TERUG
Gepubliceerd in CQ-Friesland-noord april 2004
De G5RV antenne is in 1946 voor het eerst gepubliceerd in het Engelse radio (Radio Communication) door Louis Varney, welke hem als een eenvoudige multiband antenne beschreef voor gebruik op de toenmalige HF banden. Voor diegene die deze antenne niet kennen, dit is een dipool antenne van 2 x 15,55 m en een open voedings lijn van 10,40 m.
Sinds ik een A licentie heb (1983) ben ik op verschillende locaties QRV geweest op de HF Banden meestal met een G5RV antenne. De rapporten die ik kreeg of verstuurde waren op 80 t/m de 10m band altijd goed te noemen. Ik heb in de loop van mijn amateur radiojaren de G5RV in vele opstellingen en voedings methoden uitgeprobeerd, zoals met open lijn , coax voeding, als inverted V en gestrekte dipool.Bij mij niet alleen maar ook bij vele G-stations (UK) functioneert de antenne uitstekend en doet op de 80 m band vaak niet onder voor een fullsize dipool. De reden dat ik deze antenne heb gebouw is, dat het in stedelijke omgeving vaak wel mogelijk om 2 x 15,5 m (als inv. V) op te hangen, en 2X 20 m vaak een probleem is, en zijn eenvoudige constructie zonder traps, een multiband functie te krijgen met een goed straling rendement op de HF Banden 10 – 80m. In Electron van maart 1997 heeft PAoSE in zijn onvolprezen rubriek “Reflecties” onder het kopje “Het Sprookje van de G5RV All band antenne” de antenne behandeld. Ik kon mij niet geheel in zijn conclusies vinden en was op een aantal punten een andere mening toegedaan. Het G5RV antenne concept bevat een aantal positieve aspecten, die ik bij andere ontwerpen nog niet heb gezien.
Aan de hand van dit artikel wil ik u graag deelgenoot maken van de bevindingen die op basis van het G5RV antenne concept hebben geleid tot een antenne die ik de toevoeging spe
CiaLL heb gegeven. In dit artikel claim ik geen originaliteit doch het samen brengen van verschillende technieken heeft tot een beter aangepaste multiband antenne met coaxkabel geleid die de voordelen van eenvoud en functionaliteit van het oorspronkelijke concept van Loius Varney overeind houden.Historie van de G5RV;
Om iets te begrijpen van het feit dat Louis Varney in 1946 het een multiband antenne heeft genoemd moeten we even terug in de tijd. Uiteraard waren er in die periode geen transistor eind trappen en was het met een buizen eindtrap geen probleem om alle antennes met een impedantie van 60 tot meer dan 2000 ohm zonder problemen met de tankkring aan te passen. G5RV is geboren in 1911 in Sussex (UK) en in 1928 heeft hij zijn zend-machtiging verkregen. In 1932 had deze OM zijn DXCC behaald, en vanaf 1930 werkzaam bij Marconi. Gedurende de tweede wereldoorlog werkte hij als radio expert bij het Engelse leger.In een Radcom artikel gepubliceerd van 1984 (Ref 1) geeft Louis Varney een nadere toelichting op de werking van de G5RV antenne, aangevuld met zijn eigen ervaringen.
In dat artikel omschrijft hij het ontwerp als volgt:
Hij vervolgt zijn inleiding door te vermelden dat de antenne voor de overige banden 80 t/m 10 m, ook gebruikt kan worden waarbij de openlijn functioneert als een”make-up“ sectie, waarbij G5RV zelf ook opmerkt dat de aanpassing op de overige banden niet optimaal is met coax voeding en een goede antenne tuner aanbevolen wordt. Voor zover ik de publicaties van Louis Varney heb kunnen nalezen heeft hij ook altijd geschreven dat met uitzondering van de 20 m band er altijd een antenne tuner nodig is.
Dat de antenne toch een goede multiband antenne is bewijst de werking in de praktijk, zeker in de tijd dat de antenne ontworpen is. In 1946 was coax kabel niet veel in gebruik en veelal werd er met een openlijn gewerkt en was het van belang te weten of de antenne “ stroom” (lage impedantie bij het voedingspunt) of spanning gevoed was. (Hoge impedantie). De OM,s van die tijd had een stroom meter (met thermokoppel) in de voedingslijn en letten er eigenlijk alleen maar op dat de antenne “goed stroom trok”..
In het RSGB handbook van 1977 (ref 2) staat de G5RV antenne afgebeeld zoals in Figuur 1, waarbij de tuner als een symmetrische is uitgevoerd. De Coax lijn wordt alleen geadviseerd voor de 20m band , waarbij de SWR rond de 1:1,4 is als de antenne op ongeveer 10 m hoogte is gespannen. Nu lukt het trouwens prima om op alle banden van 10-80 m de antenne te voeden, alhoewel de artikelen van PAoSE laten zien dat de SWR dan verre van optimaal is het uitgestraalde vermogen (rendement) nog prima. Zelf heb ik vele jaren gewerkt met een G5RV die volledig met een open lijn was uitgevoerd, waarbij het stuk tussen de punten CD en EF was uitgevoerd met 300 ohm lintlijn en een Z-Match tuner.(later Transmatch)
De
werking van de G5RV nader bekeken per band.Het aantrekkelijke van de G5RV antenne is dat hij zonder ingewikkelde spoelen (traps) en de geringe afmetingen eenvoudig en goedkoop is na te maken. Daarnaast geeft de antenne vanaf de 40 m band iets meer versterking dan een halvegolf dipool, op de 10 m band is dit rond de 3 dB.
