Meer bereik uit een te kleine antenne halen
Hoe kun je meer bereik uit een te kleine antenne halen is een spannende vraag want bij de meeste zenders schort het daar aan.
Dat issue gaan we nu oplossen. Aan het werk :-).
Bij LPAM zenders speelt dit vraagstuk vanwege de beperking in zendvermogen vrijwel altijd. Voor een zender op 675 kHz zou je minimaal een antenne van 111 meter nodig hebben. Maar ook op 1485 kHz heb je toch nog minimaal 50 meter antenne nodig.
In de praktijk zijn dat onhaalbare antenne lengtes.
Veel amateurs klagen daarom terecht over het beperkte bereik van hun zender(tje).
Er is een sterke neiging waarneembaar om te grijpen naar meer zendvermogen om het bereik van de zender te verbeteren. In de praktijk is dat vaak niet mogelijk vanuit licentievoorwaarden of andere praktische overwegingen.
Omgekeerd zijn er ook amateurs die claimen met een 1 Watt zendertje ontvangstberichten uit bijvoorbeeld Italië krijgen!
Even voor de duidelijkheid.
- Dat laatste gebeurt op de korte golf en niet op de Middengolf
- Er bestaat een wereld van verschil tussen enkele minuten ‘gehoord worden’ en urenlang kwalitatief beluisterd worden.
En voor met name veel LPAM zenders gaat het er om dat luisteraars kwalitatief goed naar muziek kunnen luisteren. Maar ook voor zendamateurs is het vraagstuk van antenne efficiëntie van belang.
Als je In Australië gehoord wil worden moet je dan een 400 watt of 1000 watt booster amplifier kopen voor je ICOM IC-7300 of je Yaesu FT 710? Of kun je ook Australië bereiken door meer uit je antenne te halen?
Dat laatste, daar schort het vaak aan.
Hoe dat komt?
Het is niet bijzonder moeilijk om een zendertje te bouwen of te kopen. Het optimaal mogelijke vermogen uit een vaak te kleine antenne halen. Dat is het probleem.
En meestal zoekt men de oplossing in de verkeerde richting. Ik heb me daar zelf ook schuldig aan gemaakt.
De uitdaging
De uitdaging is dan om toch zoveel mogelijk signaal uit een feitelijk veel te korte antenne te halen. Meer vermogen in zo’n antenne pompen is eigenlijk een foute benadering!
Het is alsof je een Porsche Motor in een Fiat Panda stopt. Die laatste gaat daar ook niet echt veel harder mee rijden.
Het goede nieuw is: Meer vermogen is meestal niet nodig om meer bereik te realiseren!
De oorzaak van het beperkte bereik is namelijk de matching tussen zender en antenne. Die matching slurpt te veel energie op.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Maar ik heb een SWR van 1.1
Of, mijn SWR is geweldig! Roept iemand. Beter kan echt niet!
Dat klopt, een goede SWR is belangrijk maar de maatregelen om een goede SWR te realiseren verdoezelen wat hiervan de kosten zijn. Die kosten zijn namelijk een gigantisch hoog vermogensverlies.
Ook al gebruik je een PI filter, baluns, loading coils en wat al niet meer om een optimale aanpassing te bereiken tussen zender en antenne, die maatregelen lossen het kernprobleem niet op.
Vaak maken ze het zelfs erger. Ik heb dat zelf ook in mijn experimenten gedaan 😒
Die filters, baluns etc. zorgen wel voor een prima aanpassing tussen zender en antenne maar slurpen ook veel vermogen op.
Lees even met mij mee en ik leg het je uit.
En ook wat je er aan kunt doen.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Kenmerken van een relatief kleine antenne
We kunnen een discussie starten over de vraag wat een kleine antenne is. Zinvol is dat niet en ik denk dat we het er over eens kunnen zijn dat elke antenne met een lengte korter dan 1/4 van de operationele golflengte een kleine antenne is.
Bij een golflengte van 220 meter praat je dan al over een rechtopstaande draad van 55 meter. Of voor een 1600 kHz piraat over 40 meter. Laat staan als je een frequentie hebt toegewezen gekregen van bijvoorbeeld 675 kHz.
