CQ-Friesland-Noord.

Gepubliceerd in CQ-Friesland-noord mei 2004

Constructie en Voedingslijnen voor de G5RV.

Een opstelling waarin de dipool volledig gestrekt kan worden opgesteld is natuurlijk ideaal om een mooie symmetrie en navenant straling patroon te krijgen. Helaas is dat maar voor een beperkt aantal (zend en luister) amateurs weggelegd. Ik heb op de vorige QTH ook veel met een “Inverted Vee”opstelling gewerkt, waarbij er op de dakkapel van een woning een mastje van ongeveer 5 m was geplaatst en vervolgens een draad naar voren van de woning en een naar de achtertuin. Meestal lukt het op deze manier wel om twee maal 15,55 m op te hangen.

De open voedinglijn van 10,40 m wordt geadviseerd om tenmiste 6 meter recht naar beneden laten lopen. Daarna is hij in mijn opstelling binnen in de shack. In het voedings punt AB loopt de meest stroom en straalt dus daar optimaal. Vandaar dat dit punt liefst zo vrij mogelijk moet worden opgesteld.

In de huidige opstelling die ik al vele jaren gebruik is de antenne opgesteld als in Fig 4, en is gemaakt van 2,5 mm Litze draad. Hierbij heb ik gekozen voor een vrije opstelling van de antenne waardoor het gedeelte waar de meeste stroom loopt zo ver mogelijk van de woning is. Helaas was mijn tuin niet groot genoeg om hem volledig antenne gestrekt uit te spannen. De gemeente vond het geen goed idee om een mast in een parkje te plaatsen, maar had geen bezwaar om de draad over de vijver aan een laag paaltje te bevestigen. Resultaat is dat het uiteinde van een van de benen ongeveer 4 m hoog hangt onder een hoek van 45 graden.

De antenne hijs ik omhoog aan een katrol in de mast van 10 m aan een nylon koord waar een isolator aan is bevestigt. De opstelling is verre van symmetrische en ik heb in eerste instantie dan ook getracht hier een oplossing voor te vinden, waarbij het daarnaast mijn streven is geweest om tevens de aanpassing van openlijn naar coax te verbeteren. Het mooiste zou zijn om de SWR in elk geval beneden de 1 :3 te krijgen op de meeste banden, waardoor ook de automatische antenne tuners van moderne transceivers hiermee kunnen werken. Dat betekend dat de impedantie zo tussen de 20 en 150 Ω moet liggen. (Tuner specificatie van b.v een Kenwood TS 850)

De eerder genoemde Zuid-Afrikaanse amateur ZS6BWK is daarbij met behulp van een computer berekening programma op zoek gegaan naar de “ideale maten”om op zoveel mogelijk banden een aanpassing over 50 Ω coaxkabel te realiseren. Uiteindelijk is dat redelijk gelukt met een SWR van beter dan 2 op de 40-20-12 en 10 m Band. De afmeting van deze dipool op basis van het G5RV principe zijn 27,9 m (2x 13,95 m) lengte en 13.6 m voor de openvoeding lijn. (zonder rekening te houden met de verkortingsfactor) (Ref 4). Zelf heb ik een andere benadering gekozen door op zoek te gaan naar een punt waarbij de impedantie rond de 200 Ω zou mogen liggen. Door gebruik te maken van een “balun op lucht” zoals beschreven door Mike Underhill G3 LHZ die het een “pre-matching unit” noemt en zoals PAoSE deze later heeft geschreven in Electron. (Coax balun)

Mijns inziens had je met deze breedband 1: 4 balun twee vliegen in een klap nl. een perfecte overgang van (50 Ω) asymmetrisch naar (200 Ω ) symmetrisch, en als je dan een SWR van 1:3 acceptabel vindt, dan kun je in principe een impedantie van de antenne tussen 60 en 600 Ω tolereren. (3 x 200 Ω ). Het zal duidelijk zijn dat het vinden van een dergelijke impedantie range meer speel ruimte bied. Bijkomend voordeel is dan ook dat je met een eenvoudige tuner (L- netwerkje) maar een beperkt gebied moet aanpassen waardoor de verliezen in de tuner en de voedinglijn(en) zeer beperkt zijn. “ The best of both worlds “, zou je zeggen.

