Förkorta antenn elektriskt

[Johan Persson]

Finns det något sätt att elektriskt förkorta en antenn? Om jag har en antenn som är resonant på 30m, så kan jag använda den på 40m genom att använda spolar/induktanser, finns det någon motsvarighet för att kunna använda den på 20m?

Finns det någon designguide för hur en spole i basen på tex en vertikal ska lindas? Om jag behöver 10 mikro henry, är en bred eller smal spole bäst?


Exempel

 

[SM0GLD]

Finns det något sätt att elektriskt förkorta en antenn?

Ja en seriekondensator. Den fungerar som motsatsen till en spole.

 

[SM0AOM]

Finns det någon designguide för hur en spole i basen på tex en vertikal ska lindas? Om jag behöver 10 mikro henry, är en bred eller smal spole bäst?

Går man till "källskrifterna" t.ex. Terman "Radio Engineering eller mitt "liv och hurorgan" Taschenbuch der Hochfrequenztechnik så finner man att lägsta förlusterna i en induktans får man när den har ungefär samma längd som diameter, samt har en tråddiameters avstånd mellan varven.

Det sämsta alternativet är att göra den lång och smal samt utan avstånd mellan varven.

 

[SM5DFF]

Diameter 70-85 mm rekommenderas.

 

[SM0AOM]

För att utveckla saken lite, så kan man om man vill få en antenn med i princip godtycklig
mekanisk längd att anta en precis lika godtycklig elektrisk längd.

Detta gör man genom att använda ett "anpassningsnät" som tillför eller drar bort en elektrisk längd
till antennsystemet, och i teorin så kan alla elektriska längder hanteras på detta sätt.

Dock så fungerar detta fullt ut endast med förlustfria kretselement i anpassningsnätet, och sådana
finns endast i skolböcker. I synnerhet när en antenn med mycket kort elektrisk längd ska förlängas
till en användbar längd blir detta smärtsamt påtagligt.

Saken blir även mycket tydlig när ett antennelement med en viss mekanisk
längd ska kunna användas i ett stort frekvensområde utan att behöva ändra några justerbara element.
Det finns ett antal sätt att lösa detta, och ett av de mer originella var det som den store antennteoretikern
Erik Hallén (legendarisk professor på KTH)


utformade under taktisk VHF-kommunikations barndom.

Hans lösning var att göra antennen längre än nödvändigt och låta en serie av kapacitanser i en s.k. "periodisk struktur" sitta utefter längden. Genom att välja värdena och placeringarna "med smak" (favorituttryck hos en annan legendar; Chalmerslektorn Hofvenschiöld) går det att få en antenn med i princip konstant elektrisk längd i ett frekvensområde på uppemot två oktaver. En sådan blir dock ganska utrymmeskrävande.
Till tidiga taktiska radioapparater, Ra120-familjen fanns den som tillbehör i svenska armén.

Erland Cassel, SM5FS(SK), sedermera "antennguru" på Philips och Allgon, hade varit Halléns medhjälpare vid utformningen.

 

[Johan Persson]

Jag provade att sätta en 1:4 balun(gjord på en FT140-43) på vertikalantennen, och istället för att vara resonant på 30m och fick ner SWR på både 20 och 40m till under 3, så att radions egen tuner kan stämma av den.

Hur kommer det sig att man oftare ser spolar än 1:4 transformatorer på vertikalantenner?

 

[SM0AOM]

Orsaken är att spolar ger mycket lägre förluster. eftersom de anpassar i ett mindre frekvensområde.

Utan att veta i detalj hur vertikalantennen för 10 MHz ser ut är det vanskligt att säga något,
men en 1:4 transformator tjänar till att flytta in antennimpedansen mer mot mitten av Smith-diagrammet,
och då minskar beloppet av SWR. Dessutom kommer förlusterna i en ferrittransformator att minska beloppet ytterligare.

Om man simulerar en sådan antenn över ett oändligt stort idealt jordplan, och representerar jordplanets och den omgivande markens förluster som en serieresistans av 10 ohm så ser ortskurvan för matningimpedansen ungefär ut så här:




Med en SWR-cirkel av 3:1 inritad så finner man att det inte behövs så mycket förluster att få in
ändarna som är 7 resp. 14 MHz innanför cirkeln. Dessa förluster åstadkoms av en ferrittransformator vare sig man vill eller inte.

Rent allmänt är "bredbandsanpassning" av antenner ett mycket svårt ämne som är fyllt av motstridiga krav.
Detta har varit känt sedan Zobels, Halléns och Schelkunoffs dagar, och fick sin formella verifiering genom
Robert Fanos doktorsavhandling "Theoretical Limitations on the Broadband Matching of Arbitrary Impedances"

 

[SM0UAN]

Nu är jag kanske ute på en cykeltur här, men det är väl skillnad på att anpassa antennen till matningen, och att hantera dess resonans? Själva den utstrålande delen (antennen) har väl sin resonans och vidhängande impedans, och sen kan man transformera denna impedans till nån godtycklig nivå (nåja...) med en trafo, medan själva resonansen (vid nån frekvens) fortfarande är beroende av antennens utformning? Vill man använda antennen på annan frekvens än dess resonansfrekvens, måste man "lägga till reaktanser". Lägger man till dessa vid antennen, blir antennen avstämd, lägger man till dem vid sändaren (före matarledningen) så stämmer man av "hela rasket". Eller?

 

[SM0AOM]

Det här är en fråga om "semantik".

Ska vi se saken strikt så är det hela systemet vilket bringas i resonans,
sett från anslutningsklämmorna till det ekvivalenta nät som antenn+anpassningsnät utgör.

Om anpassningsnät och matarledning vore helt förlustfria så vore detta helt egalt, men det finns praktiska vinster att göra på att dela upp nät och matarledning. Har matarledningen påtagliga förluster så vinner man på att sätta nätet vid antennens anslutningsklämmor.

Man kan reducera hela frågeställningen till en tillämpning av Fosters reaktansteorem,



i sin generaliserade form (Darlington, Cauer) där man genom partialbråksuppdelning kan bestämma hur ett så enkelt som möjligt (eller "kanoniskt") nät ska se ut för att få ett givet impedansförlopp eller frekvensgång för ett visst antal komponenter och tillåtna förluster genom icke-ideala komponenter.