<<  Een multiband "EndFed" antenne met zeer effectieve "draadloze aarde".
 20260922.  Please press F5 now.
Copyrigth pa0nhc.

     De nieuwe antenne.
In juli 2025 verhuisde ik op 86 jarige leeftijd van De Meern naar Vleuten. Rugpijn. Hartfalen. Ik kan niet meer vrij staan. En moet veel geholpen worden. Want mijn evenwichts gevoel is weg. Dus weg uit een een appartement op de 2e verdieping, naar een zorgwoning op de begane grond. Van een perfect werkende 80m+40m “Magloop”, naar een eind gevoede draad in de bomen. Ik vreesde het ergste wat storingen betreft.

     Het draad.
Waarom moeilijk doen als het makkelijker kan. Ik kocht daarom een 80m tot 10m Endfed antennekit van “HF-Kkits”. Zeer compleet, prima kwaliteit, goed geprijsd. Kleinzoon Brian deed al het klim- en montage werk.
De antenne begint op 3m hoogte, en klimt westwaarts tot ca. 8 meter hoogte naar een eikenboom. De lengte van dit deel is ca. 18 meter. Daarna daalt de draad zuidwaarts tot ca. 6 meter hoogte naar een andere eik. In dit deel bevindt zich de 80-meterband-verlengspoel.
De antenne locatie is : 52.104213, 5,016324.

     Bliksem.
Ervaring leerde me, dat een blikseminslag op 100m afstand enorme inductie stromen of spanningen in de antenne op kan wekken. Resulterende ca. 40 jaar geleden in vonk-overslag vanaf mijn draadantenne van centimeters lengte. En recenter resulterende  in een defecte “Magloop”. Grote ïnducectiestromen in het raam veroorzaakten toen defecte 2kV foleiecondensatoren of een defecte ringkern. Waardoor het raam niet meer af te stemmen was.
Om nu een eventueel nog aangesloten zend-ontvanger zo goed mogelijk te beschermen, is tussen de transformator en de coax kabel een 350V-piek gaspi  “Surge Arrestor” opgenomen. En een schakelaar die zowel coax afscherming als kern loskoppelen. Met minstens 3kV isolatie. Maar indien nodig draai ik de antenne aansluiting bij de TRX zeker ook los.  

     De transformator.
Deze transformeert de 50 Ohm coax kabel impedantie naar een 2450 Ohm antenne impedantie. De primaire wikkeling van de transformator bevat 2 windingen, en de secundaire wikkeling bevat 14 windingen over een 62mm #61 ringkern. Beide wikkelingen zijn aan één einde “geaard" aan de massa van de 50 Ohm aansluiting  Statische ladingen op de antenne vloeien dus veilig via de transformator naar “de aarde”.

     Het bijzondere aan mijn antenne systeem : Het "Aarde-frame".
Een Endfed antenne heeft een punt met lage systeem impedantie ("aarde") nodig , om HF-spanning aan één uiteinde van de antennedraad toe te kunnen voeren. Het andere uiteiunde is nergens mee verbonden. Vaak ontbreekt de daarvoor benodigde korte dikke "aarde" verbinding. Men gebruikt vaak meerdere op amateurbanden afgestemde stukken 1/4 lambda draden, radialen genaamd. Of misbruikt men zelfs de coax mantel als zodanig. Met storing ellende als gevolg. 

De afscherming van mijn transmissielijn-coax is bij de transformator aan een verticaal aluminium raamframe aangesloten (zie foto). Dat "frame" is in het  plafond, en in de vloer, in metalen schroef-bussen vastgeschroefd. Tijdens de bouw zijn die bussen aan het (onzichtbare) betonijzer vastgelast. En dat betonijzer is weer, via aard-electroden, met de aardbodem verbonden. Dat geheel vormt een korte, laag-ohmige verbinding met aarde. Voor de (relatief lange) 80 meter tot 10 meter radio-golflengtes, vormt al dat metaal in al die balkons (zie foto bovenaan) een breed, vertikaal en goed geaard metalen raster, of "frame". Mijn aansluitpunt op dat frame vormt zo een zeer laag impedantie-punt. Dat is mijn "Aardpunt".