Het effect van een balun op de G5RV

Ook Louis Varney heeft onderzoek gedaan naar de vraag of het voeden met coax en de overgang naar de open lijn wel of niet de symmetrie van de antenne verstoorde, zo bleek in zijn artikel van 1984 (Ref 1). Het is opmerkelijk wat hij hier zelf over schrijft n.l, dat de stroom in de beide open feeders van de 10,40 m lange open lijn opmerkelijk gelijk waren. Zijn conclusie was dan ook, dat een balun om deze reden niet echt nodig is.

Ik heb dit zelf ook met een eenvoudig neonlampje vastgesteld en gezien dat de “stroom”op beide voedinglijnen op punt CD redelijk gelijk waren. Neemt niet weg dat dan de buitenmantel van de coaxkabel ook mee straalt, en dat vond ik toch minder geslaagd met het oog op laagfrequent instraling. Uit het artikel van G5RV blijkt verder dat hij experimenten met een balun op ringkern heeft uitgevoerd, waarbij hij opmerkt dat deze niet geschikt zijn voor gebruik in de antenne daar bij een SWR van meer dan 2, de verliezen in ringkern materiaal toenemen door verzadiging van de kern.

Daarnaast merkt Louis Varney op dat de reactieve component niet door een balun kan worden gecompenseerd, dit kan veel beter met een “goede” tuner plaats vinden. Waarom de experimenten van G5RV in 1984 niet met een “balun op lucht” zijn uitgevoerd is mij een raadsel want het ontwerp van een dergelijke balun staat ook in het RSGB handbook van 1977 beschreven. Mogelijk dat de constructie beperkingen van dat ontwerp de oorzaak waren, want deze spoel was nogal groot. ( 11 cm diam.)

Daar kwam verandering in toen PAoSE zijn “Coax balun “ontwerp op basis van G3LHZ pre-matching unit publiceerde in Electron. Ik heb deze balun van diverse soorten coax gemaakt (variërend van TV coax, RG 62 en RG85U) en daarbij ook de spoelen op diverse diameter spoel-vormen gewikkeld. Uit eindelijk heb ik deze balun gewikkeld met ordinaire tweeling snoer. Ja u leest het goed dat normale lampen snoer wat aan uw schermerlampje zit.

De “Twinbalun” van PA3CLL

Hoe kom je er op om tweelingsnoer te gebruiken, er is toch veel beterevoedinglijn dan dit te gebruiken? Wel dat zal ik proberen uit te leggen. In Electron December 1996 staat een artikel van Klaas Robers PAoKLS, waarbij hij metingen doet aan tweelingsnoer als voedingslijn. In de amateur wereld heeft dit snoer niet een beste naam als het gaat om verliezen voor HF transport. Klaas zijn resultaten deden mij verassen omdat de verliezen zelf op 30 Mc nog erg meevielen. Een lengte van 30 Meter geeft op deze band een verlies van “slechts” 5,9 dB.

(zie voor het wikkelen van de Twin Balun het artikel over de PA3CLL-Twinbalun)

De impedantie van deze lijn is 130 ohm, en heeft een verkortings factor van 0,667 welke gelijk is aan coax kabel. Maar dat niet alleen, er is nog een andere reden dat ik er een balun van gemaakt heb n.l de capaciteit van de kabel is rond de 40 pF/meter. Nadat ik de “Twinbalun” heb gemaakt door tweemaal 17 windingen op 4 cm PVC pijp te hebben gewikkeld, en deze aan de voedingslijn aan de G5RV had bevestigd bleek de SWR er behoorlijk goed uitzag. Vreemd genoeg beter met de “Twinbalun” dan met de balun gemaakt van RG58u coax. De enige verklaring die ik kan bedenken is, dat het verschil in capaciteive belasting met de “twinbalun” een betere aanpassing geeft door de eigen capaciteit van de kabel.

De “Twinbalun” is eigelijk een impedantie transformator die een ingangsimpedantie heeft van 130/2 = 65 ohm en een uitgangs impedantie van 130 x 2 = 260 ohm. Om de werking van de Twinbalun te controleren heb ik de secundaire (200 ohm kant ) afgesloten met een koolweerstand van 200 ohm,en vervolgens de zender aangesloten via de SWR meter aan de 50 ohm kant. Vervolgens over de gehele HF band op diverse frequenties de SWR meter gecontroleerd of deze nog 1:1 was. En de uitkomst was dat deze 1:1 bleef tot ruim 30 Mc. Wat de verliezen betreft in de balun heb ik verder geen metingen verricht maar afgaand op de verliezen gemeten door PAoKLS zullen die op 30 Mc maximaal rond 1 dB zijn. ( 2 x 3,25 meter tweeling snoer).