En hoeveel zendamateurs kunnen in ons dichtbevolkte land een draaibare dipool van 10 meter voor de 20 meter DX band ophangen? Ik ken er weinig.
De problemen van een te kleine antenne
Elektrisch te kleine antennes brengen problemen met zich mee. We gaan het praktisch houden en niet heel diep op de theorie in maar wel net voldoende om te kunnen begrijpen wat er mis gaat.
We nemen een eenvoudige antenne, een verticale staaf koper, een zogenaamde monopole van 5 meter hoog met een grondvlak met minimaal vier radialen van ook 5 meter.
Die antenne staat op het dak van je schuur of garage of op de nok van het dak van je huis. Dat laatste lijkt de beste plaats maar is het niet altijd.
Het antenne circuit zoals dat er dan elektrisch uit ziet zie je op bijgaand schema van antenne componenten.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
De elektrische antenne componenten
Voor het begrip van wat er meestal fout gaat bij de antenne aanpassing is het van belang dat we de antenne in zijn verschillende componenten begrijpen.
De formules die je in het vervolg ziet worden gebruikt om de waardes van de verschillende antenne componenten te berekenen. Die formules mag je direct weer vergeten maar de waardes van de componenten die naar voren komen zijn ven enorm belang voor ons begrip.
In de praktijk hoef je die waardes nooit uit te rekenen. Daar zijn andere hulpmiddelen voor maar daarover later meer. We moeten eerst begrijpen wat er mis gaat.
De inductie, LA
De inductie van de antennegeleider is de inductie van een rechte geleider. Voor een elektrisch kleine antenne zal die inductie een zeer kleine waarde hebben.
De antenne reactantie (capaciteit zoals bij een condensator) is ook klein maar is haar effect enorm groot bij een kleine antenne.
De antenne inductie kun je berekenen uit:
De ingrediënten zijn:
Ha – Antennehoogte in meters;
Da – De diameter van de antenne draad in meter;
0,2 staat voor µH/m de permeabiliteit van vrije ruimte.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Voor een voorbeeld antenne van 6 meter met een diameter van 15 mm geeft die formule een inductie van 7,65 µH.
Als we een frequentie nemen van 1200kHz (1,2 MC) dan is de impedantie:
La = 2πFL = j 57
De reactantie, Xa
De weerstand die het gevolg is van de antenne capaciteit, reactantie Xa, varieert met de frequentie.
De reactantie van een verticale staafantenne in ohm kunnen we berekenen met de formule:
En ook deze formule mag je weer snel vergeten.
Het ʎ symbool staat voor de golflengte in meters. In ons voorbeeld 300/1,2MC = 250 Meter.
De Xa is in dit voorbeeld - 2245
Dat een capaciteit van 59 pF.
Wees niet verbaast als het in de praktijk meer is. Die 151 pF is berekend in een vrijstaande monopole. In de praktijk zijn er waarschijnlijk muren en gebouwen in de buurt waardoor je antenne zo maar eens een capaciteit van laten we zeggen 80 pf kan bezitten.
De ohmse weerstand van de antenne staaf, Ra
De verliesweerstand Ra is het verlies als gevolg van de weerstand van de antenne.
Om dat verlies te berekenen gebruiken we de geleidbaarheid van het antenne materiaal In ons voorbeeld is dat koper. Geleidbaarheid is het omgekeerde van weerstand.
De formule is:
F= de frequentie µ0 is de permeabiliteit van lucht en σ is geleidbaarheid van het antennemateriaal. Hier koper σ = 59600000 siemens/meter.
Ra in ons voorbeeld komt uit op ongeveer 0,05 ohm.
De stralingsweerstand, Rr
De stralingsweerstand is de belangrijke factor in je antenne. Hij bepaalt hoeveel Radio Frequent -vermogen (RF) de antenne zal uitstralen.
In een weerstand wordt elektrische energie altijd omgezet in warmte. Maar nu wordt de elektrische energie omgezet in uitgestraalde elektromagnetische golven.
De stralingsweerstand in ohm voor een ¼ golflengte monopole wordt gegeven door de formule:
Voor een monopole korter dan ¼ golflengte is de formule:
In onze voorbeeld antenne is dat: Rr = 0,157 ohm
De aardingsweerstand van de antenne
Voor het bepalen van de aardings- of grond weerstand bestaat geen formule. Die weerstand is ook van te veel lokale omstandigheden afhankelijk.
