Ostämd antenn

S

SM0UAN

Well-Known Member
Eftersom forumet verkar ha högt i tak och massor med kunskaper, vågar jag mig på en troligen rätt fånig fråga.

Om man tänker sig att man jobbar med en antenn som är "dåligt avstämd" till den frekvens man använder, så brukar det gå att förbättra situationen med en ATU. Det bör ju inte påverka själva antennen, men det ändrar den bild av antennen som sändaren får, eller hur man nu ska uttrycka det. Man kan "släppa på full effekt", därför att sändaren ser rätt belastning, men i vilken mån påverkar ATU antennens effektivitet som strålande enhet? Det sändaren ser, är ju enheten [ATU + antenn], men går det att beskriva hur den levererade effekten fördelar sig om man med ATU lyckats stämma av en riktigt dålig antenn, jämfört med en situation där man jobbar mot en antenn i resonans? Eller, alternativt, kör direkt mot en dålig antenn, men drar ner uteffekten till en "säker nivå"? Jag menar, att en sändare som är specad för 200 W men som kan styras ner mot kanske 10-20 W, borde kunna klara att jobba med en felstämd antenn på lågeffekt utan att ta skada. Det man förlorar är väl då räckvidd, såklart.

Jag ser kanske inte framför mig ett tvärenkelt "svar" här, utan kanske en liten diskussion, om nån har lust.

73 de SM0UAN
 
Om antennen har en längd som ungefär passar våglängden så förblir antennen bra som strålare. Är antennen alldeles för kort så blir effektiviteten sämre oavsett hur "duktig" din ATU är.
Vissa antennanpassare (atu) har svårt med antingen väldigt hög impedans eller väldigt låg. Detta bestämmer ju då hur mycket förlust du får i anpassningsnätet.
 
Det här vidrör en fundamental egenskap hos antenner; deras "strålningseffektivitet" är helt oberoende av deras längd, så länge som man kan anpassa deras impedans till sändarens källimpedans utan förluster.

Två exempel kan belysa detta:

1) En halvvågsdipol i fri rymd av material med mycket låg resistivitet.
Den kommer att stråla ut all den energi som matas till den från matningsledningen, med extremt små
förluster p.g.a. resistansen i dipolhalvorna.
Eftersom impedansen ligger nära 70 ohm behövs inga impedansanpassningsnät, så verkningsgraden ligger nära 100 %.

2) Samma dipol, men med en längd av, säg, 1/20 våglängd. Då har impedansen i matningspunkten
blivit ett par ohm realdel i serie med flera tusen ohm negativ imaginärdel. En energilagring uppstår i antennen som grovt motsvarar ett Q-värde på över 1000, alltså mindre än en tusendel av energin strålas ut för varje period av den pålagda HF-strömmen.

Om det gick att göra ett anpassningsnät mellan 50 ohm och antennens impedans som är förlustfritt, skulle till sist all tillförd energi strålas ut. Ett sådan nät skulle emellertid kräva fullständigt orimliga värden på komponenternas Q-värden. För en verkningsgrad av 90% skulle komponenterna behöva Q-värden av flera 10000.

I stället får man "gilla läget" och göra det bästa av situationen. Ett anpassningsnät mellan en sändare och en sådan antenn kan bestå av en induktans i varje "ben" av antennen som kompenserar för den saknade längden; "förlängningsspole". Det går åt en positiv imaginärdel, alltså en induktiv reaktans, per "ben" av
halva imaginärdelen hos matningsimpedansen. Säg att hela är -j 4000 ohm, då går det åt +j 2000 ohm i varje.

Hos realiserbara induktanser ligger Q i häraden 300 i HF-området, så det sitter en realdel av 2000/300 = 7 ohm sitter i serie med halva matningsimpedansen hos antennen för varje "ben", alltså 2*(2+7) = 18 ohm syns från matarledningen. Tänker vi oss att så mycket effekt matas in från sändaren att 1 A ström flyter, så får vi 14 W som blir värme, och 4 W som kommer att bli användbar strålning, alltså ungefär 3/4 blir värme och 1/4 radiovågor.

Har vi nu en stor sändare så kommer många hundra watt att bli värme i ATU:n vilket i värsta fall kan smälta ingående komponenter. Detta är ett genomgående problem hos "anpassare" för elektriskt små antenner.
 
Nu ger sig den tekniska idioten in i diskussionen :p
SM0UAN , om vi lägger diskussionen på den nivån som hitintills florerat så saknas matarledningen i diskussionen. Men det kanske är avsiktligt ?
Kan ha missuppfattat helt
 
Använder vi en matarledning så kommer dess förluster in i resonemanget.