     De antenne HF-stroom.
De HF-antenne-stroom loopt vanaf het einde van de secundaire transformator wikkeling, via de loodrecht op het gebouw gespannen antenne, door de lucht naar de aarde. Dan loopt de HF-stroom door de aarde, naar dat 3 meter lange, vertikale aluminium raamframe op mijn balcon. En daarover weer terug naar het begin van de secundaire transformator wikkeling. Die HF-stroom loopt dus hoofdzakelijk vertikaal in, of loodrecht op, het front van het pand. Er is daardoor weinig kans, dat ook HF-stroom in het horizontaal lopende metaal in de balcons wordt gekoppeld.Tevens schermen die metalen balkon frames het hoogfrequent-veld af van het gebouw. Resultaat : Er zijn geen HF invloeden te merken in mijn PC met audio mengpaneel, en externe actieve luidsprekers, noch in mijn TV met externe actieve luidsprekers.
Wat ik verwachtte als een teleurstellend experiment te zijn, bleek een opmerkelijk goede antenne.

     Mantelstromen en CMCs.
Elke coaxiale kabel bevat 3 (ja drie) oppervlakken waar stroom kan lopen. Allereerst loopt op de centrale geleider een stroom vanaf een bron naar een belasting. Maar diezelfde stroom loopt daarna weer over het binnen oppervlak van de afscherming terug naar die bron. De coax  afscherming heeft echter een tweede geleidende laag op het buiten-oppervläk. Die twee lagen zijn van elkaar gescheiden door het "skin-effect. Op dat buiten-oppervlak kunnen, door uitwendige HF-velden, ook HF-stromen worden opgewekt. Men noemt deze stromen "mantelstromen". Die wisselwerking kan zeer hinderlijke effecten teweegbrengen. Mantelstromen moeten daarom hier vermeden worden. Bijvoorbeeld door toepassing "mantelstroom smoorspoelen". In het Engels worden die "Common Mode Chokes" genoemd. Afgekort als "CMC". Die vormen hoge sper impedanties op alleen het buitenoppervlak van de coax afscherming. Het inwendige van de coax kabel is door de afscherming van de CMC gescheiden. Daar heeft een CMC dus geen invloed op. Moeilijk ? Duur ? Zeer effectieve CMCs zijn het goedkoopste zelf te maken. Mijn zelfgemaakte breedband CMCs bestaan uit 13 windingen RG58CU Mil spec C17 coax (ca. 1,2 meter coax lengte) op een FT240-31 ferrietkern. Zie de foto rechts.
De oaxkabel windingen moeten strak, dicht naast en tegen elkaar (niet over elkaar), en in één richting gewikkeld worden.
Houdt ook zo groot mogelijke afstand tussen de einden van de coax. Om daar paralelcapaciteit te beperken, en een ongunstige parallel resonantie te vermijden.
De einden aan de ferrietkern fixeren met zwarte wurgbandjes.

De met behulp van een VNA gemeten sper-impedantie van deze CMC's bedraagt in het hele kortegolf gebied tussen 1600 Ohm en 3100 Ohm ! Zie de grafiek hiernaast.
Opmerking : Dit type CMCs werkt het beste op plekken met lage bron- of belasting impedantiies. Dus niet direct aan een hoog impedante eindgevoede draad. Wel aan de geaarde, laag-impedante, transformator ingang ervan.

Bij mijn antenne is tussen de aanpassing-transformator, en de coax kabel ("feeder"), een identieke CMC gemonteerd. De op de buitenzijde van de feeder lopende common mode (HF-)-stromen, ondervinden flinke weerstand (verzwakking) door die CMC. Waarna de overgebleven stroom-resten makkelijk naar het laag-impedante "Aardpunt" afvloeïen. Ze kunnen de transformator bijna niet bereiken. Een identieke CMC is tussen de coax-feeder en de zender geplaatst. En blokkeert ook daar eventuele mantelstromen.

Maar het belangrijkste effect is : Die twee CMCs voorkomen ook, dat de coax afscherming als een "radiaal" kan werken. Waardoor de antenne eigenschappen zouden verslechteren, en storingen zou kunnen ontvangen. Deze CMC's blijken in mijn antenne systeem zeer effectief. De zeer gewenste resultaten zijn in mijn situatie :
+  Breedbandig lage VSWR op alle banden,
+  Geen HF-storingen in mijn kamer.

     De coax velocityfactor en het effect van CMCs.
Voor HF-stromen lijkt de binnenkant van mijn feeder wel 50% langer te zijn dan de buitenkant. Dus niet ca. 14 meter, maar ca. 21 meter.
Ik noem die schijnbare inwendige lengte voor HFstroom eenvoudigweg : de "elektrische lengte".

