G3LHZ's METHODE OM ANTENNES AAN TE PASSEN
Gepubliceerd in (VERON's) ELECTRON Nr. 12 van december 2020 bladzijde 585.

For Eng version click on flag

INLEIDING

Het is bijna 40 jaar gelden dat PAØSE (SK) in reflecties aandacht besteed heeft aan een aparte methode van G3LHZ om korte golf antennes aan te passen. Het is ook een interessante manier om onze HF antennes te voeden.
Daarom is het misschien van belang om ook N en F nieuwkomers op het systeem te wijzen.

FMU VOOR HF BANDEN

Bij het voeden van een willekeurige dipool met een coaxkabel ontstaat in de voedingslijn een hoge verliesgevende staande golf verhouding (SWR). Door het aanpassen in twee stappen te doen, G3LHZ noemt ze: Pre-Match Unit (PMU) en Final-Match Unit (FMU), wordt de SWR tot een lagere waarde teruggebracht.  Hoewel, die waarde wordt dan verlaagt naar SWR < 1 : 20! Dat is even schrikken, maar de verliezen die dan in de coaxkabel optreden worden als acceptabel beschouwd.
De PMU komt in het voedingspunt van de antenne en de FMU tussen zender en coaxkabel.
De antenne tuner (ATU) moet wel in staat zijn om de SWR = 20 omlaag te brengen naar SWR = 1 om de zender met de juiste impedantie te belasten.
Het voordeel van het systeem is dat een ATU eenvoudig kan zijn en G3LHZ kwam na vele experimenten tot de conclusie dat met een L-netwerk het altijd mogelijk is om een antenne aan te passen.
Onafhankelijk van de te voeden antenne en rekening houdend met minimum capaciteit van de condensators, strooicapaciteit van de bedrading enz. wordt volgens Mike het hiernaast afgebeelde schema dan de universele ATU (PMU) voor de amateurbanden. Via aan te brengen schakelaars of stekkerbussen kan men beschikken over acht verschillende configuraties.

PRE-MATCH UNIT
De Pre-Match Unit bestaat uit twee opgerolde ongeveer 250 cm lange 100 Ohm coaxkabels. Om 100 Ohm te verkrijgen kan men per tak twee 50 Ohm kabels in serie schakelen. Dat doet men door aan beide zijden de mantels aan elkaar te solderen en voor de PMU alleen de binnenaders als geleider te gebruiken.
De schakeling lijkt veel op een 1 : 4 coax balun of transmissielijn transformator, maar het midden van de uitgang is aan de gemeenschappelijke massa verbonden. Zodoende wordt de antenne symmetrisch gevoed ten opzichte van massa.
Bij de onderste coaxkabel zijn in en uitgang in fase, zodat het eigenlijk niet opgerold hoeft te worden. Bij de bovenste kabel is het verschil van in en uitgang 180º.
Één geleider van B is kortgesloten en doet dus niet mee. Het principe is hiernaast afgebeeld. De andere geleider van B zou men kunnen beschouwen als een zogenaamde "compensatie" spoel.

LET OP: De overzet verhouding van 1 ÷ 4 gaat alleen op als de uitgang van de PMU belast wordt met een reflectievrije film of koolweerstand. Bij 50 Ohm kabels is dat 4 × 25 = 100 Ohm en met 100 Ohm coax  is het 4 × 50 = 200 Ohm. Bij elke andere complexe belasting is er geen sprake van een verviervoudiging. Het is het zelfs mogelijk dat er omlaag getransformeerd wordt, omdat de coaxkabels als impedantie transformator werken. Het resultaat is afhankelijk van de werkfrequentie.
De PMU kan men het beste beschouwen als een goed werkend middel om van asymmetrisch naar symmetrisch te gaan.
 

FINAL-MATCH UNIT

In plaats van G3LHZ's FMU kan men voor onze banden ook de bij ons veel gebruikte T-match antennetuners of andere asymmetrische aanpassystemen gebruiken!

PRAKTIJK ERVARING

De originele PMU werd gemaakt met 100 Ohm coax, maar bij gebrek aan dat type is het met 50 Ohm coax gedaan en dat blijkt goed te werken heb ik gemerkt. Het is praktisch om beide kabels op dezelfde vorm aan te brengen, maar met tegengestelde wikkelingen. Verder is het belangrijk om alle uiteinden zo dicht mogelijk bij elkaar te houden en de tekening laat zien hoe dat gedaan kan worden.

Sinds de publicatie van PAØSE werk ik veel met PMU's. Meestal niet in het voedingspunt van de antenne maar aan het begin van een ladderlijn naar een willekeurige dipool draadantenne. Vrijwel altijd lukt het om met eenvoudige LC-netwerken de antenne op alle HF banden aan te passen. Vooral als het gaat om antennes die qua afmeting dicht in de buurt van een G5RV of ZS6BKW komen.
Een PMU blijkt een vrijwel ideale symmetrie trafo te zijn met zeer weinig verliezen. Als men de coaxkabel tussen asymmetrische antennetuner en PMU kort houdt, dan is het verlies van het systeem ten opzichte van een symmetrische antennetuner minimaal.