In de tekening van Fig 5, wordt weergegeven hoe de “Twinbalun” is geschakeld. Wat mij betreft past zo’n balun uitstekend bij dit amateur ontwerp wat eenvoudig is na te maken en voor te verwaarlozen kosten. Daarnaast is een stukje tweelingsnoer eenvoudiger op een PVC buis te wikkelen dan een stug stuk coax. Als de balun weerbestendig moet zijn dan de gehele “twinbalun” in een grotere diameter PVC buis schuiven en dichtmaken met een afdichtplaat zodat de wikkelingen niet bloot staan aan vocht. (Verliezen zullen dan toenemen)

De G5RV SpeCiaLL:

De GR5V SpeCiaLL antenne heeft de maten als in figuur 6 getekend. Ik heb de uiteindelijke antenne gemaakt met 10,40 m lintlijn met window van 450 ohm. Dat is bij een aantal adverteerders te koop en is het bekende dikke zwarte lijntlijn met vierkante gaten.( windows). De lijn heeft een verkortings factor van 0,90 wat dus een elektrische lengte van 11,55 m geeft. De gemeten SWR van de G5RV speCiaLL met “Twinbalun” opstelling is als volgt: ( Zie tabel 2 ). Uit deze meeting blijkt dat de SWR alleen op de 30 en 15 m band boven de 3 komt. En met deze opstelling op de 10 m band nagenoeg 1:1,5 wat mooi is meegenomen daar de verliezen het op de hoogste frequentie nu minimaal zijn. Met deze waarden is een goede aanpassing door automatische antenne tuners geen probleem. Maar ook met een eenvoudig L-netwerk tuner zal dit weinig verliezen geven.

Band	Frequentie Mc	SWR gemeten over 50 ohm
80 M	3,7	1 : 3
40 M	7,0	1: 4
30 M	10,11	1: 4
20 M	14,15	1: 2
17 M	18,13	1: 2
15 M	21,150	1: 7
12 M	24,960	1: 3
10 M	28,40	1 : 1,5

Tabel 2:

De gemeten SWR van de G5RV speCiaLL

met “Twinbalun” opstelling is als volgt:

Op de 10 m band geeft het totaal van L-netwerk, 10 m Coax RG123, Twinbalun en 10,4 M open voedingslijn een verlies van ongeveer, 0,5 + 0,4 + 1,0 + 0,5 = 2,4 dB, daar staat tegen over dat de antenne winst rond de 3 dB bedraagt dus er is kleine winst van rond 0,6 dB. Voor de overige banden zullen de verliezen iets afnemen waardoor er per saldo een kleine versterking blijft bestaan op de meeste HF banden. Ook met dit ontwerp heeft u nog steeds een tuner nodig, maar als er op dit groot aantal amateur banden wil worden gewerkt, en daarbij de gehele band wil benutten, ontkom je er met eenvoudige antenne ontwerpen niet aan. De open voedingslijn van de G5RV speCiaLL heeft een dubbelfunctie, n.l het transporteren van energie van zender naar antenne, maar ook als impedantie transformator. In het artikel van PAoSE over het sprookje van de G5RV ben ik het deels eens met de opmerking dat de maten niet echt kritische zijn.

Want als die SWR toch zo slecht is en een tuner nodig hebt,

waarom dan precies de maten van de G5RV aanhouden” ?.

Een opmerking wil ik daar graag overmaken, n.l dat de lengte van de dipool niet echt veel korter kan dan 70 % op de laagste frequentie (zeg maar 2 x 14 m op 80 m). Voor de voedingslijn is dat in principe ook niet kritische maar zoals genoemd is de lengte van de voedingslijn van de G5RV een halvegolf aanpassings stub op 20 M band. Dat is dus eigelijk allen voor 14 Mc belangrijk. Maar het toeval wil dat de lengte van de open voedingslijn van 10,40 m tevens de laagste verliezen geeft op overige frequenties. PAoSE heeft in Electron van oktober 2001 zijn resultaten van computer berekeningen gegeven waarin o.a een dipool van 2 x 15 m de verliezen berekend in de openlijn met verschillende lengtes. Hierin is zijn conclusie dat:

“ Bij deze antennes de laagste verliezen niet optreden bij de kortste voedingslijn. Transformatie van de impedantie in het voedingspunt van de antenne naar de 50 ohm van de zender gebeurt zowel door de voedingslijn als het L-netwerk. En die combinatie levert bij een bepaalde lengte van de voedingslijn kennelijk een optimaal resultaat op “.

