*1,27=) 14 windingen secundair. Dat levert primair een impedantie op van 50,05 ohm.

De SWR geeft bij deze studeerkamer meting ruim 1,4 aan. De +J (de inductieve weerstand) van de kring gaat richting 20. Daarom nog een proef.

 

 

Een UNUN of een Trafo gebruiken?

Die SWR van 1,4 vond ik veel. Daarom gestart met een proef die in totaal minder inductie inbrengt maar wel dezelfde impedantie transformatie kan realiseren. Een UNUN.

 

Wat is een UNUN?

Een UNUN is een autotrafo die een ongebalanceerde lijn (coax) aansluit op een ongebalanceerde LPAM antenne ( plus elke endfed of ¼ vertical ).

 

Een UNUN voor deze LPAM Antenne


Een autotrafo ontleent zijn naam aan de eerste massaal toegepaste toepassing ervan. De bobine in een klassieke benzine motor.

De inductieve weerstand is nu lager dan bij de trafo namelijk +J13 ohm. De kring kent geen resonantie en dat verklaart naast de inductie weerstand de SWR die nu wel lager is maar nog steeds relatief hoog namelijk 1,31.

De volgende proef moet zijn met een echte antenne. Ik verwacht dat de inductie van de laadspoel omlaag moet om de antenne weer in resonantie op 675 kHz te krijgen. Die lagere inductie inbreng van de laadspoel moet dan de inbreng van de UNUN compenseren.

We gaan zien of dat klopt.

 

 

De UNUN aan de antenne gekoppeld

Zoals je op de afbeelding ziet is de meetuitslag teleurstellend.

 

LPAM Antenne De UNUN aan de antenne gekoppeld

 

De antenne toont zich zeer licht inductief en de resonantiefrequentie is vrijwel op koers. Maar de SWR is nauwelijks verbeterd en de impedantie is eveneens nauwelijks verbeterd.

In de uurtjes na deze meting probeer ik van alles, de loading coil (laadspoel) weg, dat blijkt een vergissing dus die gaat weer snel terug. Minder windingen op de UNUN, allerlei verschillende paralel capaciteiten toegevoegd, seriecapaciteiten uitgeprobeerd...

Niets helpt, de antenne impedantie blijft boven de 70 ohm.

Ik weet geen raad meer en overweeg om maar een stuk 75 ohm coax aan te schaffen. Aan de zender kant kan dat met de tuner ertussen geen probleem zijn.

Waarom werkt die UNUN niet in mijn Antenne en wel bij andere Amateurs? Het antwoord hierop kom je verderop tegen.

 

 

De trafo aan de antenne gekoppeld

Die trafo ligt nog op mijn werktafel. In de studeerkamerproef liet die trafo een slechtere performance zien dan de UNUN.

Ten einde raad en met niets meer te verliezen besluit ik om die trafo toch maar ook een keer aan de echte antenne te koppelen. Kijken wat die doet?

De UNUN presteert immers ook anders aan de LPAM antenne dan op de bureautafel.

De trafo heeft dezelfde wikkelverhoudingen als de UNUN. Primair 11 windingen en secundair 14 windingen voor de impedantie verhouding 50 : 81.

aanpassingstrafo met impedantie verhouding 50 : 81

 

Hiernaast zie je het aansluitschema.

 

Het resultaat is verbluffend!

De SWR is nu onder de 1,2 gezakt en de impedantie onder de 60 ohm. Ik verminder de windingen naar een verhouding 10 naar 13 en dan toont de smith chart nagenoeg 51 ohm met nog een licht inductief karakter. Wat experimenteren met enkele serie condensatoren.

10 nF blijkt het meest passend.

 

LPAM Antenne inregelen

 

 

BIJ 675 kHz is de SWR nu 1,06! De Impedantie 48,2 en de weerstand ook. De resonantie frequentie ligt op 673.

Als je bedenkt dat als we uitzenden op 675 de bandbreedte die we wettelijk innemen ligt tussen 670500 Hz en 679500 Hz. Dan ligt deze antenne daar mooi binnen. De LPAM Antenne is nagenoeg perfect afgestemd.

 

LPAM Antenne nagenoeg perfect afgestemd

  

 

Wat leren we van dit laatste LPAM Antenne inregelen experiment?

De inductie verhoudingen van deze aanpassingstrafo liggen los van de antenne op 117 µH primair en ruim 198 µH secundair. Bij 675 kHz levert dat impedanties op van respectievelijk 495 en 840 ohm.

Belast met 50 ohm coax primair en een antenne van ongeveer 81 ohm secundair levert dat bovenstaande fantastische resultaten op. De wikkelverhouding is 10-13 is 1:1,3.

