UBA HF & VHF zendamateurs: Dubbelring ON4APZ

DUBBELRING ANTENNE ON4APZ door Guido Poupaert ON4APZ

Deze magnetische dubbele ring (engels = loop) multiband antenne is in feite een afstembare kring (schema#1) met een hoge Q-factor en resoneert o.m. op 160m, 80m, 60m, 40m en 30m. Ze is, zoals de meeste multiband antennes, het resultaat van een compromis, ze wijkt sterk af van de traditionele uitvoering, onder meer de koppeling met de transceiver, maar deze antenne doet prima wat ze moet doen: de ganse wereld werken en dit zelfs met de antenne in de shack.

#1 Principe

Het richteffect van de antenne kan, evenals het smalbandige ervan, een voordeel zijn en dit vooral in een storingrijke omgeving. Daar deze antenne relatief klein is, kan ze een oplossing bieden voor amateurs met weinig plaats of erger, zelfs zonder mogelijkheid om een antenne te plaatsen.

Het “probleem” bij zulke antenne is dat bij het veranderen van de frequentie van de transceiver de antenne ook moet nagestemd worden. In de 160m band van 1810kHz naar 2000kHz is dit 29 verdelingen op een schaal van 100, voor 40m is dat nog slechts 2 à 3 verdelingen en op 30m minimaal. De afstemming is kritisch, een vertragingsmechanisme en een afleesschaal zijn hierbij geen overbodige luxe (foto #2).

Afstemmen kan reeds op het gehoor bij ontvangst, het ruisniveau gaat sterk omhoog en daarna geeft U korte pulsen met laag vermogen terwijl U de VSWR in het oog houdt. Een tabel opstellen met standen en frekwenties is zeer handig. Een netwerkanalyser kan hier natuurlijk zeer goed dienst doen, vooral bij de allereerste proefnemingen. Zelf gebruikte ik hiervoor de VNWA van DG8SAQ: een meettoestel waarop old man Mario ON4AML mij attent maakte, waarvoor nogmaals dank en dat naar mijn mening, elke radioamateur die experimenteert zou moeten bezitten.( http://www.sdr-kits.net/) Metingen m1 t.e.m. m12: naast de curves vindt u de toegepaste frequentie, de gemeten VSWR, S11 en IZI.

Experimenteren met de koppeling naar de transceiver op de klassieke wijzen gaf niet op alle banden het zelfde aanvaardbaar resultaat, daarom deed ik proeven met een magnetische koppeling door middel van verscheidene ferriet-ringkernen. Uiteindelijk bleek via een goede (!) ringkern een bijna perfecte aanpassing op alle banden mogelijk, de koppeling is zeer eenvoudig en gebeurt in een oogwenk via een goede (!) vijfstanden draaischakelaar.

De tweede ring is nodig om de antenne te gebruiken op 160m, deze ring wordt met een schakelaar in serie geplaatst met de enkele ring.De dubbele ring verdubbeld bijna de werkingsgraad op 80m.
Voor 40m wordt de afstemcapaciteit voor deze dubbele ring onwerkbaar klein.

Wanneer de antenne slechts één ring heeft kunt U dus op al deze banden werken behalve op 160m, ze is dan veel eenvoudiger om te bouwen, weet wel dat 160m vooral in de wintermaanden (grijze zone) zeer interessant is ( met 15W Canada ). Ook tijdens zomer en herfst zijn verbindingen ’s avonds over 2000km regelmatig mogelijk en dit doen QRP en vanuit de shack, heeft toch iets speciaals, denk ik..neen?

Opdat het resultaat van de antenne niet zou ontgoochelen moeten alle onderdelen van goede kwaliteit zijn en dit eveneens voor de veiligheid van de operator en transceiver:

Bij het zenden ontstaat er over de afstemcondensator een zeer hoge spanning en deze moet daarom voldoende plaatafstand hebben om doorslag te vermijden: met enkele Watts staat er al 150V over de platen en bij 20W gaat deze reeds ruim boven 1000V. De draaias van de afstemcondensator wordt dubbel geisoleerd verbonden met de draaiknop via een soepele en isolerende koppeling plus een adaptor in plastiek, bvb Ertalon (zie foto #3)

De radioamateur moet dus goed weten waarmee hij bezig is en de nodige voorzichtigheid aan de dag leggen!! Binnenshuis gaat de magnetische straling van deze antenne, over geruime afstand met weinig hinder door muren heen, tenzij U in een bunker woont. Blijf er ook steeds van bewust de nodige afstand te houden i.v.m. eventuele straling!

