ANTENNETEKNIKK. Temaer i denne modulen er: Jordatmosfæren. a) Radiobølgers oppbygning og hastighet i tomt rom.. b) Bølgelengde

Transkript

1 ANTENNETEKNIKK Temaer i denne modulen er: a) Radiobølgers oppbygning og hastighet i tomt rom.. b) Bølgelengde c) Ionosfærens oppbygning og betydning for radiobølger d) Radiobølgers refleksjon m.m. Jordatmosfæren

2 TROPOSFÆREN ligger nærmest jorda, og strekker seg ca. 10 km utover. STRATOSFÆREN ligger utenfor dette laget, og strekker seg fra ca. 10 km til ca. 50 km utover. IONOSFÆREN ligger ytterst, og strekker seg fra ca. 50 km til 400 km utover. Det er i Ionosfæren radiobølgene blir reflektert og vi opplever at vi kann motta signaler fra andre deler av kloden. Denne er inndelt i forskjellige "lag", som blir betegnet D, E1, E2, F1, F2 osv. Hver av disse lagene har forskjellige evner til å reflektere radiobølger avhengig av tiden på døgnet, hvilken frekvenser som reflekterer, temprarurer, solintensitet o.l. Kortbølgesignalene (2-30 MHz) blir lettest reflektert i F1 laget. Utbredelse av radiobølgene De radiosignalene vi mottar som direkte bølger er sterkest. Vi kan imidlertid motta reflekterte bølger, f.eks. fra fjell, bygninger e.l., men disse vil vanligvis være kraftig dempet. Refleksjoner (avbøyning) vil også forekomme i troposfæren, og dette er årsaken til at vi kan motta fjærntliggende radiostasjoner. Skip

3 Vi opplever spesielt i kortbølgeområdet noe som blir kalt for "skip". Dette er radiobølger som reflekterer i ionosfæren. Det kan forekomme flere "hopp" av slike radiobølger, slik at det er mulig å motta radiosignaler fra den andre siden av jordkloden. Radiobølger Magnetfelt Når en sender vekselstrøm inn i en leder, så skapes det et magnetfelt rundt lederen. Ved vanlig vekselstrøm vil magnetfeltets vekslinger være 50 ganger pr. sekund ( 50 Hz). Dette er det vi kaller for brum. Hvis vekselstrømmens hastighet blir raskere (vekslingene er mer enn ganger, 100 khz), så kaller vi dette for radiosignaler. Radiosignaler

4 Når en tilfører en halvbølgeleder, som vis på bildet, høyfrekvente svigninger (vekselstrøm) så vil strømmen og spenningen i lederen bli som vist i figuren. Magnetfeltet rundt lederen vil da forplante seg med lysets hastighet ( km i sekundet). Bølgelengden vil være km/s dividert med frekvensen. Hvis en har frekvensen 30 MHz så vil bølgelengden bli: m/s : Hz= 10 meter. Lengden på lederen skal da være 10m : 2 = 5 meter. Vertikal Polarisasjon Hvis senderantennen plasseres vertikalt, så må også mottagerantennen plasseres vertikalt. Horisontal Polarisasjon

5 Hvis senderantennen plasseres horisontalt, så må også mottagerantennen plasseres horisontalt. Bølgelengde "Bølgelengden" er et utrykk vi benytter istedet for frekvens. Bølgelengden er lysets hastighet delt på frekvensen (Lysets hastighet er den samme som radiosignalenets hastighet, meter i sekundet). Da vil f.eks. CB-båndet bli m/s : Hz = 11.1 meter. Derfor kaller vi CB-båndet for 11-meteren. Denne utregningen benyttes også for å beregne lengden på antenner. Frekvenser Bølgelengde Frekvens Betegnelse Bruk 2-1,5 km khz Langbølge Radiokringkasting m khz Mellombølge Radiokringkasting 80 m 3,5-3,8 MHz Amatørradio m 5,95-26,1 MHz Kortbølge Radiokringkasting 30 m 10,100-10,150 MHz Amatørradio 20 m 14,000-14,350 MHz Amatørradio 17 m 18,068-18,168 MHz Amatørradio 15 m 21,000-21,450 MHz Amatørradio 12 m 24,890-24,990 MHz Amatørradio 11 m 26,965-27,405 MHz Privatradio/CB-radio 10 m 28,000-29,700 MHz Amatørradio