In dit zelfde artikel geeft PAoSE een overzicht van verschillende lengtes van voedinglijnen weer waarbij de verliezen het laagst zijn. Laat die lengte waarbij de laagste verliezen in de combinatie (L-tuner) plus openlijn nu rond de 10 tot 14 meter bedragen. Ook wordt onderschreven dat er een optimum is bij kleinere dipolen van de lengte van de voedingslijn, en tevens de dubbelfunctie n.l. het verkleinen van de verliezen door verbetering van de aanpassing van de antenne, waardoor verliezen in het totaal antenne systeem kleiner worden. De vraagt blijft of Louis Varney het allemaal als een Mutltiband antenne heeft uitgedacht, als dat niet zo is dan is het principe van een kleine dipool samen met een bepaalde lengte van de openvoedingslijn een “ toevals treffer geweest” die in de praktijk bewijst optimaal resultaat geeft.

Samenvatting.

Over de vraag van is de G5RV een multiband antenne of niet laat ik graag aan u zelf over. Uit het boven staande mag duidelijk zijn dat dit afhankelijk van welke definitie men hanteert. Ik hanteer de norm dat wanneer op meerdere banden de SWR beneden de 1:3 blijft het een multiband antenne mag worden genoemd. De maten van dit ontwerp zijn niet erg kritisch en in dat opzicht moet ik PAoSE gelijk geven. Het mag best een metertje meer of minder zijn, als u de aanpassing op een bepaalde band wilt optimaliseren dan is dat met dit recept mogelijk. Nog even de vergelijking met de “Comunipool van PAoSE” dit is een ontwerp waarin een dipool antenne geheel gevoed wordt met coax middels een eerder genoemde coaxbalun volgen een ontwerp van Underhill. Het nadeel van dit ontwerp vind ik dat de verliezen aanzienlijk hoger zijn daar op de meeste banden er een forse misaanpassing is, en tevens moet de balun bij het voedingspunt van de antenne geplaatst worden wat bij een gestrekte dipool aanzienlijk mechanische problemen heeft.

Met de G5RV speCiaLL is het eenvoudig een gestrekte dipool te construeren daar de twinbalun op de begane grond kan worden geplaatst wat in ons winderige landje ook zijn voordelen heeft. In 1946 was de G5RV wel degelijk een simpele maar eenvoudig te maken multiband antenne met een goed rendement op meerder HF banden, en door de “speCiaLL” toevoeging is het nu naar mijn mening mogelijk met coax kabel een goede multiband antenne te maken die lage verliezen heeft in het geheel van voedingslijnen en tuner en welke door de antenne winst weer voldoende worden gecompenseerd waardoor een zeer efficiënt antenne systeem ontstaat voor alle HF banden. (Zonder traps waardoor eenvoudig na te bouwen). Wat mij betreft is dit ontwerp de meest eenvoudige en efficiëntste multiband antenne daar op alle frequenties nu niet alleen een redelijk goede aanpassing over coax heeft, maar ook het euvel van de straling tengevolge van de overgang van openlijn naar coax nu volgens de regels is geschied.

Ik vind dat het ontwerp nog steeds een G5RV antenne genoemd mag worden, ook al zijn de maten niet precies gelijk aan het origineel ontwerp. Het principe van een kleine dipool met een openlijn die een “dubbel” functie heeft vind ik het fundamenteel verschil met andere antenne systemen ook als zijn die een metertje meer of minder.

Veel knutsel plezier en graag tot werkens met uw nieuwe G5RV speCiaLL, de antenne is zeker het proberen waard.

73’ Henk PA3CLL

Geraadpleegde literatuur.

1: G5 RV Multiband antenna Up to Date, Louis Varney, Radio Communication, July 1984, page 572-574.

2: Radio Communication Handbook, Fifth edition. 1977,Page 12.86 en 13.10

3: Reflecties van PAoSE, “het sprookje van de G5 RV multiband antenne, Electron Maart 1997 pagina 90.

4: Computer-aided design of a multiband dipole (base don the G5RV principal),

Brian Austin ZS6BKW, Radio Communication, August 1985 Page 614-617

5: Reflecties van PAoSE, Multiband antennes voor de amateurbanden van 10-160m. Electron November 1997, pagina 457- 462.

6: Netsnoer als HF Transmissielijn, Klaas Robers PAoKLS, Electron December 1996

TERUG

Tekeningen door Tom,PA2IP. (overzetting in Frontpage nog niet 100%)