Maar de weerstand is er wel en hij staat in serie met de antenne. Dus het vermogen dat in die weerstand verloren gaat is van belang.
Een perfecte aarde zal enkele mili-ohms bedragen maar dan spreek je over ideale omstandigheden. Zulke omstandigheden kom je in de praktijk alleen tegen bij bijvoorbeeld professionele omroepzenders.
Mind you, zendpiraten zoals Veronica, Noordzee en Caroline, zenders en antennes die op schepen stonden en midden in de Noordzee lagen, die zenders beschikten daarmee over een ideale aarde.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Op het vaste land moeten we een aardsysteem construeren met radialen die onder de antenne liggen.
Een slechte aarde kan zomaar enkele tientallen ohm grondweerstand opleveren.
Laten we voor ons voorbeeld een redelijk goede aarde Rg = 5 ohm voorstellen.
Samenvatting van antenne weerstand componenten
De weerstandscomponenten van een 5 meter staafantenne met een diameter van 15 mm en ingezet op 1200kHz (1,2Mc) 250meter golflengte.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Nu vallen een paar zaken op
Allereerst de capaciteitsweerstand Xa is bij deze kleine antenne veel groter dan de inductieve weerstand. Nu zijn de inductieve weerstand (j) en de capacitieve weerstand (-j) in stroomrichting tegengesteld en daardoor heffen ze elkaar op.
Maar omdat de capacitieve weerstand veel groter is blijft er een weerstand met capacitief karakter over van 2245-57 = 2188 ohm.
Ergo:
Het overgrote deel van het RF vermogen dat de zender richting antenne stuurt gaat verloren in de Xa en er gaat maar een heel klein deel naar de Rr, de stralingscomponent van je antenne.
Bijgaand antenne rekenvoorbeeld maakt dit inzichtelijk.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Kortom, ongeveer 1/12000 deel van het door de zender geleverde vermogen wordt daadwerkelijk uitgestraald!
Een nogal dramatische conclusie.
Hoe verhoudt dit rekenvoorbeeld zich met
36 ohm van ¼ golflengte dipool?
Dramatisch!
Een ¼ golflengte dipool zal inderdaad ongeveer een stralingsweerstand bezitten van 36 ohm.
Reken maar mee met een voorbeeld:
5 meter voor ¼ golflengte geeft 20 meter golflengte.
Stralingsweerstand Rr is theoretisch 60*(3,14*5/20) *(3,14*5/20) = 36,5 ohm.
Let op?
Deze rekenregel werkt niet als de antenne veel te klein is. Dan geld de andere formule die eerder op deze pagina is vermeld. In ons rekenvoorbeeld is de stralingsweerstand bijvoorbeeld miniem, minder dan 1 ohm.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Hier gaat het in de praktijk van
amateur zenders vaak fout
In de praktijk van amateur zenders worden vaak zogenaamde loading coils gebruikt om die capaciteit van de antenne uit te nullen.
En die loading coils worden dan afgesteld op een totale impedantie van 50 ohm. Die 50 ohm maakt dat je er zo je coax op aan kunt sluiten en je een heel erg goede SWR realiseert.
Maar die te kleine antenne is geen 50 ohm en ook geen 36 ohm en die loading coils staan dus verkeerd afgesteld!
Die antenne impedantie is slechts 3 of 4 of 5 en heel misschien 10 ohm. Daar moet de loading coil op worden afgestemd.
Hiermee is verklaard hoe het komt dat veel zendertjes
ondanks voldoende zendvermogen een zo
teleurstellend bereik realiseren.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Het goede nieuws
Het goede nieuws is dat we hier wel iets aan kunnen doen. We zagen al dat inductie en capaciteit elkaar opheffen. We kunnen dus die capacitieve weerstand elimineren door extra inductie toe te voegen.
Een grote verbeteringsoptie voor je antenne
Als we een inductie weerstand van j 2188 inbrengen in onze voorbeeld antenne dan is de totale weerstand van die capaciteit en inductie samen nihil.
