Info vraag antenne (auto)tuners

[CVH]

Beste CB-ers zoals bij mijn introductie reeds gezegd ben ik nieuw tot het hele CB en radiogebeuren en heb ik tonnen vragen. http://www.cbforum.nl/viewtopic.php?f=26&t=10299

Waar ik het moeilijk blijf bij hebben om te begrijpen zijn antenne (auto)tuners en eigenlijk antennebouw in het algemeen.
Wie kan voor mij de functie hiervan uitleggen en de mythes hierover doorprikken in duidelijk begrijpbare lekentaal?

Ik lees zelf hierover de meest uiteenlopende verhalen van enkel maar de impedantie (weerstand) bijregelen, tot je kunt een autotuner gebruiken om eender welk geleidend materiaal als antenne te gebruiken voor eender welke frequentieband (HF/VHF/UHF/...).
Claims van mensen die beweren oude spiraalmatrassen, chauffages, aluminium isolatiegeraamtes in daken,...etc te gebruiken voor eender welke frequentie. Dit door er gewoon een autotuner tussen te hangen en zo een SWR van 1:1 te verkrijgen met 50ohm weerstand!

Ik kan begrijpen dat als je een antenne bouwt de impedantie (weerstand) dient bij geregeld te worden. En dat -vooral voor een HF antenne- de fysieke lengte ten opzichte van de golf vaak te kort is. Waardoor de antenne een slechte SWR meting geeft (antenne gedraagt zich capacitief bij te kort en inductief bij te lang).

Wat ik zelf denk ik is dat een tuner in functie van de doorgestuurde frequentie de inductieve en capacitieve golf in fase brengt om zo reflectie en dergelijke te vermijden (SWR) + naar de receiver laat uitschijnen dat deze 50ohm impedantie heeft.

Wie wil een poging doen om deze leek het één en ander uit te leggen?

(Een extra vraag, een dummyload dient toch om enkel een antenne te simuleren?)

[Thijs]

Wil iemand even op het Henry belletje drukken

[Wimpie]

De hoofdreden om een tuner/matcher/antennetuner te gebruiken is om te zorgen dat je TRX een acceptabele VSWR ziet, zodat je in ieder geval kunt zenden. VSWR is een maat voor hoeveel de daadwerkelijke impedantie aangesloten op de "ant" ingang van je VSWR meter afwijkt van 50 Ohm. Impedantie is een tweedimensionaal begrip (je hebt een weerstanddeel en een reactief deel). In principe geven oneindig veel impedanties dezelfde SWR. Zie het als dat er oneindig veel posities op een kaart zijn die bijv 10m van jouw locatie liggen.

Een dummyload is inderdaad gewoon een 50 Ohm weerstand die voldoende vermogen kan dissiperen (lees kan omzetten in warmte). Een dummyload gebruik je om een TRX te testen zonder dat je vermogen uit wilt stralen.

het mooiste zou zijn als je al je zendvermogen bij de draad/pijp/etc krijgt zodat het uitgestraald wordt, maar dat is bij gebruik van een tuner niet automatisch het geval. Als de antenne (of het stuk draad/pijp dat je rechtstreeks aan een coax bindt) ZELF al een zeer slechte VSWR heeft, krijg je meer verlies in je coax, en verlies in de tuner. Hoeveel hangt af van de VSWR, lengte kabel en tuner. Voor de tuner geldt doorgaans: groter is beter, maar bedenkt dat goed, goed genoeg is. Met "de antenne zelf" bedoel ik de VSWR rechtstreeks gemeten op de antenne met een kort stukje kabel.

Een tuner kan gebruikt worden om het bruikbaar frequentiegebied wat te vergroten. Dit kom je bijvoorbeeld tegen op de 80 m amateurband. Die is 300 kHz breed, maar de antenne is vaak maar zo'n 100..200 kHz breed waardoor je aan het begin of einde van de band bijvoorbeeld een VSWR=3 hebt. Dat kun je dan met een tuner prima beneden VSWR=2 krijgen zonder dat je veel vermogensverlies hebt.