En kraftigt missanpassad last i änden av en matarledning med förluster leder
till att förlusterna ökar, eftersom det uppstår strömbukar utefter ledningen vilka
gör att HF-ström omvandlas till värme just där.

Om förlusterna är stora i ledningen så kommer ATU:ns arbete bli lättare, eftersom
dämpningen minskar missanpassningen. Tänker vi oss att vi har en lång ledning med en förlust av
3 dB och en last med impedans utefter 100:1 SWR-cirkeln så kommer SWR i kabeländen att vara lite mindre än 3.

Detta gör uppenbart ATU:ns arbete mycket lättare, eftersom 3:1 blir mycket enklare att anpassa
än 100:1, men en väldigt liten andel av den inmatade effekten, ett par procent, kommer att omvandlas till radiovågor.

Om vi i stället byter ut matarledningen till något med låga förluster så kommer mera effekt fram till antennen, men i gengäld så ökar SWR i kabeländen till kanske 10 eller 20:1.

Det här är i sammanfattning orsaken till att det lönar sig att använda matarledningar med så låga förluster som möjligt om de ska mata kraftigt missanpassade laster.
 
Last edited:
SM0AOM
Jag visste att, men inte hur mycket. Därav mitt lilla inlägg.
Kanonsvar, jag ville dock inte man skulle missa den lilla detaljen i sammanhanget.
 
Man kan även utveckla det hela det lite när en "anpassare" har stora interna förluster.
Under 80-talet såldes "antennanpassare" som i princip bara var en dämpare.

Dessa jämnade ut SWR-kurvan från även de allra sämsta antennerna till något som de flesta sändare kunde acceptera.

De möttes med en hel del välgrundad misstro, men leverantörerna lyckades trots detta
"prångla ut" en och annan sådan. Rena "bondfångeriet" tyckte många i branschen om detta.

1986 presenterades en uppsats om ATU:er på HF86 av Skantis chefskonstruktör Johannes Christensen, där olika realiseringar jämfördes. Även en sådan "passiv ATU" hade jämförts.

Inte oväntat låg den minst 10-15 dB ner från en "riktig ATU", men man hade även försökt att koppla förbi ATU:n och anslutit vertikalantennen direkt till sändarens utgång, och låtit skyddskretsarna hantera missanpassningen.

Då visade det sig att på de flesta frekvenser gav detta 4 - 8 dB bättre fältstyrka än den "passiva".
 
Jag kunde kanske ha varit lite tydligare, men frågan är ställd utifrån en fundering just om vad som händer när antennen är missanpassad till sin matning och för den frekvens den ska användas på.

Mitt (troligen rätt primitiva) sätt att se det, är att sändarens utgång genom en anpassad matarledning (dvs en 50 Ohm koax till en 50 Ohm utgång) i princip flyttas till nästa nod i systemet. Detta kan då vara en antenn, kanske via en impedansanpassning, eller en ATU. Som jag ser det är det inte optimalt att anpassa antennen med en ATU som sitter mellan sändaren och matarledningen, jag tänker mig att den (ATU'n) gör bäst nytta precis intill antennen. Har man (bara som ett exempel!) en station av typen Ra200 (klassiker), så sitter ju ATU med en 7 cm koax ansluten till sändaren och sedan sitter antennen direkt kopplad till ATU när den används som tänkt ("portabel", i nån skogsglänta...). Missanpassning vid lågeffekt ger dålig prestanda, missanpassning vid högeffekt kan, dessutom, skada slutsteget. Men med Ra200 kunde man stämma av mot ett gammalt taggtrådsstängsel eller en närmast valfri ledarstump och då inställer sig frågan hur en "avstämd antenn" faktiskt funkar i praktiken; den kan ju se rätt olika ut...

Det fanns en sorts "följdfråga" också. Den rörde hur resultatet skulle tänkas bli om man hade en antenn som alltså inte är i resonans, och följaktligen ger hög SWR, men man matar på så mycket sändaren förväntas klara av ändå (det är väl automatisk nedstyrning på de flesta grejer idag). Hur kommer en sån antenn att verka? Om den inte är helt "far out" vad gäller längd kan den kanske "göra nytta" ändå? Jag noterar att detta delvis har nämnts ovan.
 
KA, menar du de där Engelska antennerna, fanns olika stora, och var byggda i en svart strängpressad aluminiumprofil.
Med kylflänslikande utseende? Och skulle mata ett spröt, fanns nog med fast spröt oxo.
Såldes nog till marinen, då för kortdistans HF exvis för dataöverföring av skjutelement, på random vald frekvens.

