DIPOOL ANTENNE

HALVE GOLF DIPOOL

Een draad met een lengte van een halve golf (fig) is de kortste antenne die in resonantie is. Als deze draad in het midden onderbroken wordt, dan heeft dit punt op de desbetreffende frequentie een reflectievrije impedantie dat uitgedrukt wordt in Ω (Ohm). Is de antenne iets lager dan komt daar een inductieve component bij en met een iets kortere draad ontstaat een capacitieve component. In beide gevallen kan de antenne weer in resonantie gebracht worden door het aanbrengen van respectievelijk een condensator of spoel in serie met elke helft van de dipool.

De impedantie van het voedingspunt hangt af van de hoogte ten opzichte van een geleidend oppervlak en kan waarden hebben van laag tot 100 Ω in de vrije ruimte. Veel draad dipolen in ons land bevinden zich in een woonwijk en kunnen niet hoog genoeg opgehangen worden. Daardoor zal de impedantie van het voedingspunt niet de theoretische waarde hebben van ongeveer 72 Ω maar meer uitkomen op ongeveer 50 Ω.

WERKING

De werking van een antenne vind ik nog steeds mysterieus en mijn eigen niet wetenschappelijke verklaring wil ik u niet onthouden: "Een elektrische geleider vormt een niet ideale capaciteit met aarde. De toegevoerde energie lekt dan ook weg en door de hoogfrequente lekstromen ontstaan elektrische en magnetische velden die elders waargenomen kunnen worden".

VERKORTINGSFACTOR

Omdat een draad ook een capaciteit heeft ten opzichte van aarde blijkt de antenne in resonantie "langer" te zijn dan de berekende lengte want de gemeten frequentie is lager. In een berekening moet dan ook een verkortingsfactor (v) meegenomen worden om een correcte resonantie te verkrijgen. In allerlei boeken en programma's wordt dat uitgebreid met grafieken en tabellen uit de doeken gedaan. Voor ons Nederlanders met betrekkelijk laag hangende antennes met dun blank draad (0.63.5 mm) rekent men meestal met een v = 0.95. Uit ervaring is mij gebleken dat dan een antenne met kunststof isolatie een v = 0.9 heeft. Een halve golf dipool voor bij voorbeeld 3.7 MHz zal dan 0.9 (300 3.7) = 36.48 m lang zijn. Als de antenne verhoogd wordt dan verschuift de resonantie omhoog en kan bij voorbeeld 3.8 MHz worden. Hangt men deze antenne op als een omgekeerde V (inverted V), dan neemt door de lage uiteinden de capaciteit ten opzichte van aarde toe. De resonantie verschuift omlaag en kan dan bij voorbeeld 3.6 MHz worden.

DIPOLEN PARALLEL

Een systeem voor meer dan één amateur-band is te realiseren door voor elk frequentiegebied een dipool op hetzelfde voedingspunt aan te sluiten. De stralers worden parallel geschakeld en de uiteinden moeten op ten minste 10 cm afstand van elkaar gemonteerd of opgehangen worden. Begin altijd met het in resonantie brengen van de langste dipool en ga dan verder met de daarop volgende maat. Omdat een langere draad een extra capaciteit vormt voor een kortere antenne zal de verkortingsfactor van de kortere antenne kleiner zijn dan 0.95 (v < 0.95). Met andere woorden de antenne is valt korter uit dan volgens de gebruikelijke formules.

AFMETING OF VORM

Bedenk steeds dat opgeven maten van antennes in artikelen een richtlijn zijn. De werkelijke elektrische lengte hangt af van constructie en omgeving zoals: de voedingslijn, de dikte van draad, wel of geen isolatie om de geleider, de wijze van bevestigen aan baluns of isolatoren en de capaciteit van de antenne ten opzichte van "aarde" en geleiders zoals (natte) begroeiingen, antennes, afrasteringen, balkons, betonijzers, elektrische leidingen en andere metalen constructies op of in de grond. U heeft geluk als een antenne het in uw situatie doet zoals een auteur of fabrikant het beschrijft, maar vaker zult u moeten experimenteren of afregelen om lokaal een optimaal resultaat te behalen voor een goede aanpassing.