Bij zendamateurs zie je ook wel dat ze een hele dikke (remote controlled) tuner direct bij de antenne hebben, en dan vanaf de tuner met een kabel de shack in gaan. Dit doen ze omdat hoe hoger de VSWR IN de kabel, hoe groter het kabelverlies. Door de tuner tussen de antenne en de kabel te plaatsen, ziet de kabel altijd een acceptabele VSWR. In de regel geldt: hoe slechter de VSWR (die de tuner weer goed moet krijgen), hoe minder vermogen de tuner in mag (omdat hij anders door overspanning of te hoge stroom stuk gaat).

Nu even voor 27 MHz. probeer eerste je antenne zo goed mogelijk te krijgen. Als je die niet beneden VSWR=2 krijgt, is er iets niet goed met je antenne-installatie. Als je een mobiele antenne gebruikt als basisantenne, is vaak de tegencapaciteit te klein. Vergroot dan eerst de tegencapaciteit. Bij een te kleine tegencapaciteit loop je een groot risico op dat je coax als antenne mee gaat stralen en dat wil je doorgaans niet. Een basisantenne die te dicht tegen een muur staat heeft ook een slechtere (hogere) VSWR.

Je stelt je antenne af op beste VSWR zo rond kanaal 20 (voor een 40 kanalen TRX). Als de VSWR op kanaal 1 en 40 wat te hoog is (bijvoorbeeld VSWR>2), dan kun je de antennetuner gebruiken om de VSWR wat te verbeteren. In zo'n geval heb je verwaarloosbaar verlies. Een TRX die gewoon zijn fabrieksvermogen afgeeft, heeft geen problemen met een VSWR=2. Wil je wat extra zekerheid, dan zorg je dat je beneden VSWR= 1.5..1.8 zit.

Het nadeel van een antennetuner is het moeten "bijdraaien" als je van frequentie verandert (tenzij je een autotuner hebt natuurlijk). Voor 27 MHz, 40 kanalen zou ik pas een tuner gebruiken als alle andere beschikbare middelen geen oplossing bieden.

Even over golven: Ik zou de tuner gewoon zien als een impedantie-aanpasnetwerk. In geval van alleen weerstanden, kun je dit met een transformator doen. Omdat een antenne, of stuk draad, gaas, etc, eveneens een capacitief of inductief effect kan hebben, heb je een tuner nodig in plaats van een transformator. Inductief en capacitief wil zeggen dat spanning en stroom op de plek waar je meet, niet meer met elkaar in fase zijn. Als de stroom achter loopt op de spanning, spreekt men van inductief gedrag.

[CVH]

Wimpie bedankt voor je reactie dit verduidelijkt al enkele zaken voor mij.
Ik ga nog even de begrippen VSWR en impedantie verder moeten bekijken.

Maar is het dan correct om te denken dat een antennetuner in staat voor de correlatie van een weerstand van 50ohm en waar het inductief/capacitief vermogen in fase staat?
En om die 50ohm weerstand te behalen daarvoor het surplus van gereflecteerde inductief of capacitief vermogen opvangt (warmte?) indien de doorgestuurde frequentie een faseverschuiving zou veroorzaken?
Dus dan zou eigenlijk ieder elektrisch geleidend materiaal als antenne gebruikt kunnen worden indien zelfs de VSWR waarde niet optimaal is met dan wel vermogensverlies als gevolg?
Claims zoals een oude spiraalmatras,...etc gebruiken kan maar dan wel met vermogenverlies? (Niet dat dit het plan is uiteraard)
http://forums.qrz.com/index.php?threads/making-an-antenna-from-an-old-box-spring.444638/

Over je punt over de 80m antenne, wil dit dan ook zeggen dat die specifiek gefabriceerde antennes snel uit fase zijn wanneer er zelfs een kleine frequentieverschuiving is (khz en geen mhz)?

Als ander punt, heeft de lengte van de fysieke antenne en de grootte v/d golf (frequentie) invloed op de vswr waarde? Of zou je beter een antenne met een fysieke grootte van 10m gebruiken voor een golfgrootte van 10m om zo reflectie te vemijden ten gevolge van een faseverschuiving?

[Zap666]

Hoi Christophe,

Hier een linkje met wat info: http://pa2dkw.nl/antenne

[CVH]

Zap666, bedankt voor die link.

Heeft er iemand een tip over een goed boek ivm radiotelecommunicatie of cursusmateriaal?