6 6,38-4,41 m MHz VHF-Bånd I TV-kringkasting MHz MHz VHF-radio Lukket nett 3,43-2,78 m 87,5-108 MHz FM-bånd Radiokringkasting Flybånd 2 m MHz 2-meter Amatørradio MHz VHF Marineradio MHz VHF-radio Lukket nett 1,72-1,35 m MHz VHF-Bånd III TV-kringkasting MHz VHF-radio Lukket nett UHF-radio Lukket nett 70 cm Amatørradio MHz Mobiltelefon 0,64-0,5 m MHz UHF-Bånd IV TV-kringkasting 0,5-0,35 m MHz UHF-Bånd V TV-kringkasting MHz Mobiltelefon 2,56-2,4 cm 11,7-12,5 GHz SKIP - Atmosfærisk refleksjon av radiosignaler Ionisfæren og refleksjoner av radiosignaler

7 Det finnes to ioniserende lag som utnyttes av radioamatører på kortbølgebåndet (2-30 MHz). F1 er det laget som ligger nærmest. Dette ioniserende laget ligger på 200 til 250 km fra jorda. Dette laget er avhengig av solas stråling mot jorda, og er derfor aktivt om dagen. Solflekkintensiteten har også stor innvirkning på dette laget, og da solflekkintensiteten har en syklus på ca. 11,1 år vil denne formen for skip tilta mot år F2 er et lag som ligger ca. 250 til 300 km fra jordoverflaten. Dette laget er mindre avhengig av sola, og vil derfor reflektere radiosignalene om natten. Vi ser at en dipolantenne har en utstråling som ligger 0 grader i forhold til horisontalplanet. Dette gjelder også Yagiantenner og LOG-periodiske antenner. Disse antennene egner seg derfor meget godt til lange skip. Ønsker en kortere skip på disse antennene, kan en endre den horisontale vinkelen på antennen.

8 Vi ser at en GP-antenne med radialene 45 grader ned, har en utstråling som ligger ca. 25 grader opp i forhold til horisontalplanet. Disse egner seg derfor godt til kortdistanseskip. De fleste GP-antenner er imidlertid konstruert slik at de har en utstrålingsvinkel på mellom 15 og 25 grader. Dipolantennen som har en utstråling på 0 grader vil treffe GP-antennen med sine signaler. Men forde GP-antennen har en strålingsvinkel på ca. 25 grader, er det svært lite av signalet denne vil kunne motta. GP-antennen derimot, vil ikke kunne nå dipolantennen med de kraftigste signalene. De svake signalene (utenfor strålingsvinkelen) vil derimot kunne mottas av dipolantennen. Byttes derimot GP-antennen ut med en dipolantenne, vil en oppnå det ideelle forholdet for mottaging. GP-antennen har derimot ideelle forhold til å mottas av GP-antenne helt til høyre på bildet. Når en skal velge antenne for skip, er det derfor svært viktig å definere hvilke avstander en ønsker å "skipe" på, og velge en antenne med riktig strålingsvinkel. Åpningsvinkelen på de mest vanlige antennene er: Vertikal Dipol: 0 Grader 5/8-bølgelengde GP: 16 Grader 1/2-bølgelengde GP: 20 Grader 1/4-bølgelengde GP: 25 Grader PROPAGASJON, ET KORTFATTET SAMMENDRAG av Ivar Grønn - LA6ZFA Mellombølge (300 khz-3mhz) Det eneste amatørradiobåndet i dette området ligger rett i overkant av