Als een gestrekte (in één lijn) antenne in een andere vorm, bij voorbeeld inverted V wordt gebruikt, neemt de capaciteit van de uiteinden naar aarde toe. De antenne (b.v. een G5RV of FD4) wordt elektrisch gezien langer en is strikt gezien niet meer hetzelfde als het origineel. Er is grote kans dat de SWR op een aantal banden anders is

VERKORTE DIPOOL

In deze tekening (fig) staan verkorte dipolen die qua resonantie gelijk zijn aan de eerste dipool in de kop van dit artikel. Door het elektrisch verkorten wordt de bandbreedte kleiner. De SWR blijft dan laag in een kleiner gebied. Ook de verliezen nemen toe door de aangebrachte veranderingen ten opzichte van een volledige halve golf straler.

Omdat ongeveer eenderde deel va een dipoolhelft weinig bijdraagt aan het stralingsrendement, kan dat deel (Fig A, B) omgebogen of teruggevouwen worden. Het effect is een verzwakking van niet meer dan 1 dB en een lagere impedantie van het voedingspunt, die gaat bij voorbeeld van 69 Ω naar 50 Ω.

In figuur C brengt men in het midden van elke dipoolhelft of iets uit het midden een spoel aan om de antenne weer in resonantie te brengen. Als deze spoel een voldoende hoge zelfinductie heeft, dan is dat een isolator voor een hogere frequentie (het gedeelte tussen de spoelen). Zo verkrijgt men een dipool die op twee banden in resonantie is.

Hiernaast wordt dat principe toegepast in een antenne die wereldwijd veel genoemd wordt en ook bij menig zendamateur in gebruik is. Bij het luisteren op 80 m naar verschillende stations merk ik vaak dat er weinig verschil is in S meter aanwijzing als men zendt met een echte halve golf dipool of met deze verkorte 15/40/80 m antenne. Het stuk van 1.53 m moet soms voor 80 m ter plaatse verlengd of verkort worden vanwege de ophanghoogte of lokale omstandigheden. Omdat 21 MHz een oneven harmonische is van 7 MHz, is deze en de volgende antenne ook geschikt voor de 15 m band maar dan met een wat hogere SWR op die band.

Dit (fig) is een voorbeeld van een verkorte antenne die door mij met vakanties gebruikt werd. Al experimenterend met de spoelen werd vastgesteld dat een impedantie van ongeveer 2600 Ω voldoende is om in een antenne twee banden van elkaar te scheiden. Bij 7 MHz is 2600 Ω een zelfinductie van 59 H. In deze antenne werd gekozen voor ongeveer 77 H om het laatste stuk van de antenne korter te maken zodat men met 2 13 m een goed hanteerbare antenne heeft.

De spoel werd gewikkeld met 0.6 mm dik "trafo" draad op een installatiebuis van 1 inch doorsnede. Het is een vrij dunne draad maar ook met 400 W zijn geen problemen ontstaan. De spoel met een aaneengesloten wikkeling heeft een lengte van 57 mm. Ter bescherming werd een dikke soort tuinslang over de wikkeling aangebracht. Op de foto ziet u dat de zelfgemaakte spoel 77.07 H geworden is. Dat hoeft niet zo exact te zijn, als u iets maakt in de orde van 7580 H dan moet u daarna wat experimenteren met de lengte van 2.4 m aan de uiteinden om uw favoriete plek met lage SWR in de 80 m band te verkrijgen.

G8KW voor 40 en 80 m

Het idee van parallelkringen of traps was bedoeld voor militaire zendinstallaties en werd tijdens de Tweede Wereldoorlog voor het eerst bedacht door G8KW die als militair bij de Engelse Verbindingsdienst ingedeeld was. Het is een afgestemde kring met spoel en condensator. Omdat de kring in parallelresonantie is (77.1 MHz), ontstaat een hoge impedantie voor 40 m. Zo heeft de rest van de antenne een te verwaarlozen invloed op 40 m. Op een lagere band frequentie doet de condensator niet mee, maar zorgt alleen de spoel voor inductieve verlenging zodat de antenne ook resoneert in het lagere (3.53.8 MHz) gebied. Door de buitenste stukken te verlengen of te verkorten, kan men een resonantie naar keuze verkrijgen in de 80 m band.