[Wimpie]

¡¡+++veel tekst+++!!

Over tuners
Als je een tuner zou kunnen maken van verliesvrije componenten (spoelen, condensatoren), neemt een tuner geen vermogen op (hij zou dus niet warm worden). In geval van weerstanden: als je een weerstand (ohmse impedantie) van 200 Ohm hebt, dan heb je een 1:2 (wikkelverhouding) transformator nodig om 50 Ohm ingangsimpedantie te krijgen. In principe geeft de transformator geen verlies Als je niet-ohmse impedanties hebt, dan heb je in de regel spoelen en condensatoren nodig om een transformatie naar 50 Ohm te maken.

In werkelijkheid bestaan er geen verliesvrije spoelen en condensatoren, zodat een tuner enig verlies introduceert. Hoeveel het verlies is, hangt af van de VSWR van de antenne zonder tuner, het ontwerp van de tuner, en de impedantie. "en de impedantie" is echt een noodzakelijke toevoeging. Zowel een weerstand van 25 ohm als 100 Ohm zorgen voor VSWR=2 in een 50 Ohm systeem. Er zijn nog oneindig veel combinaties van condensator en weerstand (of spoel en weerstand) die een VSWR=2 geven. In de regel geldt dat hoe hoger de VSWR die de tuner moet transformeren naar 50 Ohms, hoe groter het verlies.

Een ideale (dus verliesvrije) tuner zet de gereflecteerde energie dus niet om in warmte. Je kunt het zien (maar mathematisch is dat lastiger) als dat de tuner de door de antenne gereflecteerde energie weer terugreflecteert richting de antenne, met de juiste fase.

Er bestaan antennes die een impedantie hebben van ongeveer 50 ohm (bijv een halve golf dipool), maar ook antennes die een impedantie hebben van diverse kOhms (bijv hele golf dipool, dus bijv 2 draden van 5.5 m die je op 27 MHz gebruikt, of een enkele draad van 5.5m). In de welbekende halve golf GPA zit onderin de voet een zogenaamd aanpassingsnetwerk (feitelijk een vast ingestelde tuner) die ongeveer 1500 Ohm omzet naar 50 Ohm. In een 5/8 antenne met radialen zit een spoel om het condensatoreffect van een 5/8 spriet op te heffen.

Een spriet op een auto kan een impedantie hebben bestaande uit een ohms deel van bijv 10 Ohm, en een capacitief deel van bijv 1000 Ohm. Een C'tje van zo'n 5.4 pF heeft ook 1000 Ohm impedantie, met het verschil dat de stroom door het C'tje 90 graden vóórloopt op de spanning. Om zo'n antenne bruikbaar te maken, zit er in de voet (en vaak ook ergens halverwege de spriet) een spoel om het condensatoreffect op te heffen. Verder moet er nog een transformatie plaats vinden om van die 10 Ohm, 50 Ohm te maken. Een antenne is dus vaak een combinatie van een straler en een vast ingestelde ingebouwde tuner.

In de regel geldt: hoe kleiner/dunner een antenne (ten opzichte van de golflengte), hoe geringer de bruikbare bandbreedte. Een loopantenne voor de 80 m band kan een bruikbare bandbreedte hebben van slechts enkele kHz. Dus als je van frequentie verandert, moet je ook de condensator opnieuw afstellen. Als je diezelfde loop aanpast voor 27 Mhz, heeft hij wellicht een bruikbare bandbreedte van 100 kHz.

Het klopt dat je van twee bedspiralen een dipool kunt maken (wordt wel lastig in je mast). De bruikbare bandbreedte van die dipool zal groter zijn dan die van een draaddipool. Wordt een antenne erg klein/dun ten opzichte van de golflengte, dan lukt het met de bestaande aardse middelen niet meer om de impedantie van de antenne verliesvrij aan te passen naar 50 Ohm. Een kleine getunde loop kan op 80m slechts 8% rendement hebben, terwijl dit na opnieuw aanpassen voor 11 m, 90% kan zijn.

Nog even over impedantie.
Dat is een tweedimensionaal concept, bestaande uit een grootte (amplitude spanning / amplitude stroom) en een fase (faseverschil tussen spanning en stroom). Als stroom en spanning in fase zijn, spreekt men van een ohmse (reele) impedantie.