9 kringkastingsbåndet. Jordbølgen sørger for en pålitelig kommunikasjon opp mot 150 kilometer på dagtid, når ingen annen form for utbredelse er tilgjengelig. Langdistansekommunikasjon er bare mulig på nattetid via F2- laget. 1,8-2,0 MHz (160m) Dette båndet lider under kraftig D-lags-absorbsjon på dagtid. Selv ved høye utstrålingsvinkler, kan nesten ikke noe signal passere gjennom til F-laget, slik at dagtidskommunikasjon er begrenset til jordbølge-dekning. Om natten, forsvinner D-laget raskt, og det er mulig med kommunikasjon via F2-laget. Da kan en teoretisk kunne ha kontakter med stasjoner over hele kloden. Menneskelagd- og atmosfærisk støy begrenser ofte rekkevidden. Tropiskeog ekvatoriale tordenvær lager mye statisk elektrisitet om sommeren, slik at vinterkveldene er de beste til å gjøre DX-kontakter på. For å redusere støyen, er det viktig å finne en passende mottakerantenne, som kan gi et bedre støy/signalforhold. Høyfrekvens (3-30MHz) Et stort spekter av utbredelse er nyttige på HF-båndene. De laveste to båndene i dette området deler mange av dagtidskarakteristikkene med 160m. Overgangen mellom bånd som i hovedsak er brukbare om natten er rundt 10MHz. De fleste langdistansekontaktene er gjort via F2-laget. Over 21MHz, kan mer eksotiske utbredelsesformer oppstå, slik som TE, sporadisk E, aurora og meteorscatter. 3,5-4,0 MHz (80m) Det laveste HF-båndet ligner på 160m på mange måter. Dagtidsabsorbsjon er også her betydningsfull, men ikke så kraftig som på 160m. Signaler med høy utstrålingsvinkel kan gå gjennom både E og F-lagene. Kommunikasjon på dagtid er begrenset til omkring 400 kilometer via jordbølge og skywave utbredelse. Om nettene kan en regne med at signalene går halvveis rundt kloden. Som på 160m er det mye atmosfærisk støy, og gjør at vintersesongen er mest attraktiv for DX-kontakter. 7,0-7,2 MHz (40m) Det populære 40m-båndet har en tydelig definert skipsone på dagtid. D- lagsabsorbsjon er ikke så tydelig som den er på de lavere båndene slik at kortdistanseskip via E og F-lagene er mulig. På dagtid kan en vanlig utrustet stasjon påregne et dekningsområde med radius på omkring 800 kilometer. Jordbølgepropagasjon er ikke så viktig. Om natten er det mulig med pålitelig verdensomspennende kommunikasjon vi F2-laget på 40m. Atmosfærisk støy er ikke så brysom som på 160 og 80m, og 40m DX-signaler er ofte så vidt kraftige at de overdøver til og med den kraftige atmosfæriske støyen vi har om sommeren. På grunn av dette betraktes 40m som det laveste amatørradiobåndet mulig for DX-kommunikasjon året rundt. Selv ved solflekkminimum kan 40m være åpen for DX om natten. 10,1-10,15 MHz (30m)

10 30m-båndet er unikt da det deler karakteristikker fra både dagtid- og natt-tidbåndene. D-lagsabsorbsjon har ingen betydning her. Kommunikasjon opp til 3000 kilometer er normalt på dagtid., og dette utvides til halvveis rundt jorden når det er mørkt. Båndet er normalt åpent via F2-laget på 24-timers basis, men ved solflekkminimum kan MUF synke til under 10 MHz på enkelte DXpaths om natten. Under slike forhold vil 30m få 20meters dagtidsegenskaper. 30m-båndet er det som varierer minst i løpet av 11- årssyklusene, og er svært nyttig for langdistansekommunikasjon. 14,0-14,35 MHz (20m) 20m er tradisjonelt vurdert som radioamatørens førstevalg for langdistansetrafikk. Uavhengig av hvor i solflekksyklusen vi er kan vi stole på 20m for i det minste noen timers DX via F2-laget på dagtid. Ved solflekkmaksimum vil gjerne 20m-båndet være åpent for langdistansetrafikk hele døgnet. E-lagskontakter over korte distanser kan ofte gjøres på dagtid. Atmosfærisk støy er normalt ikke noe problem, heller ikke om sommeren. På grunn av båndets popularitet kan ofte båndet virke overfylt på dagtid. 18,068-18,168 MHz (17m) 17 og 20m har mange fellestrekk, men effekten av variasjonene i solflekkaktiviteten er mer merkbar for trafikk via F2-laget på 17m. I årene med høy solflekkaktivitet er 17m svært aktuell for langdistansetrafikk på dagtid og tidlig kveld. Noen ganger kan det vare til langt etter soldnedgang. I år hvor solflekkaktiviteten er middels, kan båndet være åpent i takt med sollyset. Ved solflekkminimum vil 17m være åpen mot ekvator og midlere breddegrader, men bare korte perioder midt på dagen for nord/sør-kontakter. 21,0-21,45 MHz (15m) 15m-båndet har lenge vært vurdert som et av de primære DX-bånd ved solflekkmaksimum, men det er følsomt for variasjoner i solflekkaktiviteten. I årene ved solflekkmaksimum kan du regne med at det DX-åpninger på dagtid via F2-laget og at det også kan vare til langt på natt. I perioder med moderat solflekkaktivitet er 15m hovedsakelig dagtidsbånd som lukker rett etter solnedgang. I perioder med solflekkminimum åpner vanligvis ikke 15m i det hele, bortsett fra noen tilfeldige transekvatoriale nord/sør-åpninger. Det er observert sporadisk-e åpninger tidlig på sommeren og midtvinters, men dette er sjelden og ikke så forutsigbart som på de høyere frekvensene. 24,89-24,99 MHz (12m) Dette båndet tilbyr propagasjon som kombinerer det beste av 15 og 10mbåndene. Til tross for at 12m-båndet primært er et dagtid-bånd i år med lav og moderat solflekkaktivitet så kan det vært åpninger etter solnedgang ved solflekkmaksimum. I år med moderat solflekkaktivitet vil 12m være åpen til midlere og lavere breddegrader på dagtid. Selv i perioder med lav solflekkaktivitet vil det båndet sjelden være helt dødt, bortsett fra her oppe hos oss i nord (og høye sørlige breddegrader). Tilfeldige dagtidsåpninger, spesielt på de lavere breddegrader gir ofte nord/sør-forbindelser. Den hovedsakelige sporadisk-e-sesongen på 12m varer fra sen vår og utover

