Nytt antennprojekt - Off Center Fed Dipole

S

SA6BNV

Well-Known Member
Då var det dags för ett nytt antennprojekt - det är ju snart en hel månad sen jag byggde min senaste, sista och slutgiltiga antenn ;)

På begäran lägger jag ut mina idéer här, kanske kan det inspirera och/eller ge synpunkter tillbaka.

Mina design-mål är:

- Täckning av så många HF-band som möjligt (har ni hört den förut?) från 80m och uppåt
- Endast CW-delen av banden
- Koax-matning (eftersom jag vill dra kabeln under huset + nyttja K3:ans inbyggda ATU)

Jag har läst och inspirerats mycket av Serge´s ON4AA artikel: Multiband HF Center-Loaded Off-Center-Fed Dipole

Tillvägagångssätt:

- Kombinera teoretiska beräkningar, simuleringar och praktiska mätningar för bästa/optimalt resultat

Här är listan på önskad täckning (ja, jag vet från början att alla dessa ej är möjliga samtidigt):
Code: 
Band  fLow    fHigh   fc      Beräknad längd (för fc)
----  -----   -----   -----   --------
80    3,500  3,580    3,540    40,65
40    7,000  7,040    7,020    41,00 *
30   10,100  10,140  10,120    42,66
20   14,000  14,070  14,035    41,01 *
17   18,068  18,095  18,082    39,79
15   21,000  21,070  21,035    41,05 *
12   24,890  24,915  24,903    40,45
10   28,000  28,070  28,035    41,06 *
Om man tittar på de jämna multiplerna (*) av grundfrekvensen (80m-bandet) så hamnar de på ungefär samma antennlängd (teoretiskt, utan häsnyn till t ex markens inverkan). En bra början. På 4 av banden bör jag med andra ord kunna få resonans ganska lätt.

För grundfrekvensen blir antennen dock för lång.

Turligt nog får man ström-minimum mitt på antennen för de jämna övertonerna.
Det betyder att jag skulle kunna koppla en kondensator där för att elektriskt "förkorta" antennen för 80m-bandet utan att påverka de jämna multiplerna.

Så teoretiskt bör jag kunna få resonans på 5 av de listade banden ovan, dvs 80, 40, 20, 15 och 10m.

På 30m blir antennen för kort. Kanske kan man koppla en induktans i serie med kondensatorn för att "förlänga" antennen för den frekvensen. Då skulle jag få 6 band!

Eller kanske går det att välja ett kondensatorvärde så att 80, 17 och 12m funkar ihop?

Jag återkommer med mer information allt eftersom teori och simulering går framåt.

Just det, jag höll på att glömma en "liten" detalj. Jag måste så klart även hitta en matningspunkt där impedansen blir ungefär samma på de valda banden. Det kommer inte att bli mitt på... Det gäller även att den impedansen blir av lämpligt värde så att jag kan transformera ner till 50 ohm m h a en ström-balun med bra CM-undertryckning!

// Åke
 
Last edited:
Här kommer lite mer info.

Jag räknade ut det geometriska medelvärdet av beräknad längd (se tabell i förra posten) av de jämna multiplerna (*) av grundfrekvensen. Den blir 41,03 m. Med den längden simulerar jag en dipol i programmet 4nec2.

Eftersom nu marken, tråddiameter m m inverkar så får jag inte resonans på de önskade fc (från tabellen).
Med lite testande med olika längder kom jag fram till att med 41,65 m längd hamnar jag perfekt på 20, 15 och 10m banden och någorlunda rätt på 40m. Jag kollar helt enkelt var reaktansen = 0, vilken innebär resonans.

Nästa steg är att räkna ut med vilka reaktanser jag måste justera för att på de udda multiplerna (80, 30, 17 och 12m banden) få resonansen att hamna rätt.

Men innan dess skall jag ta reda på vilken impedans dipolen har vid 7:e multipeln av grundfrekvensen.
Varför det? Jo, jag tänkte trimma längden på dipolen på den frekvensen eftersom ju högre man kommer i frekvens, desto petigare blir det ju att längden är rätt (eftersom det blir fler halva våglängder längs tråden). Får jag den 7:e multipeln rätt så bör ju grundfrekvensen bli rätt. Jag väljer medvetet den högsta udda multipeln eftersom jag då får spänningsminimum på mitten (där jag kommer att mata den när jag trimmar).