Bij transmissielijnen heb je het begrip reflectiecoefficient.
Ook dit is een tweedimensionaal concept. Reflectie heeft een grootte (verhouding amplitude terugkomende en heengande golf), maar ook een faseverschil (tussen terugkomende en heengaande golf). Als je in een kabel zowel heen- als teruglopende golven hebt, krijg je een staandegolfpatroon. Dit kun je ook prima demonstreren met een ketting of dik touw. De amplitude van de spanning tussen binnengeleider en buitenmantel is dan niet meer overal gelijk. De verhouding tussen maximale amplitude en minimale spanningsamplitude die je langs een kabel kunt vinden, wordt VSWR genoemd. Zoek eens op staandegolf patroon (of standing waves). Heb je uitsluitend een heengaande golf (dus geen reflectie), dan is de amplitude langs de kabel overal gelijk (even demping verwaarloosd).

Over goede boeken, dat is best lastig. Het hangt af van je voorkennis, hoeveel tijd je hebt, wat je wilt bereiken, etc. Studeren voor het behalen van een examen doen veel mensen op een andere manier dan dat het doel het begrijpen van de materie is. Voor een N-examen kun je slagen zonder dat je de stof begrijpt (een kwestie van veel examens bekijken, wat toegespitst studiemateriaal, en stampen). Wil je kunnen rekenen aan antennes en aanpassingsnetwerken, dan pak je echt ander studiemateriaal. Ben je goed in wiskunde (inclusief differentiaalrekening), dan pak je wellicht ook ander studiemateriaal.

+++Zo, einde lange tekst+++

[Remco Rozenburg]

Hulde, top zeg zo'n uitgebreide uitleg

[CVH]

Wimpie, wederom super bedankt voor je uitleg.
Ik denk dat ik het bijna begrepen heb!

Echter voor onderstaande quotes, bedoel je effectief condensatoreffect? Of bedoelde je capacitiefeffect?

In een 5/8 antenne met radialen zit een spoel om het condensatoreffect van een 5/8 spriet op te heffen.

Om zo'n antenne bruikbaar te maken, zit er in de voet (en vaak ook ergens halverwege de spriet) een spoel om het condensatoreffect op te heffen.

En over mijn (voor)kennis, deze is echter heel beperkt.
Enig idee over een goed starters/basis boek radiotelecommunicatie en antennes?

[Henry hpsd]

Wim...top..!

Basis antenneboek...makkelijk te lezen en wat theorie.
het Arrl Antenneboek.

Kijk ook ff op de site bij;
http://www.pa4tim.nl/?p=30

Hij heeft meerdere makkelijk te lezen artikelen.
ook over antenne tuners.

En natuurlijk bij tetech..
http://www.tetech.nl

Antenne theory (weet link zo ff niet, even google) heeft de laatste tijd ook goed aan de weg getimmerd.

Er zijn heel veel sites met antenne informatie, helaas ook veel niet volledig correct. Kortom...kom maar hier om te verifieeren.

Grt H.

[Wimpie]

@CVH:

Ik probeer met capacitief zijn aan te geven dat bij een 5/8 antenne gevoed over een grondvlak of kwartgolfradialen, de impedantie capacitief is. Dat wil zeggen dat de stroom die de 5/8 straler ingaat in de tijd gezien vóórloopt op de spanning. Je kunt ook zeggen dat de spanning in de tijd gezien achterloopt op de stroom. Hetzelfde heb je bij sprieten korter dan 0.25 lambda, die zijn ook capacitief en daarom is een spoel nodig om het capacitief deel van de impedantie op te heffen.

Een heel ander lastig punt is als je met symmetrische antennes aan de gang gaat met slechte VSWR, en die wilt gaan matchen. Ergens zul je van symmetrisch naar asymmetrisch moeten, en dat wil nog weleens fors verlies geven in een eventueel aanwezige balun.

Er zijn véél boeken over antennes, variërend van bouwbeschrijvingen tot wiskundige verhandelingen waarbij de praktijk ver te zoeken is. Je hebt diverse ARRL antenneboeken. Als je toch wat praktisch gerichte theorie wilt, is "practical antenna handbook" van J. Carr wel een aardige. Voor zover mij bekend is daar geen Nederlandse vertaling van.