11 sommeren, selv om det også kan forkomme åpninger vinterstid også. 28,0-29,7 MHz (10m) 10m-båndet er velkjent for sine ekstreme variasjoner og forskjellige propagasjonsformer. Ved solflekkmaksimum kan du ved hjelp av F2- refleksjon oppnå langdistansekontakter selv med liten effekt. DX-kontaker er absolutt mulig selv med beskjeden effekt og utrustning ellers. Under slike forhold er båndet ofte åpent fra soloppgang til noen timer etter solnedgang. I perioder med moderat solflekkaktivitet åpner 10m-båndet stort sett bare mot lave og midlere breddegrader (gjerne over ekvator) midt på dagen. Ved solflekkminimum er det ikke F2-propagasjon verken på natt- eller dagtid. Sporadisk E er ganske vanlig på 10m, spesielt i månedene mai til august, men kan oppstå når som helst. Short-skip (som det ofte kalles) har liten relasjon til solflekksyklusen og opptrer uavhengig av F-lagskondisjoner. Ett-hopps Short-skip gir kommunikasjon mellom 300 og kilometer, flere-hopps kontakter vil gi kontakter langt utover dette. 10m-båndet er et spesielt bånd som kan benytte flere former for refleksjon. Det deler noen av VHF-båndenes måter å bli reflektert på. Meteor Scatter, Aurora, og Aurora E. Disse utbredelsesformene kan ofte gå upåaktet hen på 10m LA6ZFA Dato for artikel: :07:04 Data for de mest brukte koaksialkabler: Kabeltype Impedans [ohm] Hastighetsfaktor [%] 1 MHz 10 MHz Max. dempning per 100 ft (ca 30 m) ( 1 ft = 30,48 cm) [db] 50 MHz 100 MHz 400 MHz 1 GHz G RG-58/U ,44 1,4 4,1 5,0 11,8 20,0 6 RG-59/U ,6 1,1 2,4 3,8 7,5 12,0 4 RG-174/U ,9 3,3 6,6 11,0 22,0 31,0 9

12 RG-213/U ,2 0,6 1,6 2,5 5,5 9,0 2 RG-214/U* ,2 0,6 1,6 2,5 5,5 9,0 2 Belden-9913* ,2 0,4 0,9 1,4 2,6 4,5 1 Belden-9914* ,3 0,5 1,1 1,5 2,9 5,3 1 Åpen ledning N/A 95 N/A N/A N/A N/A N/A N/A N MERK: Disse spesifikasjonene er kun veiledende, da det er en viss variasjon i de tekniske spesifikasjonene til de forskjellige fabrikantene av koakskabler. Data for flere koakskabler her. Kabler merket * har dobbel skjerm. Antenner!

13 Et radiosystem består typisk av en radiosender og en senderantenne med en transmisjonslinje og en radiomottaker med en mottakerantenne og en transmisjonslinje. Det er vanlig å kalle antennen og transmisjonslinjen for et antennesystem. Antennesystemet er den aller viktigste delen i et radiosystem for å gjøre dette effektivt. Med gode antenner og god tilpasning til transmisjonslinjene kan man kompensere for manglende utgangseffekt på radiosenderen og manglende følsomhet på mottakeren. Dessverre er det alt for få som er klar over hvor viktig et velfungerende antennesystem er for å oppnå et effektivt og godt radio system. Et velfungerende antennesystem er viktig uansett om man er radioamatør, kortbølgelytter eller driver med scanning. Det er ingen vits i å kjøpe dyre mottakere eller nytt PA-trinn dersom man har dårlige transmisjonslinjer (antennekabler) og antennen består av en krokodille klemme i naboens hagegjerde. Man vil verken høre mer eller nå lengre dersom antennesystemet er dårlig. For å få utnyttet potensialet i gode mottakere og kraftige sendere er det et must at man har et godt antennesystem! Å kjøpe en skikkelig antenne kan fort komme til å koste noen kroner, men heldigvis er det sånn at gode antenner er forholdsvis enkelt å lage selv, dersom man er litt nevenyttig.