Även ICOM hade en, MN-100 och MN-100L har jag för mig de hette.
Såldes med marin HF radio, L versionen var avsedd för dipol, vitlackerade saker, snygga men såldes nog inte mer är en handfull av, (i SM)
Senare kom Japan med en version, minns inte vilket fabrikat, men en AL-burk aningen större än en ölburk, endera för trådstumpantenn eller med spröt

Ja visst är det skumt och särsklit den Engelska med kylflänsutseende brände förståss en del effekt.
Men var avsedd för 500 W eller så.

Har nog schema på MN-100 och det finns feta motstånd och spolar, eller trafos, allt ingjutet.

Den Japanska modellen såldes det nog fler av då den ju ändå gav vissa möjlighete för de med begränsade antennöjligheter.
Och den ersatte ju en autotuner, men med förlust dock.
Folk tyckte om den. Faktiskt.......


Och idag är ju hela kortvågen ändå 10 - 20 dB klenare än förr... utan dämpande antenn.

SM4FPD
 
Alla resistivt dämpade antenner är specialfall av den "passiva anpassaren",skillnaden är bara hur dämpningen realiseras.
En T2FD har dämpningen koncentrerad i ett motstånd, den lite bättre Austin-Fourie i flera L-R nät utefter elementen.
Allt är gjort i avsikt att plana ut SWR-kurvan till ett maximalt värde som sändaren klarar, på bekostnad av strålningsverkningsgraden.

SM0UAN said:
Det fanns en sorts "följdfråga" också. Den rörde hur resultatet skulle tänkas bli om man hade en antenn som alltså inte är i resonans, och följaktligen ger hög SWR, men man matar på så mycket sändaren förväntas klara av ändå (det är väl automatisk nedstyrning på de flesta grejer idag). Hur kommer en sån antenn att verka? Om den inte är helt "far out" vad gäller längd kan den kanske "göra nytta" ändå? Jag noterar att detta delvis har nämnts ovan.
Click to expand...

Resultatet av något sådant beror helt på hur sändarens utgångskrets är gjord, och hur eventuella skyddskretsar är gjorda. På "den gamla goda tiden", när riktiga radioamatörer körde riktig telegrafi med riktiga hembyggda sändare med riktiga elektronrör och riktiga pi-filter, hade utgångskretsarna ofta ett mycket stort anpassningsområde och tålde stora missanpassningar innan något gick sönder. Det var ganska vanligt att B- eller C-amatören anslöt en tråd ut genom fönstret till sin sändare, stämde av till nominell ineffekt (75 resp.10 W) och körde utan att bekymra sig om SWR.

En del sändare var lite "griniga" på vad de tålde på sina utgångar, Drake TR-4, Yaesu FT-101 och Swan 350 var några som gick att köra sönder ifall operatören försökte driva alltför "vilda" missanpassningar med full effekt.

Allt detta förändrades i och med de halvledarbestyckade sändarna. De hade inte något pi-filter, och i synnerhet
de tidiga gick att förstöra om man försökte sig på att driva laster med mycket mer än c:a 3:1 SWR.

För att klara av detta försågs sändarna med skyddskretsar vilka kände av SWR och därefter drog ner uteffekten till ett säkert värde. Lite beroende på lastens fasvinkel låg oftast gränsen innan det drogs ner på runt 1,5 eller 2:1 SWR.

En del, Drake TR-7 var en av dem, kunde dock driva laster med nästan 3:1 innan de protesterade.

Ofta uppstår distorsion om man kör en halvledarbestyckad sändare in i stora SWR, p.g.a att transistorerna
helst vill se den belastningslinje som erhålls vid 1:1 SWR, och genom att skyddskretsarna oftast arbetar via ALC vilket ger "enveloppdistorsion" när man styr ut med en SSB-signal vilken hela tiden varierar mellan 0 och ett toppvärde.

Dock ska en riktigt gjord sändare med en "med smak vald" ALC-karaktäristik inte skadas av att operera in i även stora missanpassningar.
 
Last edited:
SM0UAN said:
frågan är ställd utifrån en fundering just om vad som händer när antennen är missanpassad till sin matning och för den frekvens den ska användas på.