Met een HF spoeltje van 290 µH in serie geschakeld met de voorbeeld antenne van deze pagina kunnen we die situatie in principe realiseren.
Het resultaat is een antenneweerstand van 5,2 ohm. Nu gaat ook de inwendige weerstand van de zender een rol spelen. We nemen aan dat die inwendige weerstand 50 ohm is. De totale circuitweerstand is dan 55,2 ohm.
Er ontstaat nu een stroom van 1,81 ampère in de antenne. Het uitgestraalde vermogen is nu I2 R = 0,51 Watt (510 mW). Dit is een verbetering van ruim 160%.
Maar echt goed is het nog niet. En tot zover is er ook nog weinig nieuws onder de zon. Dit soort loading coils worden al tijden lang toegepast.
Maar let op!
Niet op de goede wijze. We gaan verder.
De tweede grote verbeteringsoptie voor je antenne
Die aardweerstand hebben we even aangenomen op 5 ohm. Maar wees in de praktijk niet verwonderd als hij geen 5 ohm maar wel 20 ohm is.
Uit het voorgaande begrijp je wel dat de gevolgen ook hiervan dramatisch zijn.
Denk hier niet te lichtvaardig over. Kijk is wat er gebeurt bij een zogenaamde ground plane antenne.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Bij dit type antenne buigt men de radiale (de grond, de aarde onder de antenne) ongeveer 45 graden schuin naar beneden. Dat doet men om een perfecte aansluiting te krijgen op 50 ohm coax kabel.
En dat werkt ook perfect. Een zeer lage SWR is het resultaat. Maar misschien begin je al te vermoeden wat hier fout gaat!
Men heeft de aardweerstand met 14 ohm verhoogd!
De aanpassing tussen antenne en coax is geweldig maar de antenne efficiëntie is dramatisch gedaald. Met dit voorbeeld voor ogen ga je nu waarschijnlijk anders kijken naar het radialen netwerk onder jouw antenne.
Maar die 50 ohm van je zender is ook een vermogens slokop. Laten we daarom ook even kijken naar die inwendige weerstand van je zender.
De grond weerstand kun je dus enorm verminderen met behulp van een radiaal netwerk onder je antenne. Graaf muizengaas in onder je grasmat of leg dat gaas op je platte garage dak of onder vlonders op je dakterras.
Hierbij zie je dat de antenne hoogte op de nok van je huis wel beter is maar een goed grondvlak ga je daar nooit bereiken. Op een plat dak lukt dat wel en je begrijpt nu het belang daarvan.
Enorme verliezen
in de Antenne Matching Schakelingen
Alle relatief kleine zenders die je tot nu toe op de-radio-amateur.nl kunt tegenkomen zijn gebouwd met een pentode-buis in de PA (de eindtrap).
Bij die buis wordt het antenne signaal van de anode afgeleid. De impedantie van zo’n pentode is vaak enkele kilo-ohms. Overigens hetzelfde geld voor zenders uitgerust met transistoren. De collector van zo’n PA transistor kent ook een hoge impedantie.
Nu moeten we de zender, een hoogohmige signaalbron dus gaan matchen met een laagohmige antenne. Je kunt zo’n impedantieaanpassing redelijk eenvoudig realiseren met een transformator. In audio versterkers doen we dat immers ook en dat werkt daar uitstekend.
Bij een zender werkt het ook uitstekend en de vermogens verliezen in zo’n trafo zijn relatief gering.
De reden dat we dat bij radio zenders toch bijna nooit doen heeft te maken met harmonische signalen die een zender ook kan produceren. Probeer maar eens uit bij de bouwpakket zender met el84.
Bij het afstemmen van het PI filter voor een sprietje aangesloten op dit zendertje is het belangrijk om te beginnen met de laagste frequentie (afstemcondensatoren dicht, maximale capaciteit) om vervolgens de afstemfrequentie langzaam te verhogen totdat er een piek in het uitgestraalde vermogen optreedt (het lampje licht op).
Ga je beginnen aan de hoge frequentiekant (afstemcondensatoren in het pi filter helemaal open) dan zul je zien dat je zender en de antenne op een harmonische van twee of drie maal de gewenste frequentie piekt.
Die te korte antenne werkt namelijk op die hogere frequenties veel beter!