14 Før man går i gang med å bygge en antenne er det noen grunnregler man skal vite om. For å få det meste ut av en antenne gjelder det å få den så høyt som man overhodet kan få den og så langt vekk fra hus og elektriske kraftledninger som praktisk mulig. En god regel er at man aldri skal krysse veier og kraftledninger med antennen. Antenner skal bygges i materialer som er gode ledere for elektrisk strøm. De mest benyttede materialene er kobber, kobbertråd, aluminium og rustfritt stål. Kobber har den beste ledningsevnen, men korroderer lett. For å forhindre korrosjon kan man male antennen med en heldekkende maling. Malingen må ikke inneholde metall. For antenner for bruk på frekvenser over 1 GHz anbefales det ikke å male antennen fordi dette kan skape skineffekter i antennen. Enkelt forklart så kan man se på skinneffekter som løse elektromagnetiske felter som kryper rundt på overflaten av antennen uten å trenge inn i antennen. Det er ønskelig at alle elektriske felter skal trenge inn i antennen sånn at vi kan få generert et signal bestående av strømmer og spenninger. Kobber har også den bakdelen at det er tungt og har en forholdsvis dårlig fysisk styrke. Aluminium korroderer ikke så lett som kobber, og er dessuten mye lettere og har en større fysisk styrke, av den grunn blir aluminium ofte benyttet til å lage antenner av. Rustfritt stål er det materialet som står seg best mot korrosjon. (Ja, til og med rust fritt stål korroderer!) Stål er tungt, men har til gjengjeld en overlegen fysisk styrke fordi det bøyer og strekker seg i stedet for å knekke. Mange antenner til profesjonelle formål blir derfor bygget i rustfritt stål. Jo større overflate en antenne har, jo større båndbredde får den, og dess større del av det elektromagnetiske feltet vil den være i stand til å oppta. Men det vil ikke si det samme som at en antenne på 3 m lengde vil fungere utmerket på en frekvens hvor bølgelengden er kun 1 m. Det er fordi antennen også skal være avstemt til frekvensen den skal benyttes på, med andre ord: Frekvensen som antennen skal benyttes på (enten til sending eller til mottak) bestemmer de fysiske målene til antennen. Selv discone antennen er en frekvens avstemt antenne, denne antennen har bare en veldig stor båndbredde. Longwire og beverage antennene regnes vanligvis for ikke å være frekvens avstemte, men også disse antennene vil ha frekvenser hvor de er mer effektive enn på andre frekvenser. Når man bygger antenner skal man så vidt mulig unngå for mange loddinger, skøyter og sammenføyninger, det er fordi loddinger, skøyter og sammenføyninger

15 gir en likeretter effekt, og det er med til å øke antennens støytall. Antennens støytall er et tall som beskriver hvor mye en antenne støyer, dette tallet er sjeldent oppgitt av antenne fabrikantene. Loddinger og sammenføyninger, eller skøyter er vanligvis ikke noe man skal tenke på når man lager antenner. Unntaket er når man lager lange Beverage antenner for MW-DXing og antenner for mikrobølge området. På Beverage antenner kan det bli et problem med for mange loddinger eller skøyter fordi disse antennene er så lange. Når man snakker om antenner skal man heller ikke glemme antennens transmisjonslinje, eller antenne kabelen. Det er viktig at denne er av god kvalitet. Det finnes et stort antall forskjellige kabler med varierende egenskaper, jeg anbefaler at man benytter koaksialkablene RG213 eller RG214 i den utstrekning det er mulig. Bakdelen med RG213 og RG214 er at disse er på tykkelse med en gjennomsnitts hageslange og veldig stive og uhåndterlige, av den grunn benytter man ofte RG58 i stedet. RG58 er en langt dårligere kabel, men den er billig og tynn og mye enklere å håndtere, i mange tilfeller vil denne kabelen gi et tilfredsstillende resultat. Transmisjonslinjen skal alltid være så kort som praktisk mulig, spesielt på VHF og høyere frekvenser. For å oppnå en best mulig overførsel mellom antennen og transmisjonslinjen benyttes i mange tilfeller en balun mellom antennen og transmisjonslinjen. En balun gjør om et balansert signal til et ubalansert signal. I noen tilfeller benyttes også en balun til å transformere fra en impedans til en annen. I de tilfeller at det er nødvendig med en balun for antennene på denne siden har jeg valgt å tegne inn hvordan man kan lage en sånn. Baluner til longwire antennen kan man lage selv ved å vikle en trafo med et omsetningsforhold på 10:1 eller høyere. Det finnes et stort antall forskjellige antenne designer og måter å konstruere disse på, i tabellen nedenfor har jeg lagt ut tegninger til noen av de mest alminnelige og enkleste antennene. Disse antennene vil ha en yteevne på linje med ferdig produserte antenner av samme design dersom man gjør et godt håndverksmessig arbeide. TILPASSNING Antennetilpasning - SWR