Se bild:
Impedans7Multipeln.png

Som synes är impedansen 120 ohm (rent resistiv) vid resonansfrekvensen 24,484 MHz.
När jag trimmar dipolen kommer jag alltså försöka uppnå Z = 120 + j0 vid 24,484 MHz.

Jag återkommer med mer info senare.

// Åke
 
Last edited:
För att ta reda på vilka reaktanser som behövs för att justera resonansfrekvenserna för 80, 30, 17 och 12m banden går jag in i 4nec2 på respektive vald centerfrekvens.

Se diagram för 3,540 MHz:
Z_3540_MHz.png

Som synes behövs en negativ reaktans på -j69 ohm för resonans, dvs en kapacitans på 1/(2*PI*f*X) = 651 pF.
Närmsta värde i E12-serien är 680 pF.

En simulering med detta värde i mitten på dipolen ger resonans på 3,535 MHz. Ser bra ut.
Om man är nöjd med 80, 40, 20, 15 och 10m så kan man stanna här, men jag skulle vilja försöka få till ett band till.

På samma sätt som ovan tar jag fram erforderlig reaktans för 30, 17 och 12m banden:
Code: 
Band    X
----  -----
 80   -j69
 30   +j154
 17   -j298
 12   -j198

Som synes blir det svårt att kombinera alla dessa band så jag måste välja.
Jag väljer 80 och 10m (på den senare behövs en induktans för att "förlänga" antennen).

För en induktans och kapacitans i serie blir impedansen Z = ZL + ZC = j*2*PI*f*L - j/(2*PI*f*C).
För 80 och 30m gäller det med andra ord att lösa ekvationssystemet:

-69 = 2*PI*fc80*L - 1/(2*PI*fc80*C)
+154 = 2*PI*fc30*L - 1/(2*PI*fc30*C)

Jag gjorde en liten kalkylator för att hjälpa till: http://www.liljenberg.net/sd6t/lc-calc/

Jag får följande värden:

C = 321.1 pF (Välj ur E12: 330 pF)
L = 3.192 µH

Simulerar jag med dessa värden i 4nec2 får jag resonans på 3,534 och 10,118 MHz. Bra!

Nästa steg är att hitta en matninspunkt där impedansen sammanfaller med lämpligt värde för de oilka banden.
Återkommer med detta.

// Åke
 
Last edited:
Förresten - det är oväntat tyst i tråden...
Inga kommentarer?
Är det så att jag tänker rätt eller tänker ni "Vad håller den där stollen på med nu? Inte ens lönt att kommentera!"

// Åke
 
Såg tråden idag.

Har själv använt mig av en CW, fast jag skippade induktanser och kapacitanser i antennen. Körde 450 ohm bandkabel från matningspunkten till en balun 4:1 och därifrån till shacket. Bifogar ett par länkar till mitt projekt.

Lite kuriosa om min hembyggda Carolina Windom off center fed dipole. | SM0RCL:s blogg
Vad hade hänt med min Carolina Windom? | SM0RCL:s blogg

Jag måste säga att antennen var ganska bra. Men min mer eller mindre horisontella loop är minst lika bra. Även här matning med 450 ohms bandkabel och 4:1 balun till koax.

Tunar med K3 utan problem.

73 de Kai
 
@RCL:
Intressant att se mätningarna. Men var mätte du, uppe vid balunen?
Som man kan förvänta sig av en windom verkar den vara "ganska ok" på de flesta banden men ändå inte optimal.
Min idé är att försöka få bättre "träff" på utvalda frekvenser samt att jag kommer att lägga mycket möda på att trimma in den på plats, både längd men även val av matningspunkt.
Jag tror att impedansen är ganska beroende av omgivningen.
// Åke
 
Mätte vid radion. Det var mest intressant vad tunern såg. Inte kanske helt korrekt, men tillräckligt bra.

Mvh
Kai


Skickat från min Nexus 7 via Tapatalk
 
I 4nec2 har man möjlighet att svepa frekvensen och se vad det påverkar t ex SWR eller impedans.
Man kan också svepa i princip vilken egendefinierad variabel man vill.

Det är rätt praktiskt om man vill hitta en optimal matningspunkt.
Jag definierar helt enkelt en offset, dvs % av antennens längd och ser vad som händer med SWR vid mina valda centerfrekvenser.
Om jag sveper från 18 till 50% (och relativt Z=200 ohm) så ser det ut så här:
Feedpoint Sweep 18-50 pct.jpg

200 ohm valde jag för att då är det lätt att transformera ner till 50 ohm mha en 4:1 strömbalun.
Jag har markerat var SWR 3:1-gränsen går samt 3 intressanta områden där jag hamnar under SWR 3:1 för alla banden.
Som synes är område nr 3 bredast, dvs här har jag störst marginal för att träffa rätt när jag skall placera matningen.
Dessutom är det en fördel att hamna närmre mitten på antennen då CM-stömmarna är lägre där.
Område 3 motsvarar ca 1,2 m på antennen.