Mitt (troligen rätt primitiva) sätt att se det, är att sändarens utgång genom en anpassad matarledning (dvs en 50 Ohm koax till en 50 Ohm utgång) i princip flyttas till nästa nod i
Click to expand...
Om man betraktar det fallet från antennen mot sändarutgången genom koaxen blir det dags att ta fram smith-diagrammet för att finna ut att kabellängden kan råka transformera antennens impedans till en annan impedans. Specialfallet då kabellängden elektriskt motsvarar en halv våglängd gör vad din fallbeskrivning säger. Nämligen förflyttar impedansen "till nästa nod". Men om antennen har en komplex impedans i förhållande till 50 Ohm så kommer sändarutgången se denna impedans transformerad till något annat. I de allra flesta fall så stämmer därför inte din fallbeskrivning.
 
SM5KYH said:
Om man betraktar det fallet från antennen mot sändarutgången genom koaxen blir det dags att ta fram smith-diagrammet för att finna ut att kabellängden kan råka transformera antennens impedans till en annan impedans. Specialfallet då kabellängden elektriskt motsvarar en halv våglängd gör vad din fallbeskrivning säger. Nämligen förflyttar impedansen "till nästa nod". Men om antennen har en komplex impedans i förhållande till 50 Ohm så kommer sändarutgången se denna impedans transformerad till något annat. I de allra flesta fall så stämmer därför inte din fallbeskrivning.
Click to expand...
Jag tänkte nog inte som att det "blir" på ett visst sätt, utan att det kunde vara lite genomtänkt. Om man har sändarslutsteget på en viss plats, och måste mata en antenn på en annan plats (en eller ett antal våglängder bort), så borde tanken med en anpassad transmissionlina vara att sändaren jobbar mot en anpassad ledning, som avslutas med en anpassad last och då är sändaren "nöjd". I ett idealfall borde det väl kanske inte vara skillnad mellan att lasten sitter direkt på slutsteget, eller en bit bort på en anpassad förbindelse? För att få en ideal last kan man ha en resonant antenn, eller en icke-resonant + en ATU (eller en konstlast...). Jag kanske trasslar till frågan mer än nödvändigt, men från början var det fråga om en usel antenn som anpassats med ATU till att vara "50 Ohm resistivt" och vad den kan ge i form av strålningseffektivitet och, som bonusfråga handlade det om vad som kan bli resultat av att köra en dåligt anpassad antenn "trots allt", dvs vad får man i utstrålning med en mismatch, (antagande att sändaren inte brinner upp).

Inläggen hittills har varit oerhört intressanta och lockat till vidare studier, så jag framför mitt tack!
 
Visst. Råder impedansanpassning så "allt är 50 Ohm" - även antennen (konstlast) så de enda märkbara förlusterna koaxkabelns dämpning.

För att nå dit kan man ju ha en anpassning (ATU) som anpassar till 50 Ohm i antennen matningspunkt. Då tillkommer bara de förluster som anpassaren ger.

Bonusfrågan behöver nog mer förutsättningar i form av antennens impedans och ATU:ns förluster för att det ska kunna räknas på vilket alternativ som är effektivast med eller utan ATU (anpassningsnät) i matningspunkten alternativt nere vid sändaren. Men EQL och AOM har bägge gett oss de samband som råder. Bra frågeställning med utmärkta diskussioner. Tack!
 
När man betraktar sådana här frågor ska man ha i minnet att en sändare med 50 ohms
källimpedans som driver en kabel också med 50 ohms impedans, kommer att uppträda med
samma källimpedans i änden av kabeln oavsett hur lång kabeln är, så länge förlusterna kan försummas.

När lasten är missanpassad reflekteras energi åter mot generatorn
vilken interfererar med den framåtgående, och då får man en ny impedans som sändaren eller generatorn ser vilken inte är = 50 ohm. Det är detta som ger transmissionsledningar deras egenskaper för impedanstransformering.

Denna impedans utgör då en missanpassning mot generatorn, och för att generatorn ska fortsätta att lämna den effekt som den hade vid anpassning måste källimpedansen ändras, så att den blir den komplexa konjugaten av impedansen i kabeländen. Då uppträder en missanpassning i generatorn som är lika stor och motriktad till den i kabeländen, vilket medför att energi kommer att reflekterade fram och tillbaka mellan sändare och last ända tills den är helt förbrukad

Om den transformerade impedansen blir 25-j30 ohm så behöver källimpedansen vara 25+j30 ohm.

Då fortsätter sändaren på nytt att leverera full uteffekt, och all effekt kommer till sist att strålas ut ifall
kabeln och anpassningsnätet inte har några förluster. När det finns förluster kommer varje "resa" genom kabeln att dämpas vilket leder till en högre total dämpning än när det inte finns några reflektioner.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top