ANTENNE VOORBEELD

In mijn zij en achtertuin werden in de afgelopen 40 jaar veel draadantennes opgehangen in een poging om zoveel mogelijk van de beperkte ruimte gebruik te maken. Uiteindelijk werd het de afgebeelde antenne. De achtertuin is te kort om één helft van de dipool volledig uit te spannen. Om de te korte lengte te compenseren ís aan het uiteinde een verticale Alu buis als verlenging geplaatst.

Met een handbediende of automatische asymmetrische antenne tuner en direct erachter een kort stuk coaxkabel naar de PMU, wordt de antenne van 10 tot en met 160 m gebruikt. Op de 160 m band heeft de te korte antenne een zeer lage impedantie (≈ 6 Ohm) en daardoor wordt veel zendvermogen als warmte in de ATU omgezet. Desondanks lukt het om op 160 m binnen Europa met andere amateurs contact te maken.

STROOM IN VOEDINGSLIJN

Bij de hierboven afgebeelde antenne en een variatie daarop werd op alle banden de stroom in beide geleiders van de voedingslijn gemeten. De PMU (fig») is al meer dan 30 jaar in gebruik en was opgebouwd met RG 213/U 50 Ohm coaxkabel.
De antennestroommeter is zelf gemaakt, waarbij ervoor gezorgd is dat beide systemen zo goed mogelijk identiek zijn. De afwijking is ongeveer 1 schaaldeel. 
In de tabel ziet men dat de PMU behoorlijk goed voor een symmetrische aanpassing zorgt. Grote verschillen ontstaan door de elektrisch gezien asymmetrische antenne en, of door de niet te verwaarlozen capaciteit van de windingen onderling. 
Beide helften van mijn draad-dipool-antenne hebben dezelfde lengte, maar gezien de opstelling is de capaciteit ten opzichte van aarde anders en dat zorgt voor een verschil in elektrische lengte. Per amateurband hoeft dat niet hetzelfde effect te hebben. Het is dus mogelijk dat de HF stromen in de voedingslijn niet altijd precies aan elkaar gelijk zijn.

Verder nog een extra test met antenne 2 gedaan samen met een kleiner formaat PMU gemaakt van 50 Ohm PTFE coaxkabel met 2 × 11 windingen op een 32 mm diameter PVC pijp. Het is te zien dat hoogstwaarschijnlijk de capaciteit van de windingen het opmerkelijke resultaat op de 10 m band heeft veroorzaakt. Verder is het qua procentueel verschil in stroom niet zoveel anders dan bij de twee andere testen.

Het beste is om de afstand tussen ATU en PMU zo kort mogelijk te houden: ATU - PMU < 100 cm. De meeste asymmetrische antennetuners die bij zendamateurs gebruikt worden zoals T-match en Pi-filter, zijn geschikt om de lintlijn met antenne aan te passen. Als het niet altijd lukt is het vaak voldoende om de voedingslijn 1 - 3 m te verlengen of te verkorten. Accepteert men meer verlies, dan kan de coaxkabel tussen ATU en PMU verlengd of verkort worden. Als een lintlijn onhandig te lang is, kan men een gedeelte met spatie om een pijp wikkelen. Dat wordt dan een extra mantelstroomfilter of choke balun.

Als er enige onbalans aan de uitgang optreedt, kan dat vaak verbeterd worden door de aansluitingen van de lintkabel of openlijn om te wisselen

 RINGKERNEN (FT240-43)

Een kleinere PMU kan samengesteld worden met ferriet ringkernen. Het probleem is om het juiste type te vinden. Met 100 W zendvermogen werkt bijna "alles", maar met meer vermogen zoals 400 - 800 W kunnen de ongeschikte types met langdurige belasting heet worden en zelfs uit elkaar spatten. De ringkernen die aan mij geadviseerd werden, bleken na grondige testen ook te heet te worden. U moet het zelf weten, maar ik zou geen ferriet ringkernen voor een PMU gebruiken. Bovendien bent u zonder, goedkoper uit.

TOT SLOT
 

Als u een symmetrisch antennesysteem met een asymmetrische antenne tuner heeft, dan is met de Pre-Match Unit (PMU) van Mike Underhill (G3LHZ) tussen tuner en openlijn, kippenladder of lintkabel, het aanpassen van de antenne goed mogelijk.
De symmetrie is behoorlijk en verliezen in vergelijking met een symmetrisch antenne aanpassysteem zijn nihil of te verwaarlozen.

Een willekeurige dipool («fig) gevoed met een open lijn kan met een geschikt aanpassysteem voor alle HF banden gebruikt worden.
Qua rendement is het aan te bevelen om voor beide helften ten minste 13.50 m te kiezen. Probeer verder de hoogte op ten minste 10 m boven de grond te krijgen. 
Werkt men veel op de 20 m band, dan kan men door het aanbrengen van 20 m traps («fig) ervoor zorgen dat de dipool een hele golf op die band wordt, waardoor men enige versterking wint ten opzichte van een halve golf dipool voor de 20 m band.

Heeft men een kleine achtertuin, dan is het vaak beter om een kleine horizontale loop of deltaloop antenne te plaatsen. Dergelijke raamantennes zijn in combinatie met een geschikte antennetuner goede all-band antennes en met minder storing als bijkomend voordeel.