16 Tranceiveren, kabelen og antennen har en impedanse på 50 ohm. En vil derfor få det meste av effekten overført fra radiosenderen til antennen, og det meste av innkommende signal fra antennen til radiomottakeren. Det er noe tap i kabelen for både utsendt og motatt signal! MISTILPASSNING Her ser vi at antennen ved den gitte frekvensen har en impedanse på 200 ohm. Vi kan da beregne VSWR-forholdet etter følgende formel: Z last / Z out = 200 ohm / 50 ohm = 4 og dette betyr at VSWR = 4:1. Mye av den tilført effekt til antennen vil i dette tilfellet bli reflektert tilbake til senderen. Enkelte sendere tåler ikke en så stor retureffekt, og kan dermed brenne opp utgangstransistoren. TILPASSNING MED TUNER Ved å sette på en antennetilpasser ved antennen, kan impedansen på 50 ohm tilpasses antennens impedanse på 200 ohm. Ingen effekt vil derfor reflekteres tilbake til senderen og ødelegge denne. En antennetilpasser vil imidlertid gi litt dempning av signalet.

17 Ingen antenner har en impedanse på 50 ohm over hele frekvensområdet de er beregner for å arbeide under. En kan imidlertid "godkjenne" et VSWR-forhold på opptil 3:1 på de fleste sendere, men en vil få redusert effekt ut fra antennen desto lenger en opererer utenfor resonansfrekvensen for antennen.

18 Wavelength and frequency A useful and fundamental measurement in radio antenna work is the "half wavelength". We must know how to calculate it. It gives the desired physical length of an antenna for any operating frequency. Wavelength, frequency, and the speed of light, are related. The length of a radio wave for a given frequency when multiplied by that operating frequency, gives the speed of light. Dipoles Knowing that the speed of light is c = 3 x 10 8 metres per second, and knowing our operating frequency, we can derive the wavelength of a radio wave by transposition as follows: Wavelength (in metres) = 300 divided by the frequency in MHz.. A simple way to remember this is to remember 10 metres and 30 MHz, (to get the value of the constant, 300!). That gives a wavelength! The half-wavelength of a wave is half of the wavelength figure you obtain! So a half-wavelength at 10 metres (30 MHz) will be 5 metres. The amateur 10 metre band is 28 to 29.7 MHz so a half-wavelength for that band will be a little longer than 5 metres. Pick a frequency and calculate it!

19 The fundamental antenna is the dipole. It is an antenna in two parts or poles. It is usually a one-half wavelength in overall length and is fed at the middle with a balanced feedline. One side of the antenna is connected to one side of the line and the other to the remaining side either directly or through some sort of phasing line. When making a half-wave dipole for HF frequencies, one usually has to reduce the length by about 2 percent to account for capacitive effects at the ends. This is best done after installation because various factors such as the height above ground and other nearby conducting surfaces can affect it. The feedpoint impedance of a half-wave dipole, installed about one wavelength or higher above ground (i.e. in "free space"), is 72 ohm. When the ends are lowered (i.e. into an "inverted V"), the impedance drops to around 50 ohms. The ends of the antenna should be insulated as they are high-voltage low-current points. The connections of the feedline to the antenna should be soldered because the centre of the dipole is a high-current low-voltage point. The radiation pattern of a dipole in free space has a minimum of radiation in the direction off the ends of the dipole and a maximum in directions perpendicular to it. This pattern degrades considerably when the dipole is brought closer to the ground. A modified version of the simple dipole is the folded dipole. It has two half-wave conductors joined at the ends and one conductor is split at the half-way point where the feeder is attached.