Wat de 80 m band betreft voldoen de afmeting van de G5RV aan de eis dat de straler voor de laagste frequentie niet korte mag zijn dan 70% van de halve golflengte, dus niet korter dan zo’n 28 meter, om een redelijk rendement te krijgen. Met zijn totale lengte van 31 meter voldoet de antenne aan deze eis. De antenne functioneert (bijna) als een halve golf dipool waarbij de voedings lijn voor 4,5 m fungeert als een (deels) gevouwen dipool. Hij is voor deze frequentie dus korter dan een have golf wat resulteert in capacitieve reactantie. De antenne gedraagt zich dus als een weerstand in serie met een condensator, wat veroorzaakt wordt doordat de stroom voorijlt op de spanning. Het stralingsdiagram is gelijk aan die van een full size dipool voor 80 m net als trouwens de effectiviteit van deze antenne. De 10,4 m open lijn fungeert deels als aanpassing stub, waardoor de G5RV niet extreem hoogohmig is. (SWR rond 1 : 5 ).
Zelfs op 160 m Band kan de antenne gebruikt worden door de openlijn kort te sluiten op punt CD en de antenne als een Marconi (flat top) te voeden tegen aarde. (Rendement is dan laag)
Op de 40 m Band is de antenne samen met de openlijn meer dan 2 maal een halve golf, de antenne functioneert hier dan ook als Collinear antenne, welke in fase gevoed wordt. Op deze frequentie is de antenne langer dan een halve golf dipool en vertoond behalve een Ohmse weerstand een inductieve reactantie, die wordt veroorzaakt doordat de stroom naijlt op de spanning. (Stroom en spanning niet in fase). Op deze frequentie is het vervanging schema van de antenne een weerstand met een inductief component in serie. De aanpassing op coax is ook hier in de oude opstelling goed te noemen met in mijn geval rond de 1: 2. Het stralings diagram is polair met scherpere lobs dan een halve golf dipool, en de navenant iets meer versterking.
Wat de 30 m Band betreft is de antenne precies twee volledige golflengten en werkt ook hier als een in fase gevoede Colinear antenne. De antenne is in het voedingspunt (AB) hoogohmig en de voedinglijn langer dan een halve golf waardoor hier de antenne spanning gevoed is en de aan passing op coax slecht. Op deze band werkt de antenne, ondank deze slechte aanpassing over coax, zeer effectief.( SWR > 10)
Voor deze band (20 m) is de antenne ontworpen en in het stroom verdelingspatroon kun je zien, dat de antenne hier optimaal aangepast is. De antenne functioneert als een langdraad van drie halve golflengtes die in het midden wordt gevoed. Doordat de antenne aan weerszijden in feite een halve golf “te lang “is bereikt het gereflecteerde deel van de stroom het voedingspunt (AB) in tegen fase met het voedingdeel zodat de resulterende stroom zeer klein wordt. Deze is echter weer in fase met de spanning zodat de antenne weer een zuiver Ohmse weerstand vertoont. De weerstand in het voedingspunt is zeer hoog (punt AB) (de antenne gedraagt zich als een parallel kring) de openlijn werkt als een halve golf aanpassing stub waardoor de impedantie op de punten C.D rond 90 ohm bedraagt. Op dit punt kan dan ook zonder problemen een coax kabel worden aangesloten, waarbij een 50 Ώ kabel een SWR van rond 1: 1,8 laat zien. Het stralings patroon op de 20 m Band is een polaire multi-lob van het klaverblad type. De antenne heeft hier ten opzichte van een halve golf dipool een versterking van ongeveer 0,75 dB.
Ook de 12 m Band (24,6 Mc) was in 1946 niet beschikbaar voor de zendamateur, maar hier het toeval wil dat de antenne goed aanpast op 50 Ohm coax. De antenne is ook hier 5 halve golflengten lang, waarbij de open lijn als matching sectie fungeert en een lage impedantie laat zien. Bij mij was de SWR 1:1,5 en ook door de gunstige opstralingshoek goed voor DX werk.
Ik denk dat de verklaring moet worden gezocht in het feit dat een coax kabel een bepaalde capaciteit (ongeveer 100 pF /m) heeft en je kunt je voorstellen dat als je een capaciteit parallel over de open voedinglijn op de punten CD plaatst de capacitieve reactantie die op b.v de 80 m band het geval is, je met een bepaalde capaciteit parallel een weerstand krijgt die dichter bij je ohmse belasting van in dit geval 75 Ω kan komen. (Stroom ijlt minder voor op de spanning waardoor de ohmse belasting gunstiger wordt.). Ik kwam hier achter doordat ik de antenne aansloot met een coaxlijn van 92 Ω, (RG 62/U heeft een capaciteit van 46 pF/m) een veel slechtere SWR op een aantal banden kreeg. De capacitieve reactantie Xc is afhankelijk van de frequentie, en b.v een condensator van 300 pF, heeft dan een schijnbare weerstand op 3,5 Mc van ( 1.000.000/ (2xΠx3,5x300)= 150 Ω. Als je een condensator over de openlijn op de punten CD plaatst krijg je als het ware een weerstand parallel over je open lijn die samen met de ohmse coax kabel een bepaalde belasting geeft aan de zender kant. Verder is het zo dat de toevoeging van een extra condensator de stroom die voorheen voorijlt op de spanning in “fase” brengt met de stroom waardoor de antenne niet meer “capacitieve” maar een meer inductieve belasting ziet. Ik kan me voorstellen dat met dit
SWR niveau de ontwerper het advies gaf, dat de antenne goed bruikbaar is op de HF banden omdat over coax samen met een goede tuner de verliezen in het antenne systeem relatief laag zijn, samen met een goed straling rendement.Volgende maand: 2e deel 73, Henk, PA3CLL
TERUG