Om man zoomar in på område 3 ser det ut så här:
Feedpoint Sweep 39-42 pct.png

Dvs om jag lyckas placera matningen mellan 39,6% och 41,4% (motsvarar ca 75 cm) så kommer jag att hamna under SWR 1,8:1 på alla band förutom 80 och 40m. På 80m kommer jag visserligen att få SWR ca 3,2:1 och runt 2,5:1 på 40m. Med lågförlust-koax är detta dock inga problem.
Det är ju dessutom viktigast att få lågt SWR på de högre frekvenserna eftersom förlusterna i koaxen är störst där.
Ganska OK!

Om jag väljer matningspunkten till 40,7% av antennlängden (dvs 3,87 m från mitten) får jag följande SWR från 80m upp till 10m:
SWR-total-4.png

Nästa steg är att testa i verkligheten.
Återkommer med detta när vädret blir lite varmare :)

// Åke
 
Last edited:
Här kommer en ritning på antennen också:
Antenn-ritning.png
Måtten kan så klart komma att ändra sig när jag trimmar den.

// Åke
 
Last edited:
Jag mätte min antenn med miniVNA Pro. Har du något att mäta med?

Skickat från min Nexus 7 via Tapatalk
 
Nu har jag gått från teori till praktik!

Jag började med att trimma en dipol med början på 42,5m (41,65m skall den sluta på enligt tidigare beräkning).

Jag skaffade mig en SARK-110 antennanalysator för att mäta med. Den har en smidig funktion att man kan lägga till en transmissionsledning så att man inte nödvändigtvis behöver mäta uppe vid antennen för att få rätt impedansvärden. Så jag klippte till en lagom bit RG-58C/U för att kunna hissa upp antennen till rätt höjd men att ändå nå den från marken. För att vara säker på att SARK'en visar rätt testade jag med ett antal olika resistanser i andra änden och det funkade fint :) Tack var den funktionen behöver jag inte klippa kabeln till exakta multipler av halva våglängder.

För att trimma dipolen exakt symmetriskt så trimmade jag i mitten istället för ändarna. På så sätt behövde jag bara hissa ner ena änden också, väldigt praktiskt.

Så trimmade jag tills jag fick resonans (dvs X=0 ohm) på ca 24,48 MHz (se tidigare beräkningar).
Precis som förväntat hamnade resonansen under målet på 80m och över målet på 30m. På övriga band hamnade jag i stort sett rätt.
Slutliga längden blev 41,4m dvs 25 cm kortare än teoretiska värdet.

Då var steg ett klart!

Nu kopplade jag in LC-nätet på mittpunkten, 330pF/3.19uH enligt tidigare beräkning.
Spolen mätte jag också med SARK'en. Har ni inte kollat in SARK-110 så gör det, den är verkligen fin.

Så mättes beräknad matningspunkt upp (3,85m från mitten) och där satte jag en 4:1 guanellabalun med 2 kärnor samt efterföljande RF choke (W1JR).
Så hissade jag upp och höll tummarna.

Det visade sig att 80m fortfarande hamnade för lågt och 30m för högt. Efter lite empiriska försök slutade LC-nätet på 100pF samt 4 varv extra på spolen innan jag hamnade exakt på dessa band. LC-nätet byggdes på en 50mm avloppsrörskoppling med muffar i ändarna. Efter trimning krympte jag över krympslang med integrerat smältlim för att få den helt tät.

Så här blev slutresultatet (mätt vid matningspunkten):

Code: 
Frekv.  SWR

3562	1,17:1
7024	1,49:1
10115	3,29:1
14071	4,4:1
18028	1,28:1
21000	1,9:1
24900	10,7:1
28043	2,98:1
Kurva: full-hf.png
Helt klart bra resultat. Enda besvikelsen möjligen på 20m. Å andra sidan, med en lågförlustkoax så kanske det SWR förhållandet gör knappt en halv S-enhet i "andra änden". Det kan jag leva med. 12m hade jag ju inte räknat med skulle funka. En positiv överraskning är dock 17m-bandet, den hade jag ju heller inte räknat med.