Geschikte afstemcondensatoren van 280pF tot 350pF met een afstand van minstens 2mm tussen de platen (foto #2),voorzien van goede sleepcontacten en met een kleine minimum capaciteit, zijn regelmatig te vinden op hambeurzen(foto#4, La Louvière 2017) of misschien kan je er wel zelf een maken.

De dubbele wisselschakelaar om de tweede ring in serie te plaatsen moet voldoende robuust zijn (zie foto #5 ), alsook de schakelaar die de eventuele vaste condensator parallel plaatst met de afstemC.

De stroom door de gesloten contacten van de schakelaar is zeer groot en kan, indien deze niet voldoen, de schakelaar in brand doen vliegen! Tip: De schakelaars zouden niet warm mogen aanvoelen NA het zenden, trouwens geen enkel onderdeel van de antenne mag opwarmen anders voldoen ze niet.

De tweede ring, nodig voor 160m, is zwevend wanneer U op een andere band werkt: De twee ringen steeds in serie zetten en omschakelen naar een enkele lijkt wel eenvoudiger maar brengt problemen mee (zie Principe). Onder meer de minimum capaciteit van de kring verhoogt op die manier en kan de 30m buiten bereik brengen. Vermijdt ook, het monteren van metalen platen, ze veroorzaken bijkomende capaciteit waardoor U met de afstemcondensator zelfs op minimum, opnieuw niet de 30m kan werken. De ring verkorten kan dan de oplossing hiervoor bieden, maar mogelijk krijgt U nu problemen op 80m & 160m en het rendement van de antenne daalt zeer snel.

Wanneer U een onstabiele VSWR zou meten tijdens het zenden, is de oorzaak zeer waarschijnlijk dat er zich ergens in de afgestemde kring, een slechte verbinding voordoet, een schakelaar aan het sterven is of dat er vonken overspringen tussen de platen van de afstemcondensator.

De eventueel bijgevoegde condensator van 200pF moet bestand zijn tegen de hoge stroom en spanning, gebruik daarom alleen een daarvoor geschikt exemplaar! (zie foto #6)

Zulke condensator mag slechts aan één zijde onwrikbaar bevestigd worden, de andere aansluiting moet buigzaam zijn of soepel met een draad: deze modellen verdragen geen mechanische frictie! De condensator is nodig op 80m en 160m wanneer U een variabele condensator gebruikt van +/- 300pF. Dit maakt de antenne inderdaad wat complexer in haar constructie en bij het omschakelen, doch soepeler in het afstemmen ervan. Met een variabele C met een nominale waarde hoger dan 500pF is deze bijkomende C onnodig, echter dit maakt afstemmen op de “hogere” banden nog wat kritischer.

Voor de ringen gebruikt U een 5m lange zachte roodkoperen buis (of aluminium buis). Een platte lat kan ook dienen maar een buis is wat stabieler,het is hier de oppervlakte die van belang is (skin effect).Gebruik hiervoor bvb geen dikke draad, bvb.aardingsdraad, want al zou U in dat geval een perfecte VSWR meten en de ontvangst van stations zeer goed lijkt, is het rendement van deze antenne zo klein dat U in feite een (slechte) dummy load heeft gemaakt (zie foto #7 middelgolf tot 80m).

Ontvangstbereik van deze raamantenne, 0,66MHz > 3,675MHz

Het is aan te raden om de ringen van een laagje metaalvernis te voorzien ( Incralac = goede keuze) om ze proper te houden en oxidatie te vermijden, (natuurlijk niet op de uiteinden waar de verbindingsklemmen komen). Koperen buizen van 15mm diameter ( en dikker ) kan U vinden in de doe-het-zelf zaken, proper verpakt in lengten van 5m. De ringen hebben een cirkelvorm, dit is de ideale vorm, alle andere vormen doen de werkzaamheid van de antenne dalen! Een veelhoek is nog te gebruiken, een rechthoek is af te raden, zeker een smalle. Elke ring bestaat uit één stuk. Bij mijn antenne zijn de ringen bevestigd (elkeen met 4 schroeven 5 x 60 T25) op een 18mm dikke triplex basisplaat door middel van telkens twee halve hardhouten blokken met een boring van 15mm (zie foto #8).