Bij een belasting van 50 ohm primair levert dat secundair 50 * 1,3*1,3 = 84,5 ohm op.

Draaien we het om!

We weten (zie 3e meting afbeelding op deze pagina) dat de antenne met de laadspoel samen 81,8 ohm meet. 81,8/1,3*1,3 =48,4 ohm.

De meting hierboven laat 48,2 ohm zien 😊

Bij een aanpassingstrafo is dus de wikkelverhouding veel belangrijker dan de aan het bureau berekende en gemeten impedantie. Sterker nog. Die impedantie kan beter maar een factor 10 hoger liggen!

 

Waarom UNUN niet toepassen bij lage impedantie transformaties?

Hoe kan het dat iedereen UNUN’s gebruikt voor impedantieaanpassing bij Antennes en dat het bij mijn LPAM Antenne niet werkt?

Na een nachtje onrustig slapen (heb ik als ik iets niet begrijp), kom ik weer terug bij de lessen van Van Denderen. Eigenlijk is het eenvoudig.

De EMK (elektromotorische kracht) die in de spoel wordt opgewekt is tegengesteld aan de spanning en stroom die haar bron is. De stroom die vervolgens naar de LPAM Antenne gaat lopen is dus ook tegengesteld aan de stroom die vanaf de zender komt.

Onderstaande afbeelding geeft dat weer.

 

Waarom UNUN niet toepassen bij lage impedantie transformaties LPAM Antenne

In mijn situatie is die antennestroom maar iets lager dan de voedingsstroom die uit de coax komt. Ongeveer 50/82*100 = 60%.

Je ziet dat die twee stromen elkaar tegenwerken. De resterende lage stroom door die 11 windingen bepaalt de impedantie die de COAX ziet. R=U/I. De stroom is nu 60% lager dus zal de impedantie 60% hoger zijn = 80 ohm.

De RigExpert geeft 79,3 ohm aan 😊 dus deze redenering klopt.

 

Waarom werkt die UNUN niet in mijn LPAM Antenne en wel bij andere Amateurs?

Eenvoudig. Zij passen de UNUN toe bij veel grotere impedantieverhoudingen. Bijvoorbeeld bij een 1:9 UNUN is dat 50 : 450 of bij een 1:49 UNUN is dat 50 : 2450.

Wat je dan ziet is dat de tegengestelde stroom die de antenne bedient maar een fractie is van de stroom in de voeding (coax). Rekenkundig bij 450 ohm is dat 11% en bij 2450 ohm is dat slechts 2 %.

De afwijking in de impedantie die de coax ziet zal dan ook niet meer zijn dan 5 ohm (totaal 55 ohm) bij een 1:9 UNUN en 2 ohm (totaal 52 ohm) bij een 1:49 UNUN. In de praktijk zullen die cijfers uitmiddelen en nog lager zijn.

Tot zover.

Er is ook een beschrijving beschikbaar van de bouw van deze LPAM Antenne.

Vragen, suggesties, opmerkingen? Ik hoor ze graag.

-

Koos Overbeeke

 

 

Reactie van lezers

 

Robin

Hier in Ulvenhout ontvang ik niets op 444 meter. Wat is je naam en welke muziek zend je uit?

 ..Koos

Dat klopt Robin. Ik zend niet uit. Mijn hobby is experimenteren, verkennen en onderzoeken van radiotechniek. Om de LPAM Antenne te testen ben ik twee keer 5 minuten in de lucht geweest. Eén keer met 1 Watt PEP en één keer met 3 Watt.

 

Robin

Zoveel werk voor 5 minuten?

..Koos

😊 Ik begrijp je opmerking Robin. De LPAM Antenne en deze antennetechniek ga ik in 2022, na het behalen van een amateur licentie, gebruiken op de 160 meter band.   


Koerd

Koos, ik wil met de AM MAX 100 Watt PEP LPAM Zender gaan werken.  Je schrijft dat de antenne maar 25 Watt aankan. Wat gebeurt er als ik er 100 Watt op zet?

..Koos

Deze LPAM Antenne kan zeker 100 Watt aan Koerd en nog wel meer ook. De beperking zit in de inregel elementen die ik heb gebruikt.

Voor 100 Watt zou ik de loading coil wikkelen met dikkere draad, 1 mm bijvoorbeeld.

Voor de aanpassingstrafo zou ik dan een zwaardere ferrietkern nemen met een vergelijkbare Al waarde. Bijvoorbeeld FT-240-43. Dan zal het zeker werken.     


Freek

Je laadspoel is niet het beste voorbeeld in de LPAM Antenne. Je kunt dacht ik beter een dikke spoelvorm nemen en hem wikkelen met dikke draad.