Pi filter
De benadering die ik tot nu toe heb toegepast en die meestal wordt toegepast, is een Pi-filter. De belangrijkste reden is dat een Pi-filter netwerk een zogenaamd laagdoorlaat filter is. Harmonische signalen die onverhoopt toch in de zender worden opgewekt worden door zo’n filter fors gedempt.
Hier zie je het schema van zo’n pi filter:
- meer bereik uit een te kleine antenne -
De variabele condensator aan de linkerkant (zenderzijde C2/C3) heeft een bereik van 35–385 pF.
De condensator aan de rechterkant (antennezijde) heeft een bereik van 400–1000 pF. De HF spoel heeft een inductie van ongeveer 90-100 µH.
Op het moment dat we dit zendertje bouwden en er over publiceerden had ik me nog niet verdiept in de theorie van kleine antennes.
Ik maakte gebruik van een Pi-filtercalculator zoals je die ook op deze site kunt vinden.
Zon filter gebouwd met behulp van deze calculator werkt perfect. Maar er is een maar.
De aanpassing werkt goed, de demping van harmonische signalen werkt goed en juist bij te kleine antennes zijn die functies enorm van belang.
Het kost echter wel relatief veel RF vermogen.
Om Johan te parafraseren: elk voordeel heeft ook een nadeel.
Zo’n Pi filter is feitelijk gewoon een parallel afstemkring. Hierbij is de afstem condensator in twee delen gedeeld.
Het principe blijft dat de kring gewoon in resonantie moet worden gebracht door de condensatoren zodanig in te stellen dat bij een gegeven frequentie de J impedantie van de spoel gelijk wordt aan de -J reactantie van de condensator.
Hier zie je het schema:
- meer bereik uit een te kleine antenne -
In de praktijk kiezen we condensator C1 kleiner en C2 wat groter. Een kleinere condensator biedt een hogere weerstand aan de radio golven en een grotere condensator voor de antenne kant geeft een lagere weerstand.
Zo bereik je dus met C1 een aanpassing naar de hoogohmige buis in de PA en met C2 een aanpassing naar de relatief laagohmige antenne.
Maar, ook hier, die nadruk op aanpassing maakt dat een eigenlijk belangrijker item, namelijk maximale straling van de antenne, minder aandacht krijgt.
Wat we realiseren is een optimale aanpassing tussen zender en antenne. Die aanpassing is van belang want optimaal vermogensoverdracht krijg je alleen bij optimale aanpassing tussen twee circuits.
Maar,
om maximaal vermogen uit je te kleine antenne te krijgen moet je de capaciteit van die antenne ‘uitnullen’ met een gelijke inductie. En daar komt het nu niet van.
Er wordt met en pi-filter juist extra capaciteit toegevoegd en die capaciteit heeft een relatief lage weerstand waardoor RF signalen naar aarde weglopen.
De inductieve inbreng is bij zo’n pi-filter minimaal.
Een andere afstemkring in de PA
Als je weet dat dat een flinke inductie nodig is om de grote capaciteit van een kleine antenne uit te nullen dan zou het natuurlijk mooi zijn als je een afstemkring met zo’n spoel samen kunt stellen.
Nog mooier zou het zijn als je geen extra capaciteit hoeft toe te voegen. Die capaciteit zit immers al in de antenne!
In theorie zou dat er ongeveer zo uit zien. In bijgaande afstemkring voor de voorbeeld monopole die we op deze pagina steeds gebruiken.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
In bovenstaande afbeelding hebben we de Rr en Ra even buiten beschouwing gelaten omdat die in dit verband relatief heel erg klein en daarom in dit theoretisch experiment even niet van belang zijn.
Bij resonantie heeft een parallelle LC-circuit een zeer hoge impedantie. Dat maakt dat die kring goed kan aansluiten bij de hoge buisimpedantie.
Een parallelle LC kring in resonantie kent een hoge circulatiestroom. Die hoge circulatiestroom loopt nu ook door de antenne en kan zo een sterke straling teweegbrengen.
Hoe werkt dat in de praktijk?
In de praktijk lukt het je nooit om een spoel te maken die exact de juiste waarde om jouw te kleine antenne uit te nullen. Die juiste waarde die nodig is valt ook moeilijk vast te stellen.