Door de grote hefboom werking van de ringen komt op deze bevestigingen een niet te verwaarlozen kracht: het onderste gedeelte van elke dubbele blok wordt vastgelijmd én vastgeschroefd (telkens 2 schroeven 4,5 x 40 T20) op de basisplaat om het bewegen en loskomen ervan te vermijden. De basisplaat zelf meet 50cm x 50cm, dit is relatief groot maar hierdoor is het geheel wel stabiel. Om de goede totale L te bekomen is de afstand TUSSEN de ringen = 3cm, de ringen worden op de juiste afstand gehouden d.m.v.acht hardhouten stukjes (zie foto #9)

De verbindingen met de ringen gebeurt met stevige klemverbindingen en met dikke korte draden. Om mooi te ogen zou u deze draden samen kunnen binden met bandjes maar zo verhoogt u de minimum capaciteit van de kring en dit kan de 30m weer onbereikbaar maken. Door de draden verder uit elkaar te monteren verhoogt U een beetje de L van de kring, maar met een zeer klein gevolg voor de afstemming. Vermijd zoveel mogelijk te solderen in deze resonantiekring en waar het toch moet (schakelaars), gebruik dan liefst zilver-tin soldeer (= minder slecht dan lood-tin soldeer, meet eens de soortelijke weerstand en probeer daarna uw tranen te stoppen) Goede klemverbindingen zijn gemakkelijk zelf te maken van koperplaat van 1mm dikte. Zulke goed gemaakte klemmen passen zeer goed rondom de buizen door middel van een M5 schroef en moer, ( minimale overgangsweerstand) dikkere zelfgemaakte klemmen doen dit minder goed. De klemmen die U kan kopen om buizen op de muur te bevestigen gebruikt U beter niet, ze zijn niet fameus, nog mechanisch noch elektrisch.(zie foto #10)

#10

De ferriet ringkern gebruikt om de antenne aan de transceiver te koppelen moet van goede kwaliteit zijn. De goede werking van de antenne staat of valt hiermee!

De hiervoor geschikte ferriet ringkern is: FT240-31 “speciale mix 31” met afmetingen 61x36x13mm.

Wikkel de draad omheen de ringkern (zie foto #11) zodat hij niet kan bewegen,leg daarom één laag tape om de ringkern alvorens de wikkeling aan te brengen. Het eerste plexi plaatje houdt de aftakkingen op hun plaats en de middelste grotere boring houdt de dikke draad (met de hoge spanning ) stabiel en op afstand. Verder dient het tweede plaatje nog om de ringkern stevig te bevestigen (zie ook foto #12).

#11

Dit alles opdat u telkens opnieuw de zelfde instelling en resultaat zou bekomen.Enkele metingen met laag vermogen vertellen snel welke aftakking ( hier met Starfix zonder plastiek gedaan, zie foto #13)

u neemt voor de laagste VSWR, deze zal zelden boven 1.5/1 komen in de juiste stand.


#12

#13

Het kan goed zijn dat U de beste koppeling vindt, die verschillend is bovenaan en onderaan de 80m en 160m band. (zie meting m3 en m4, de cijfers links boven 20-2: het eerste cijfer geeft de stand op de schaal van 0 tot 100 van de variabele C, het tweede cijfer de stand van de 5 standen schakelaar ). Wanneer nodig kan een draaischakelaar met meer dan 5 standen gebruikt worden, in dit geval meten we 1.27 en 1.14 en is de omschakeling niet nodig.

Wanneer de antenne buiten wordt geplaatst, worden de hardhouten onderdelen natuurlijk best vervangen door kunststof materiaal, het onderste gedeelte van de antenne moet afgeschermd worden in een waterdichte behuizing,( denk daarbij weer aan de bijkomende capaciteit ), de schakelaars worden dan vervangen door geschikte relais en de afstemming gebeurt dan op veilige afstand (stappenmotor + Arduino).

Bijkomende info:https://dubbelringantenneon4apz.blogspot.be/ ( klik onderaan op Bouwinformatie)

Contact: on4apz@skynet.be