Så med enkla medel har jag knåpat ihop en antenn för 80-40-30-20-17-15-10m!
Givetvis måste jag ändå använda tuner vid radion, det visar nästa tabell med tydlighet.
Men K3:ans inbyggda ATU fixar detta utan problem, så nu kan jag switcha mellan alla dessa band utan att manuellt behöva stämma av alls - inte dumt.

Misson accomplished! :)

Om någon tror att man kan trimma en antenn genom att mäta SWR vid radion så bifogar jag tabellen nedan som visar skillnaden mellan mätning vid matningspunkten respektive vid radion. Talar sitt tydliga språk...

Code: 
Frekv.	Matn.punkt  Radion

3562	1,17:1	    10:1
7024	1,49:1	    2,18:1
10115	3,29:1	    1,95:1
14071	4,4:1	    2,77:1
18028	1,28:1	    1,09:1
21000	1,9:1	    4,09:1
24900	10,7:1	    6,8:1
28043	2,98:1	    3,42:1

Som ni ser blir det helt olika värden (pga att kabeln transformerar om impedansen).
Att överhuvudtaget referera till SWR mätt vid radion är m a o helt meningslöst!
(Om man inte är intresserad av exakt en enda frekvens och dessutom exakt vet längden på kabeln samt dess karakteristik...)
Det enda SWR-värdet vid radion talar om är hur mycket effekt man kan föra över från radion till kabeln, inget annat.
Däremot visar ju tabellen ovan att det är helt nödvändigt med en tuner vid radion (om man tänkt sig köra på mer än en frekvens förstås ;)).

// Åke
 
Last edited:
Med sådana våldsamma skillnader i impedansen mellan matningspunkt vid antennen
respektive anslutningen vid radion undrar jag vad du använt för matningskabel ?

Jag undrar dessutom varför du satt en RF-choke efter guanellan ? En balun efter en balun ?

Bra och intressant tråd :)
 
SM0O said:
Med sådana våldsamma skillnader i impedansen mellan matningspunkt vid antennen
respektive anslutningen vid radion undrar jag vad du använt för matningskabel ?

Jag undrar dessutom varför du satt en RF-choke efter guanellan ? En balun efter en balun ?

Bra och intressant tråd :)
Click to expand...

Vilken kabel som helst kommer att transformera om impedansen. Spelar ingen roll vilken kvalitet.
Därför behöver man en tuner vid radion som matchar impedansen så att mesta möjliga effekt når antennens matningspunkt.
Däremot är det ju bra med lågförlustkabel eftersom annars kommer man att bränna bort stor del av den reflekterade effekten i kabeln.
Vid matningspunkten vill man såklart också ha bra anpassning för att få ut effekten i antennen.
Det är därför jag lagt möda på att välja läget på matningspunkten.

Guanellabalunen har jag för att transformera om impedansen från 200 till 50 ohm. Guanella är ju en strömbalun med bra CM-undertryckning, därför valde jag att bygga en sådan. Den extra RF choken är lite av "hängslen och livrem". Jag vill verkligen spärra så att kabeln inte strålar och påverkar antennen. Kanske "overkill"?
// Åke
 
Intressant! Hur såg din komplexa impedans i matningspunkten ut på t ex 3562? Även om jag är med dig på att alla matarledningar som inte termineras med sin karakteristiska impedans transformerar och olika mycket beroende på dess elektriska längd, kan jag hålla med Christian om att det låter mycket när matningspunkten uppvisar så pass låg SWR, vilket då kan indikera att den är i huvudsak resistiv och i närheten av 50 ohm?

/Lasse
 
SM3BDZ said:
Även om jag är med dig på att alla matarledningar som inte termineras med sin karakteristiska impedans transformerar och olika mycket beroende på dess elektriska längd, kan jag hålla med Christian om att det låter mycket när matningspunkten uppvisar så pass låg SWR, vilket då kan indikera att den är i huvudsak resistiv och i närheten av 50 ohm?
Click to expand...

Ah, jag var lite otydlig där. När jag mätte "vid matningspunkten" så var det inkluderat 4:1 balunen, så det är riktigt att den låg runt 50 ohm. Jag skall se om jag kan hitta plotten runt 3562 och posta här.
// Åke
 
Här kommer kurvan för 80m: R-X-80m.png
Markören (svag gul linje i mitten) ligger på 3.569 kHz, Z=58,4-j1,95 ohm
Och som sagt efter 4:1 balunen, dvs där jag anslöt koaxen.
// Åke
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top