20 If the conductor diameters are the same, the feedpoint impedance of the folded dipole will be four times that of a standard dipole, i.e. 300 ohm. The height above the ground The height of an antenna above the ground, and the nature of the ground itself, has a considerable effect on the performance of an antenna.and its angle of radiation. See PROPAGATION The physical size of a dipole A wire dipole antenna for the lower amateur bands is sometimes too long to fit into a smaller property. The antenna can be physically shortened and it can still act as an electrical half-wave antenna by putting loading coils in each leg as shown in this diagram. With careful design, performance in still acceptable. Installing such "loading coils" lowers the resonant frequency of an antenna. Multi-band dipoles of page To top A simple half-wave dipole cut to length for operation on the 40m band (7 MHz) will also operate on the 15m band without any changes being necessary. This is because the physical length of the antenna appears to be one-and-one-half wavelengths long at 15 metres (21 MHz), i.e. three half-wavelengths long. A dipole antenna can be arranged to operate on several bands using other methods. One way is to install "traps" in each leg. These are parallel-tuned circuits as shown in this diagram (enlarged to show the circuitry). The traps are seen as "high impedances" by the

21 highest band in use and the distance between the traps is a halfwavelength for that band. At the frequencies of lower bands, the traps are seen as inductive and the antenna appears as a dipole with loading coils in each leg. With clever and careful design, operation becomes possible on a range of amateur bands. Baluns Vertical antennas Dipoles should be fed with a "balanced line". This is discussed at TRANSMISSION LINES The simplest vertical is the Marconi which is a quarterwave radiator above a ground-plane. It has a feedpoint impedance over a perfect ground of 36 ohm. Above real ground it is usually between 50 and 75 ohm. This makes a good match for 50 ohm cable with the shield going to ground. For a given wavelength it is the smallest antenna with reasonable efficiency and so is a popular choice for mobile communication. It can be thought of half of a dipole with the other half appearing as a virtual image in the ground. A longer antenna can produce even lower radiation angles although these antennas become a bit large to easily construct. A length often used for VHF mobile operation is the 5/8th wavelength. This length has a higher feed impedance and requires a matching network to match most feeder cables. Vertical antennas require a good highly conductive ground. If the natural ground conductivity is poor, quarter-wave copper wire radials can be laid out from the base of the vertical to form a virtual ground. Vertical antennas provide an omni-directional pattern in the horizontal plane so they receive and transmit equally well in all directions. This also makes them susceptible to noise and unwanted signals from all directions. Vertical antennas are often used by DX operators because they produce low angle radiation that is best for long distances. Beams To improve

22 signal transmission or reception in specific directions, basic elements, either vertical or horizontal, can be combined to form arrays. The most common form is the Yagi-Uda parasitic array commonly referred to as a Yagi array or beam. It consists of a driven element which is either a simple or folded dipole and a series of parasitic elements arranged in a plane. The elements are called parasitic because they are not directly driven by the transmitter but rather absorb energy from the radiated element and re-radiate it. Usually a Yagi will have one element behind the driven element (called the reflector), and one or more elements in front (called the directors). The reflector will be slightly longer than the driven element and the directors will be slightly shorter. The energy is then concentrated in a forward direction. To rotate the beam, the elements are attached to a boom and in turn to a mast through some sort of rotator system. Other antenna types can be constructed to give directivity. The size and weight, with wind resistance, are important. The cubical quad is a light-weight antenna for home-construction and it can provide good performance. It consists of two or more "square" wire cage-like elements. Antenna measurements top of page To Most antenna performance measurements are given in decibels. DECIBELS Important figures for a beam antenna are the forward gain, front-to-side ratio, and front-to-back ratio. Forward gain is often given related to a simple dipole. For example, if the forward gain is said to be 10 db over a dipole, then the radiated energy would be 10 times stronger in its maximum direction than a simple dipole. Another comparison standard is the isotropic radiator or antenna. Consider it to be a theoretical point-source of radio energy. This is a hypothetical antenna that will radiate equally well in all directions in all planes - unlike a real vertical antenna which radiates equally well only in the horizontal plane. A dipole has a 2.3 db gain over the isotropic radiator. A front-to-back ratio of 20 db means that the energy off the back of the beam is one-hundredth that of the front. Similar figures apply to the front-to-side ratio. Another antenna measurement is the bandwidth or range of frequencies over which the antenna will satisfactorily operate. High

