Antenne techniek door Marten v/d Velde, PA3BNT. 

Deel 11,  

Een artikelen reeks over antenne techniek.

 

TERUG

Tekeningen door Tom,PA2IP.

Behalve de open voedingslijn bestaan er ook andere manieren om een antenne te voeden zoals de lintlijn en de coaxkabel. De lintlijn is net als de openlijn een symmetrische voedingslijn en heeft meestal een impedantie van 300 Ohm, zodat een juiste aansluiting kan worden gemaakt met de symmetrische gevouwen dipoolantenne. De opendipool heeft in de vrije ruimte een stralingsweerstand van 75 Ohm maar die waarde wordt lager als straler wordt geplaatst in een richtantenne tussen directoren en een reflector. De aanpassing aan een coaxkabel van 50 Ohm is dan gunstig zij het niet dat de coaxkabel een asymmetrische voedingslijn is. De open dipool is echter een symmetrische antenne. Wat er dan gebeurt laat figuur 27 zien. De HF-stroom loopt in de coaxkabel over de buitenkant v/d kern en over de binnenkant v/d mantel. Dit wordt veroorzaakt door het skineffect. 
Doordat de symmetrie is verstoord gaat de buitenkant van de coaxkabel deel uitmaken van de rechterhelft van de dipool. Er gaat ook stroom lopen over de buitenkant van de mantel en de coaxkabel gaat dus stralen. Er loopt dus minder stroom in de rechter dipoolhelft waardoor de antenne een andere richtkarakteristiek krijgt.
De antenne wordt een beetje “scheel”. Die mantelstroom vloeit over de gehele kabel en veroorzaakt een veldsterkte op andere plaatsen dan dat de bedoeling was en kan ook storing veroorzaken in de omgeving. Vaak gaat de zender of microfoon en/of seinsleutel “prikken”, er staat HF spanning op. Omdat de mantelstroom over de buitenkant van de mantel van de coaxkabel loopt meten we dit niet omdat die stroom dan ook over de buitenkant van een in de coaxkabel opgenomen meetinstrument (SWR of Watt-meter) loopt. Ook de antenne tuner merkt er niets van.

We moeten dus zorgen dat de zaak bij de aansluiting aan de antenne wordt gebalanceerd. Dit doen we met een BALUN (balanced-unbalancend) In dit geval hoeft de impedantie niet te worden aangepast. We noemen zo,n balun een 1 op 1 balun en kunnen dit doen op verschillende manieren. Indien de coaxkabel niet al te dik is, kunnen we de coaxkabel éénvoudigweg bij de antenne enige keren door een ringkern halen. De ringkern moet geschikt zijn voor de gebruikte frekwentie. De stromen in de coax ondervinden geen hinder van de aanwezigheid van de ringkern. De mantelstroom wel zodat de coaxkabel niet meer straalt. We noemen deze manier van balanceren een gedwongen symmetrie. Ook kan een ringkern op bepaalde manieren worden bewikkeld met draad, zodat een breedbandige balun kan worden gemaakt waarbij we de asymmetrische en symmetrische aansluitingen een verschillende impedantie kunnen geven zoals 1 op 4 of 1 op 6 enz.

Net als bij de open dipool daalt ook de stralingweerstand van een gevouwen dipool indien die wordt gebruikt als een straler in een richtantenne. Die impedantie daalt onder invloed van de andere elementen. Vooral de afstand tot de eerste director is bepalend voor de impedantie. Zo kan de impedantie worden terug gebracht van 300 naar 200 Ohm om vervolgens d.m.v een 1 op 4 balun een aanpassing te krijgen voor een coaxkabel van 50 Ohm. Ook hierbij wordt weer een asymmetrische voedingslijn gebruikt om een symmetrische antenne te voeden. Voor VHF en UHF antennes wordt vaak een balun gebruikt die gemaakt is van een stuk coaxkabel. De impedantie moet dus worden getransformeerd van asymmetrisch naar symmetrisch met een factor 4 naar 200 Ohm (zie figuur 28)

 

De lengte van de coaxbalun is 1/2 λ waarbij rekening moet worden gehouden met de verkortingsfactor van de coax. Die is meestal 0,66 maal de mechanische lengte.  De tekening spreekt voor zichzelf. Alle mantels worden doorverbonden. De kern van de beide uiteinden van de balun komt aan het voedingspunt van de dipool en de kern van de voedingskabel aan één van hen.

 

We weten dat de spanning in een geleider na 1/2λ weer dezelfde waarde heeft bereikt en dat de fase is omgekeerd. Bij de aansluiting van de balun op de antenne zijn de spanningen t.o.v. de mantel in tegenfase, zodat tussen die aansluitingen nu de dubbele spanning staat. Doordat de stroom wordt verdeeld voor de helft naar de balun en voor de andere helft naar de antenne en de spanning is verdubbeld, wordt de impedantie vier keer zo groot en vindt symmetrering plaats. 
Een bekende vorm van aanpassing is de GAMMA-MATCH. Deze kan worden gebruikt zowel bij open als bij gesloten antennesystemen indien die geschikt zijn voor 1 frekwentie, de zogenaamde monoband antennes, zie figuur 29.
Aanpassing aan de coaxkabel geschiedt door met een staafje en een klem constructie het punt op de straler op te zoeken waar de impedantie overeenkomt met die van de coax kabel. Op deze manier ontstaat een inductieve component, die met een seriecondensator wordt uitgestemd. Er ontstaat een seriekring die staat afgestemd op de frekwentie waarvoor de antenne is gemaakt. Bij resonantie is de impedantie nul Ohm. Een voordeel van deze aanpassing is dat de straler niet hoeft te worden onderbroken en in het midden kan worden geaard.

73, Marten, PA3BNT

VERON