W3DZZ voor 10-20-40-80 m

G8KW's antenne systeem werd, door een publicatie van W3DZZ in een blad voor zendamateurs, wereldwijd in de belangstelling gebracht. De condensatoren verkorten de geleider elektrisch op een paar hogere banden en met de maten van hem blijkt dat de antenne ook resonanties heeft op 20, 15 en 10 m. Dat laatste is sterk afhankelijk van antennehoogte en lokale omstandigheden. De SWR op die banden kan oplopen tot SWR = 2.53 of meer. Voor oudere apparatuur met buizen was dat geen probleem, maar moderne transceivers hebben een ingebouwde of externe tuner nodig voor aanpassing aan deze ongunstige waarden.

Veel amateurs (G2BVN etc.) zijn later ook bezig geweest met andere afmetingen van traps en delen van dit antennetype. Antennes gebaseerd op G8KW en W3DZZ ontwerpen worden "trap Yagi" genoemd en verticale systemen heten "trap vertical".

In de praktijk blijkt de afmeting van het stuk tussen de traps niet kritisch te zijn voor die band. De parallelkring trekt als het ware het antennedeel tussen de traps in resonantie.

Er wordt bij deze antennes aangenomen dat de impedantie van het voedingspunt precies 50 Ω is, maar dat is zelden zo. De coaxkabel wordt dus niet afgesloten met de karakteristieke impedantie en gaat als impedantie transformator werken. Aan de zenderzijde kan zo een ongunstige waarde ontstaan. Daarom wordt er vaak een bepaalde lengte voor de voedingslijn aanbevolen om de impedantie op een aanvaardbare waarde te brengen. Hier gebruik ik altijd een lengte van 27.2 m/50 Ω coaxkabel met een verkortingsfactor van 0.66 (RG213 en RG58).

Zelf heb ik veel gewerkt met het G8KW model en onder andere één dipoolhelft gebruikt met als tegencapaciteit een metalen dakgoot, balcon of een verticale metalen paal waarvan 5 m boven de grond uitstak. Ook wel met een dipoolhelft op zolder en de andere helft buiten. Genoemde oplossingen zijn te adviseren voor mensen met een beperkte opstal. Tegenwoordig gebruik ik een inverted W3DZZ dipool gemaakt met de afmetingen 2 10.6 m en 2 6.71 m met in de trap een condensator van 100 pF/10 kV. Het geheel wordt gebruikt voor alle 9 HF banden, met openlijn gevoed en in resonantie gebracht met behulp van een S-Match tuner.

ANTENNE voor 10-20-40 m

In de zeventiger jaren werd hier een kortere W3DZZ gemaakt voor 10, 20 en 40 m met een 25 pF condensator in de trap voor 7.05 MHz. De gegevens over deze zelfbouwantenne zijn helaas verloren gegaan door veel verhuizingen. In oudere Amerikaanse handboeken stond (fig) een W3DZZ ontwerp voor 10-20-40 m. De condensator verkort de antenne zodat er ook resonantie is op 10 m. Beide ontwerpen zijn (nog) niet door mij getest zodat u zelf de lengte van de uiteinden (met een PC programma?) moet uitdokteren om resonantie in de 40 m band te verkrijgen.

Een nog kortere antenne voor 20 en 40 m is mogelijk door een geschikte spoel als isolator voor het 20 m gedeelte te gebruiken. Helaas weet ik niet meer hoe lang de uiteinden waren.

Een trapantenne volgens het G8KW/W3DZZ principe voor 10-15-20 m is er o.a. van Fritzel: type FB13. Zo'n draaibare ongeveer 7 m (korte) multi band dipool kan ik uit ervaring iedereen aanbevelen. Zelfs op geringe hoogte zoals op de foto werkt de antenne uitstekend alleen al door het feit dat er op het tegenstation gericht kan worden. Bijkomend voordeel:

De antenne hoeft maar maximaal 90 gedraaid te worden

Er kan volstaan worden met een eenvoudige en goedkope rotor

De antenne is niet zo'n blikvanger in een woonwijk

Met een storm hoeft men zich minder zorgen te maken.

W8NX voor 10-17-40-80 m

W8NX's ontwikkelde een antenne voor de Amerikaanse frequentiesegmenten 3.54.0 MHz en 7.07.3 MHz, 18 MHz en 28 MHz. Het bijzondere van het ontwerp is de andere plaats van de traps die afgestemd zijn op 5.16 MHz 25 kHz. Een lage SWR was er op 3.8, 7.12, en 28.4 MHz en SWR = 3 over de hele 17 m band. De antenne werd opgehangen als inverted V en gevoed met 75 Ω coaxkabel en een 50 : 75 Ω balun. De antenne werkte ook met 50 Ω coaxkabel en 1 :1 balun, maar met de vorige voedingswijze was de SWR op 18 en 28 MHz beter.

