|
Antenne
techniek door Marten v/d Velde, PA3BNT.
Deel 5, Groundplane
antennes
Een artikelen reeks over antenne techniek.
|
|
TERUG |
Tekeningen door Tom,PA2IP. |
|
|
Een veel gebruikte rondstraler is de
groundplane- of GP antenne. Deze antenne is ontstaan uit de marconi-antenne.
De marconi antenne is een verticale straler met een lengte van een
kwartgolf, waarbij de aarde de andere helft van de denkbeeldige dipool
vormt. (zie figuur 9) De kern van de coaxkabel wordt onderaan verbonden met
de straler, de mantel komt aan aarde. Die aarde is heel belangrijk bij deze
antenne. Een in de grond geslagen lange aardpen heeft weinig effect. Het HF
signaal, uitgestraald door de antenne, vindt zijn terugweg via aarde naar de
mantel van de coaxkabel. Die HF stroom vloeit via de toplaag terug. De
bovenste aardlaag moet dus goed geleiden voor HF. We noemen dit verschijnsel
het skin- of huideffect. Het aardoppervlak kunnen we goed geleidend maken
door zoveel mogelijk en zo lang mogelijke geleiders in te graven of uit te
leggen in een stervorm en dit sterpunt onder de straler te leggen en te
verbinden met de mantel van de coaxkabel.
|
|
De stralingsweerstand is in ideale
omstandigheden de helft van die van de ideale dipool antenne dus 37,5 Ohm.
In de regel is dit hoger. Stel eens voor dat u zo'n antenne gaat maken. De
stralingsweerstand blijkt precies 50 Ohm te zijn. Ideale aanpassing dus.
Door het aardnet te verbeteren zal de stralingsweerstand afnemen en de SWR
dus verslechteren. Het rendement van de antenne stijgt echter en wel hoe
meer de aarding verbetert en het punt van 37,5 Ohm wordt benaderd. Het
verschil van 50 naar 37,5 Ohm is dus 12,5 Ohm. Dit zijn extra aardverliezen.
De SWR is verslechterd maar het rendement is gestegen.
|
|
Deze misaanpassing kunnen we opheffen
met een antenne – aanpaseenheid ook wel antenne tuner genoemd. Een goede
SWR zegt dus niets over het rendement van de antenne! Het geeft slechts aan
dat de zender zijn energie maximaal kwijt kan, waar dat vermogen blijft is
een andere zaak. We noemen dit het SWR syndroom. Zoals blijkt uit figuur 9
is de stroom bij het voedingspunt maximaal. Er heerst dus veel HF signaal op
dat punt. De antenne is bij ontvangst dan ook gevoelig voor stoorsignalen
uit de omgeving. Zoals genoemd is de GP antenne ontstaan uit de
marconi-antenne. De kwartgolfstraler wordt nu los van aarde en zo hoog
mogelijk geplaatst. De aarde wordt hierbij vervangen door resonerende
radialen.
Zie figuur 10.
|
|
De meest voorkomende vorm voor de 2
meterband is de triple leg of driepoot, bestaande uit een verticale straler
van ¼λ lang en 3 radialen ook van ¼λ lang, waarbij de hoek
tussen de straler en de radialen 120º is. De stralingsweerstand van deze
antenne is 50 Ohm zodat een goede aanpassing aan de coaxkabel ontstaat. Een
bijkomend voordeel is dat deze antenne een vlakke afstraling heeft. Ook de
aanpassing op 70 cm is uitstekend omdat 70 cm de derde harmonische is van
2m. ¼λ voor 2 meter is dus ¾ λ voor 70cm en ¾ is¼ + ½ = ¾
λ is dus weer laagohmig. De afstraling op 70cm is slecht omdat de
stromen in de straler deels in tegenfase zijn. Teken het maar eens uit!
|
|
We zien weer eens dat
een goede aanpassing niet inhoudt dat de antenne een hoog rendement bezit.
Dat weten we nu, want wij lijden niet aan het eerder genoemde
staandegolfsyndroom.
|
|
Een variant op de kwartgolf groundplane
is de ⅝ uitvoering. Zie figuur 11. De straler heeft een lengte van
⅝λ , de radialen blijven ¼λ lang. Als we stroom en
spanningsverdeling gaan bekijken dan zien we dat dit niet aanpast op 50 Ohm.
Daarom wordt de straler voorzien van een verlengspoel. Deze verlengt de
straler met ⅛ λ zodat de elektrische lengte van de antenne
⅝λ + ⅛ λ = 6/8 = ¾ λ bedraagt en nu is de
aanpassing weer laagohmig. Deze antenne geeft enige versterking t.o.v. de
kwartgolf GP en is geliefd om zijn zeer vlakke afstraling.
|
|
Vooral voor de lage frekwentiebanden (80
en 160m) is het veelal niet mogelijk om een kwartgolf straler in de volle
lengte op te richten (een marconiantenne voor 160m is 40 meter hoog) Een
goed compromis is de L-antenne. Hierbij wordt een deel van de straler
horizontaal weggespannen. Zie figuur 12.
|
|
De polarisatie is grotendeels verticaal
omdat in het verticale deel de grootste stroom vloeit.
Na alle
beschouwingen over diverse
antennes is het nu wel overduidelijk dat het heel belangrijk
is dat we de stroom- en spanningverdeling goed begrijpen
om de werking van antennes
te doorgronden.
|
|
Er bestaan ook andere methodes om een
redelijke antennelengte te realiseren. Zie figuur 13a t/m 13d. De
mechanische lengte is hier kleiner dan de elektrische lengte. De antenne
wordt elektrisch verlengd tot een kwartgolf. Bij figuur 13a is een
verlengspoel aan de voet van de straler geplaatst, we noemen dit "Baseloading".
Bij figuur 13b is de spoel ergens in het midden opgenomen. Dit heet "Centerloading".
Bij figuur 13c zijn een aantal draden aangesloten aan de top en horizontaal
weggespannen. Dit systeem heet "Toploading".
Tenslotte figuur 13d, dit is een
combinatie van 13b en 13c. Figuur 13a geeft het slechtste rendement omdat de
stroombuik zich in de verlengspoel bevind maar heeft het meeste effect op de
verkorting. Zie figuren 13a t/m 13d.
|
|
|
|
Figuur 13c geeft het beste rendement
omdat de stroom grotendeels in het verticale deel van de antenne vloeit,
doch het effect op de verkorting is hier het slechtst. De figuren 13b en 13d
zitten hier tussen in. Een nadeel van het verkorten van de antenne is dat de
bandbreedte afneemt. In dit geval heeft figuur 13a hiervan de meeste hinder
en figuur 13c de minste. Omdat
het rendement van een vertical volgens figuur 13c het grootst is en ook de
grootste bandbreedte van allemaal heeft, verdient die de voorkeur. Omdat de
uiteinden van de dakcapaciteit of tophead ieder een deel van de antenne
stroom laten eindigen is het “corona-effect” minimaal (het oppervlak is
groter). Dit corona effect treedt op bij open antenne systemen die eindigen
in een punt, waar de antenne gaat sproeien bij gebruik van grote vermogens
(layout PA2IP(P)
73, Marten,
PA3BNT
|
|
|
|
|
|