23 Dummy loads gain antennas usually have a narrower bandwidth than low gain antennas. Some antennas may only cover a narrow part of a band they are used in while others can operate on several bands. Other antennas may be able to operate on several bands but not on frequencies inbetween those bands. A dummy load, or dummy antenna, is not really an antenna but is closely related to one. It is a pure resistance which is put in place of an antenna to use when testing a transmitter without radiating a signal. Commonly referred to as a termination, if correctly matched to the impedance of the line, when placed at the end of a transmission line it will make the transmission line look like an infinite line. Most transmitters are 50 ohm output impedance so a dummy load is simply a 50 ohm non-inductive resistor load. The resistor can be enclosed in oil to improve its power-handing capacity. The rating for full-power operation may be for only a short time so be aware of the time and power ratings of your dummy load before testing for long periods at full power. The things can get very hot! Antenneteknikk Prinsippet for en Dipolantenne

24 Vi ser her prinsippet for en halvbølgedipol. I praksis vil antennen bli litt kortere enn en 1/2 bølgelengde. Dette forde radiobølger forplanter seg langsommere i en mettalleder enn i luft. Impedansen for en halvbølgedipol er ca. 75 ohm. Er trådene (elementene) meget tykke kan impedansen komme ned i 55 ohm. Det horisontale retningsdiagrammet blir som to sirkler som går ut fra midten på antennen. Vi ser da at radiosignalet ikke går ut i enden på antennen.

25 Vi ser her en foldet halvbølge-dipol. Den har større forsterkning enn en enkel halvbølgedipol. En foldet dipol har en impedanse på ca. 300 ohm. En Yagi-antenne består av flere elementer. Desto flere elementer, desto større blir forsterkningen, men åpningsvinkelen (retningsdiagrammet) blir smalere. En 2- elementers antenne gir en forsterkning på 3,1 db, og det er en dobling av sendereffekten (4 Watt til antennen gir 8 Watt ut i lufta). En 4 elementers antenne gir 6,3 db forsterkning (to doblinger av effekten). En Logperiodisk antenne kan ha meget store båndbredder (Frekvensområde i forholdet 1:10) og forsterkningen på en 10- elementers antenne med et frekvensområde på 1:2 (f.eks MHz) er ca. 8 db. Vertikale antenner

26 Vi ser her tre vertikale antenner plassert på "ideelt" jordplan. En 1/4-bølge antenne har en åpningsvinkel på ca. 25 grader, en 1/2-bølge ca. 20 grader og en 5/8-bølge ca. 16 grader. Antennefabrikantene oppgir åpningsvinkelen på sine antenner, og en bør ta hensyn til disse når en skal velge antenne. Dette gjelder spesielt når en skal forsøke seg på "SKIP" innen kortbølgebåndet. Normalt vil en 1/4-bølge antenne egne seg for SKIP til f.eks. Mellom-Europa, en 1/2-bølge antenne til Syd-Europa og en 5/8-bølge antenne til Afrika. Dette er imidlertid avhengig av jordplanet (jordradialene) samt en del andre faktorer ved antennens konstruksjon. GrunnPlansAntenne GP-antenne (GroundPlaneAntenna) er vel en av de mest brukte antenner for radiokommunikasjon. Dette er i grunnutførende en pisk på 1/4 bølgelengde og et kunstig jordplan bestående av pisker på 1/4 bølgelengde. Dette kalles for en 1/4- bølge GP. Lengden på pisken, samt lengden på jordplansstavene, kan kortes inn med å benytte forkortelsesspoler. Dette benyttes vanligvis ved GP-antenner beregnet for under 50 MHz. GP-antennen produseres også i 1/2-bølge og 5/8-bølge. Forsterkning - Dempning - db (Desibel)

27 db er et mål for forsterkning eller depning. +3dB er en dobling (x2) og +20 db er ganger 100. Tilsvarende blir -3dB en halvering og -20dB blir 1/100 La oss si at vi har en forsterker på 10 Watt, 100 meter antennekabel med en dempning på -3dB pr. 100 m, og en antenne med forsterkning på +6dB. Hva blir da utstrålt effet fra antennen? Regnestykket blir da som følger: 10 Watt -3dB + 6dB = 10 Watt +3db = 10 Watt x 2 = 20 Watt.

28 d B d B i

29