navbar.frm 20180310
ATTENTIE. . VAKANTIE ONDERHOUD . . Bijeenkomst op 20 september 2018 . . Elke zondag 145.475 MHz . . 10:30 RTTY bulletin . . 11:00 uur Woerdense Ronde .
W

Te kleine antennes

Samenvatting

De antenne is het meest essentiele onderdeel voor de radioamateur. Je ziet ze in veel verschillende uitvoeringen in elke shack. Antennes zijn eenvoudige konstrukties, maar wel de grootste component van de radioamateur. Zie zijn meestal in de orde van een halve golflengte groot.

Maar er zijn omstandigheden, waar het beter is om veel kleinere antennes te gebruiken. Voor de lage frequenties bij voorbeeld, dus bij grote golflengtes, kunnen de afmetingen een probleem opleveren, we hebben gewoonweg geen ruimte om een antenne van tientallen meters te plaatsen.

Antennes zetten electrische energie om in een electro-magnetisch (EM) veld en visa versa. Dat doen ze in beide richtingen even goed of slecht. Externe oorzaken, zoals atmosferische storingen en electronische ruis kunnen de redenen zijn dat antennes voor ontvangst en voor zenden er niet het zelfde uitzien.

Elke draad waardoor een in tijd varierende stroom loopt straalt een radiogolf uit. En visa versa in elke draad die zich in een electrisch of magnetisch veld bevindt zal een wisselstroom worden opgewekt.

Electrisch gezien is een antenne circuit op te vatten als een serie schakeling van weerstanden, zelfinducties en een condensator.
De capaciteit van een antennedraad is globaal evenredig met zijn lengte en dikte. Voor maximale energie overdracht moet de impedantie van die capaciteit geneutraliseerd worden door een zelfinductie. Bij een antenne die een halvegolflengte groot is volstaat daarvoor de eigen zelfinductie van de antenne, maar voor kortere antennes moet een tuner de extra benodigde zelfinductie leveren.
Bij een aldus afgestemde antenne blijft dan alleen het weerstandsdeel van de impedantie over. Voor maximale energieoverdracht moet die weerstand gelijk zijn aan de impedantie van de transceiver, dat is meestal 50 ohm. Als de totale antenneweerstand niet gelijk is aan 50 ohm, moet de tuner ook nog voor een impedantie transformatie zorgen.

De antenneweerstand is opgebouwd uit drie componenten:

  1. De stralingsweerstand is de schijnbare weerstand die veroorzaakt wordt door de energieafgifte aan het EM-veld. Dit is dus een gewenste weerstand. De waarde is circa 60 ohm voor een halve golf dipool. Voor kleinere antennes neemt die waarde af met het kwadraat van de lengte. Dat gaat dus heel snel. Het betekent dat voor lage frequenties die weerstand zeer klein kan worden. Een 136kHz antenne heeft daarom een stralings weerstand die in het milliohm gebied ligt.
  2. De tweede weerstandscomponent wordt gevormd door ongewenste verliezen ten gevolge van de aard-verliezen in de omgeving van de antenne. Daarbij moeten we rekening houden met praktijk waarden van 10-50 ohm.
  3. De derde component vertegenwoordigt de ohmse verliezen in de antenne de kabel en de tuner. Ook hier moeten we rekening houden met zo'n 10 ohm.

Zendantennes van amateurs, maar ook van professionals, voor de midden en langegolf banden zijn vaak veel korter dan 1/2 golflengte (of 1/4 golflengte in het geval van vertikale opstelling) De stralingsweerstand is laag en de eigencapaciteit is gering. Daarom moet een grote zelfinductie worden toegepast die relatief veel ohmse verliezen heeft. Het resultaat is dan dat het rendement, dat is stralingsweerstand gedeeld door totale weerstand, klein is. Voor 136 kHz komen we dan op getallen veel lager dan een procent.

We kunnen het rendement verbeteren door de antenne van een topcapaciteit te voorzien. We bereiken daarmee twee voordelen. Ten eerste hebben we een kleinere zelfinductie nodig in onze tuner, dus minder verliezen en ten tweede wordt de stralings weerstand veel groter, tot wel 4 maal. Met deze verandering kunnen we wel een tienvoudige rendements verbetering bereiken.

Korte antennes hebben een geringe stralingsweerstand. Om toch vermogen in het EM-veld te zetten moeten we grote antennestromen opwekken. Immers stroom in het kwadraat maal weerstand is het vermogen.

Korte antennes hebben een kleine capaciteit, dus grote capacitieve impedantie. Veel stroom betekent dan een zeer hoge antenne spanning. Dat betekent gevaar voor de gezondheid, niet alleen bij aanraken, maar ook via blootstelling aan de electrische velden in de buurt van de antenne. De electrische veldsterkte in de directe omgeving van de antenne kan sterk verminderd worden door het aanbrengen van een tegencapaciteit. Dat is een netwerk van draden onder de antenne die op een tegenstelde spanning zijn gebracht.
Deze bouwwijze staat ook wel bekend onder de namen E-H, CFA of Isotron antenne. Een nadeel van deze opbouw is dat door het vergroten van de eigencapaciteit de Q van het antennecircuit groot wordt, dus de bandbreedte klein. Dat is geen probleem voor omroepzenders maar lastig voor amateurgebruik.

De doorsnee radioamateur gebruikt zijn zendantenne ook voor ontvangst. Dat is geen probleem voor frequenties hoger dan 10 MHz. Maar voor de midden, lange en zeer lange golflengtes geven kleine antennes veel betere resultaten. Dat wordt veroorzaakt door de atmosferische storingen.
Met name op de lagere frequenties geven onweer en storingen veroorzaakt door electrische apparatuur aanleiding tot grote radiosignalen. Om daar bovenuit te komen, moeten omroepzenders met hoogvermogen uitzenden. Het gevolg voor onze gevoelige communicatieontvangers is, dat de eerste hoogfrequent trappen snel overstuurd raken en onze amateur tegenstations verdrinken in de storingen.

Het is daarom uiterst belangrijk om de antennespanning zo klein mogelijk te maken. Dus de antenne kort houden. Niet zo kort echter, dat de eigenruis van de ontvanger de belangrijkste stoorbron wordt. Het toepassen van een inputverzwakker is een dus een ongewenste noodmaatregel om een hoog stoornivo aan te pakken. Er is dus een optimum antennelengte te vinden. Dat blijkt in de praktijk in de orde van 1 meter te zijn. Vandaar dat 90 cm ook een standaard maat is voor de autoantenne.
Een korte electrische antenne heeft een zeer speciale antenne versterker nodig om de signalen op een kabel verder te transporteren. Ze zijn daar mee superieur aan de magnetische loops voor het onderdrukken van storingen van electrische apparatuur.

Korte antennes kunnen dus met voordeel in speciale toepassingen worden gebruikt. Daarbij moeten dan bijzondere voorzieningen moeten worden aangebracht.

Pieter J. T. Bruinsma, PA0PHB