..Koos

Dank je voor deze aanvulling Freek. Je hebt helemaal gelijk. Zeker als je 10 watt of meer vermogen de LPAM antenne in wilt pompen dan kun je beter jouw suggestie volgen.

Voor mijn experiment en als je maximaal met 1 Watt vermogen uitzend is de spoel die ik gebruikte wel toepasbaar.


Rob

LPAM antenne. Waarom ga je niet lineair loaden? Waarom niet gewoon een T antenne?

..Koos

Beste Rob. Lineair loading is een andere truc voor het aanpassen van een antenne die te kort is.

Lineair loading eenvoudig samengevat is het samenvouwen van een lang stuk draad parallel aan je verticale antenne. De totale lengte van de antenne komt daarmee in de buurt van een ¼ golflengte.

Door dit te doen krijg je aanpassing van de antenne aan je coax voedingskabel. Een ¼ golflengte antenne is op het voedingspunt laagohmig en laat op dat punt een hoge stroom zien.

Op die manier is die aanpassing prima.

LPAM Antenne met lineair loading

Klik voor een grotere afbeelding

 

Je hebt echter wel een heel stevige straler nodig. Een straler die het gewicht en de windvang van deze constructie moet dragen.

Je kunt natuurlijk een stevige vlaggenmast als drager gebruiken en daar een draad langs spannen die als straler moet dienen.

Neem dan wel een dikke draag minimaal 5 mm dik voor de straler en volgens het ARRL Antenna book moet je moet zorgen dat die stralerdraad minimaal 30 cm of meer van de (houten) mast af hangt.

De straling van al die draden werken elkaar enigzins tegen. Dat is dus niet zo mooi allemaal.

Bovendien moet in de Middengolf die draad al heel erg lang worden en zo een aantal keren van beneden straler naar boven en terug samengevouwen worden.

Constructie technisch is dit op de korte golven een makkelijk toepasbare techniek en geschikt voor een kleine ruimte.

Voor een LPAM Antenne in de Middengolf wordt het een erg lange draad (ergens tussen de 50 en 125 meter). Effectief is het een stuk minder dan de antenne die ik heb gebouwd en getest.

In de waslijnantenne gaat de grootste stroom ongestoord door het stralerdeel van de antenne en gaat de straling daar onbelemmerd de ruimte in.

 

Waarom geen T-antenne voor je LPAM antenne?

T antenne ARRL onderzoek

 

Een T-antenne werkt vergelijkbaar en is makkelijker te construeren dan de waslijnantenne maar ook deze antenne is minder effectief.

Ook bij de T-antenne gaat de grootste stroom door het stralergedeelte naar de topcapaciteit die je toevoegt.

Maar bij een gelijk aantal meters draad als bij de waslijn is de T-Antenne veel minder effectief.

De waslijn wordt steeds effectiever naarmate je de ¼ golflengte nadert. Bij de T-antenne heeft na een paar draden het toevoegen van meer draden nauwelijks nog effect (blijkt uit door ARRL uitgevoerd onderzoek).

 

Kortom, wat kies je voor je LPAM Antenne?

Je moet altijd kijken naar de ruimte en de mogelijkheden die je hebt. Heb je de ruimte, bouw dan een waslijn. Moet de constructie eenvoudiger, neem een T-antenne. Heb je weinig ruimte en zit je onder de 200 meter golflengte,  overweeg dan lineair loading.


 

Rob

Dank je Koos. Een opmerking over de ground van je LPAM Antenne, het radialen netwerk. Jouw radialen zijn "gelift", anders gezegd, ze liggen niet in of op de grond. Dat betekend capaciteit tussen je antenne en radialen maar ook nog een capaciteit tussen je radialen en "ground" en dat heeft een negatief effect.

Ik zit al heel lang in de (verkorte) antenne biznizzz, heb er veel experimenten mee gedaan waarbij ik me altijd afvroeg waarom nu juist dat resultaat.

Overigens, veel veren voor al wat je beschreven hebt. Heel interessante experimenten op een fantastische manier omschreven. Het spreekt zonder meer aan. Complimenten!

..Koos

Dank je Rob, ik heb die radialen wel geaard met een aardpen die 26 meter diep de grond in gaat. Toch heb je gelijk. De grounding kan beter.

Maar zoals ik al eerder opmerkte. Iedere amateur moet het doen met de beperkte mogelijkheden van zijn situatie en daarbinnen dan de beste optie vinden.

 

 

Terug van LPAM Antenne  naar LPAM

 

 

Jouw reactie en/of vraag
Je persoonlijke gegevens zoals email adres worden niet op de site vermeldt!