Heb je niet exact de juiste waarde te pakken dan ontstaat er geen resonantie en werkt het hele concept niet. Ook een spoel met veel aftakkingen geeft te ruwe aanpassingsopties om succes te bereiken.
Een oplossing die kan werken is een spoel met iets te weinig inductie die je dan weer compenseert met een afstemcondensator.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Let op!
Die kleine afstemcondensator staat parallel aan de antenne. Om de samengestelde weerstand van antenne en condensator te berekenen moet je dus een parallel berekening uitvoeren. Probeer het uit en je zult zien dat je op 2100 uit komt.
In de praktijk is deze laatste aanpak natuurlijk al iets minder efficiënt omdat een deel van het door de buis geleverde vermogen net als bij het pi-filter via de condensator naar aarde wegloopt en dus verloren gaat.
De kunst is het daarom om een zo groot mogelijke inductie te gebruiken in combinatie met minimale maar net genoeg capaciteit om de kring te laten resoneren.
Alleen op die manier krijg je het maximale uitgestraalde vermogen in de antenne.
In voorgaand schema is het niet praktisch dat de afstemcondensator aan de hoogspanning hangt. Maar dat laatste probleem is eenvoudig op te lossen.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Bedenk bij dit schema dat voor RF signalen de plus van de hoogspanning en de massa van je schakeling altijd aan elkaar gelijk zijn.
Hoeveel vermogensverlies levert die condensator op?
Even nog een klein rekensommetje.
Zo’n antenne capaciteit van -J2188 krijgt nu een parallel capaciteit van -J52000.
We mogen er dus van uit gaan dat het stroom verhouding ongeveer 25:1 zal zijn. Het verlies in deze condensator blijf beperkt tot ongeveer 4%.
Hoe verhoudt dat zich met een Pi-filter?
Bij een pi-filter voor deze antenne met een Q factor 10 krijg je alleen al in de antenne afstemming te maken met een condensator die -J 417 oplevert.
De zender ziet dus eerst die condensator van 417 en daarna de antenne van 1500.
We mogen dus gevoeglijk aannemen dat 2/3 van het vermogen door die condensator verloren gaat.
Overigens klopt deze rekenpartij met de praktijkervaring die ik de afgelopen jaren op deed. Pi-filters verzorgen een mooie aanpassing en ook en uitstekende demping van ongewenste harmonische signalen, maar dat gaat ten koste van enorm veel vermogensverlies.
Maar,
durf bij zo’n pi-filter rekentool de Q factor eens lager in te zetten. Bijvoorbeeld op 3 in plaats van 10 (wat zendamateurs meestal kiezen) of 15 tot zelfs 20 bij omroepstations.
Je zult dan zien dat de inzet van capaciteit in dit filter met een factor 10 of meer omlaag gaat en de factor inductie tot wel met een factor 10 omhoog gaat.
Feitelijk benader je met de keuze voor een lage Q factor de werkwijze die ik hiervoor in “Een andere afstemkring in de PA” aangaf.
Wat is de praktische betekenis van dit alles?
We zagen op deze pagina dat ook bij een redelijk goede aarde van 5 ohm een factor 2 verbetering in de ‘aarding’, het contravlak van je antenne, vaak tot de mogelijkheden behoort.
Door de kwaliteit van je pi-filter (Q factor) lager te kiezen kun je ook makkelijk een factor twee verbetering bereiken.
Ga je experimenteren met een zender-eindtrap direct onder de antenne, dus met uitschakeling van een laagohmige coax verbinding dan kun je hier wel een verbeter factor 3 bereiken.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Weet je jouw zender zo kwalitatief te dimensioneren
en te bouwen dat je geen pi-filter nodig hebt
dan is verbetering van je antenne efficiëntie
met een factor 8 haalbaar
Dat betekent een 8 maal hogere veldsterkte rondom je antenne.
Wat als je toch coax nodig hebt
De realiteit is dat de meeste van ons coax nodig hebben om bij de antenne te kunnen komen. Dat is niet erg, je moet dan wel twee transformatortjes maken.