 

ANDER VOEDINGSSYSTEEM

 

Hiernaast wordt de draad in de kop van dit artikel op een andere plek dan het midden gevoed. Dat kan feitelijk op iedere willekeurige plek waar de geleider onderbroken wordt. Aansturen is mogelijk met een HF transformator, balun, koppellus of open lijn. Een paar systemen worden besproken.

 

WINDOM (fig a)

Is het voedingspunt op /3 golflengte, dan spreekt men van een Windom antenne. Het uit het midden voeden met een open lijn kan problemen opleveren door het stralen van de voedingslijn omdat de stromen daarin niet gelijk zijn. Alle energie komt wel in de antenne terecht!

ZEPP (fig b)

Wordt een ג antenne aan één einde gevoed met een open lijn dan is het een Zepp antenne. Dat voeden kan ook op elk willekeurig ander punt (fig.c), maar moet dan uitgevoerd worden volgens de tekening. Daarbij zijn de "uitstekende" einden van de voedingslijn gelijk zijn het antennedeel na het contactpunt. Bij veel amateurs is deze manier onbekend terwijl het in hun situatie wel eens de oplossing kan zijn.

Het laatste (uitstekende) deel van de voeding kan een opgerold stuk lintlijn zijn van bij voorbeeld 250 450 Ω. Dat kan opgeborgen worden in een kunststof behuizing die tevens dienst doet kan doen als isolator en bevestigingspunt voor de voedingslijn (zie Universele Dipool).

FD4

Een bijzondere vorm van de Windom is een FD4. Dat is op de laagste frequentie een ג straler die op /3 van de lengte in het voedingspunt gevoed wordt met een geschikte HF transformator en 50 W coaxkabel.

DIPOLEN PARALLEL

Een systeem voor meer dan één amateur-band is te realiseren door voor elk frequentiegebied een dipool op hetzelfde voedingspunt aan te sluiten. De stralers worden parallel geschakeld en de uiteinden moeten op ten minste 10 cm afstand van elkaar gemonteerd of opgehangen worden. Begin altijd met het in resonantie brengen van de langste dipool en ga dan verder met de daarop volgende maat. Omdat een langere draad een extra capaciteit vormt voor een kortere antenne zal de verkortingsfactor van de kortere antenne kleiner zijn dan 0.95 (v < 0.95). Met andere woorden de antenne is valt korter uit dan volgens de gebruikelijke formules.

ANTENNE ELEKTRISCH VERLENGEN

CAPACITIEF VERLENGEN

Een te korte antenne kan elektrische verlengd worden, dat is in resonantie brengen, door het aanbrengen van een capaciteit aan de uiteinden. Dat is geen condensator maar een metalen constructie die de capaciteit van de uiteinden ten opzichte van aarde vergroot. In zijn eenvoudigste vorm (fig a) is dat een draad of staaf volgens de tekening. De stroom aan het einde van de antenne is dan niet meer nul maar loopt door naar de beide uiteinden van de extra capaciteit. In dit voorbeeld stralen de extra stukken niet omdat de tegengestelde velden in het T-stuk elkaar opheffen.

INDUCTIEF VERLENGEN

Een andere methode van het verlengen zagen we al in figuur c. Deze methode is niet verliesvrij en hangt grotendeels af van de kringkwaliteit (Q). Het verlengen met zeer weinig verliezen volgens figuur b (met een stub) noemt men lineaire verlenging. Dat gaat met een aan één uiteinde kortgesloten parallel geleider. Meestal op HF uitgevoerd in de vorm van een stuk lintlijn (zie Universele Dipool) van goede kwaliteit.

Bij het bepalen van de stub moet gerekend worden met de verkortingsfactor (v) van de parallel geleider. Stel dat u 5 m wilt wegwerken, dan is een stub van 5 2 = 2.5 m nodig. De te gebruiken lintlijn heeft bij voorbeeld een v = 0.88, de stub wordt dan 0.88 2.5 = 2.20 m lang.