Gebruik 66 ferriet materiaal voor de Middengolf. De transformator bij de buis moet de gewenste buisbelasting omzetten naar 50 ohm coax. In de afbeelding staat 4k5 maar die waarde zal in de praktijk afhankelijk van je bui(s)(zen) in de PA.
Secundair moet 50 ohm gemaakt worden.
De tweede transformator (rechts op de afbeelding) moet van 50 ohm naar 3 ohm transformeren.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
De antenne wordt weer parallel geschakeld met een spoel (voorbeeld 1 op de afbeelding) en een condensatortje op de zelfde wijze als we dat ook bij de binnenhuisantenne zagen. Het uiteindelijk effect is nagenoeg hetzelfde.
Je kunt ook voorbeeld 2 proberen. Het transformatortje bij de antenne krijgt dan een andere wikkelverhouding. Welke precies? Je moet de grondvlak weerstand kennen om die wikkelverhouding te kunnen bepalen.
Optie twee is dus in de praktijk moeilijker realiseerbaar. Optie twee heeft ook als nadeel dat de kring in serie met de antenne staat en daardoor bijdraagt aan de ohmse verliezen.
Rekenen niet nodig dank zij de RigExpert
Met een goede antenne analyzer zoals de RigExpert hoef je niet te rekenen.
We hebben die 6 meter monopole via een kort draadje aan de RigExpert gehangen. En dan zie je dat de antenne capaciteit zoals we al voorspelden inderdaad iets hoger is dan berekend (59 pF) namelijk 75 pF.
De impedantie van de antenne komt uit op 1900 ohm. We hadden 2188 berekend. Je ziet dat de verschillen niet groot zijn.
De inductie geeft de RigExpert negatief aan en dan weet je dat er iets niet klopt. De inductie is gewoon te laag om goed meetbaar te zijn.
Je ziet ook een hoge ohmse weerstand. Hier komt tot uiting dat de antenne geen effectief grondvlak (radialen netwerk) heeft waardoor de aardweerstand hoog is.
Op basis van de waardes die de antenne analyzer aangeeft kun je de antenne aanpassing inregelen.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Hoe zit dat dan bij een gekochte Aziatische SDR transceiver?
Hoe zit dat dan bij een SDR bakkie? Hoe de ICOM IC-7300 of de Yaesu FT 710 optimaal laten presteren? Daar kun je toch niet even het uitgangscircuit (de antenne tuner) van gaan vervangen?
Nee, maar dat hoeft ook niet. Deze zenders bezitten een uitgang van 50 ohm en daar kun je dus rustig een coax kabel aanhangen.
Maar aan de antennekant kun je ook bij deze bakjes in combinatie met een te kleine antenne veel winst boeken. Gewoon door daar die trafo van 50 ohm naar 5 kohm toe te passen, door het aardnetwerk te verbeteren en door de antenne uit te nullen zoals we hiervoor hebben aangegeven.
- meer bereik uit een te kleine antenne -
Tot slot, maakt dit alles veel verschil in je bereik?
Een vuistregel die ik ooit in de wereld van GSM zenders mee kreeg zegt het volgende:
De signaalsterkte van een radio signaal neemt grofweg af in een omgekeerde relatie ten opzichte van de afstand tussen zender en ontvanger.
Als de afstand verdubbeld wordt het signaal 8 keer zwakker.
Met andere woorden: als je het rendement van je antenne aansluiting en installatie een factor 4 kunt verbeteren wordt je zendbereik 1,5 keer beter. Had je een bereik van 2 km dan wordt dat dus 3 km.
Bij een verbetering met een factor 8 wordt je bereik dus 2 keer zo groot.
Conclusie:
Kunnen wij meer antenne vermogen halen uit
onze te kleine antennes?
We hebben gezien dat we veel meer resultaat uit onze te kleine antennes kunnen halen en dat een optimale matching met die antenne daar voor kan zorgen.
Om die optimale matching te realiseren is aan andere benadering van het matching circuit nodig.
Ruimte voor nieuwe experimenten en een beter bereik voor onze zenders. Reacties, vragen hierover, svp via onderstaande communicatiebox.
-
Koos Overbeeke
Terug van Meer bereik uit een te kleine antenne naar de Radio Amateur.nl/zenders