Dat "elektrsche lengte"-effect ontstaat, door de aanwezigheid van een plastic isolatie, tussen de centrale geleider van de coax en de afscherming.
Hierdoor lopen HFstromen aan de binnenkant van de coax 1,5 maal zo traag, dan de HF-stromen op het buitenoppervlak van de afscherming.
1,5 x zo traag is anders gezegd 0,66 x zo snel. In het Engels noemt men die "0,66" de velocityfactor van de coax. Die is voor RG58CU coax 0,66. Voor PTFE coax kan die 0,82 of 0,69 zijn.

De coax lengte, die voor het maken van beide CMCs is gebruikt, telt mee voor de weglengte, die afgelegd wordt door de inwendige HFstromen.
Die CMC-coax lengtes tellen echter niet mee voor uitwendige HFstroom. Die stroom wordt immers door die CMCs geblokkeerd. Dat is hun taak. En hier geldt ook de velocityfactor niet.
Daardoor is voor HF-stromen , de uitwendige coax lengte tussen de twee CMCs veel korter (12 meter), dan de inwendige electrische lengte (21 meter).

En resoneert (dankzij die CMCs) dat buitenoppervlak van de coax niet op de amateurbanden.

     Welke coax en connectoren gebruiken.
+  De voor mijn antenne gebruikte coax is RG58CU MILspec C17.
+  De velocityfactor ervan is 0,66.
+  Gebruik coax met dicht gevlochten koper afscherming.
+  Vermijd coax met folie afscherming. Ik ervaardde slecht afscherming contakt, verkeerde impedantie (ergen bij 63 Ohm), Bij 1MHz al hoge verliezen.
+  Gebruik connectoren met wartel die de coax afscherming knellend fixeert.
+  Let er bij UHF en BNC connectoren op, dat xe strak passend en spelingvrij in elkaar passen.
+  Zorg ervoor dat ze na montage, stevig tegen elkaar aandrukken, ter voorkoming van signaal-lekkages.
+  Gebruik in de buitenlucht N-connectoren. Die zijn en blijven waterdicht en maken goed contakt.
+  Binnenshuis kunnen eventueel goede kwaliteit BNC connectoren worden toegepast. Ze zijn echter niet waterdicht.

     De antenne metingen.
De door mij gebruikte Vector Network Analyser is een “NanoVNA V2.2 Plus4”. De software was VNA-qt. Deze VNA heeft naast de twee HF poorten, een mechanisch degelijke USB-B poort. De benodigde 5Vdc werd hieraan via een 5m lange datakabel toegevoerd.
Na het inkorten ("trimmen") van de antenne, werden resonantie grafieken, en impedantie metingen aan de antenne uitgevoerd.
De VNA was hierbij direct aan de antennetransformator gekopeld.
De overige metingen werden uitgevoerd met de VNA aangesloten aan het begin van de feeder. Met zowel aan de zenderzijde als aan de antenne een CMC.

     De optimale lengte van de coax-feeder.
De totale elektrische lengte van de coax-feeder, inclusief connectoren en CMCs, is zeer belangrijk voor optimaal lage VSWR bij de zender.
Deze totale elektrische lengte moet 1/4 lambda zijn voor 3,55 MHz.
Voor 7,1MHz is de elektrische lengte dan 1/2 lambda, voor 14,2MHz 1xLambda, voor 21,3MHz 1,5xlambda, en voor 28,4MHz 2xlambda.
Bij deze elektrische lengtes gedraagt de feeder zich als een veelvoud maal 1/2 lambda lang voor alle bovengenoemde banden.
Met als doel dat de VSWR die bij de zender gezien wordt, zo weining mogelijk verschilt van de VSWR die bij de antenne gemeten werd.

     Rekenvoorbeeld.
De velocityfactor van een kabel die gebruikt werd voor deconstructie van een CMC was 0,66 (zie foto).
Als CMCs hiermee gemaakt worden, bevatten die ieder dus ook een stuk coax lengte.
De uitwendige (fysieke) lengte van die coax kabel is maar 0,66x zo lang dan de (inwendige) elektrische lengte ervan.

De totale fysieke feeder lengte wordt dan voor 3,55MHz (dus inclusief de fysieke coaxlengtes van beide CMCs, en de pluggen) :
    Vlicht    /     f       x   1/4   x   Verkortingfactor     
     300      /   3,55    x   1/4   x        0,66         = 13,94 meter.
Deze (totale) fysieke feederlengte is het uitgangspunt voor coaxlengte.

Als per CMC bijvoorbeeld 1,4m coax gebruikt zou worden, dan wordt de fysieke coax lengte tussen beide CMCs :  13,94m - 1,4m - 1,4m = 11,14 meter.

     Te lang of te kort.
* Als een feeder te lang is, rol het te lange deel dan op.

* Als een feeder langer dan 11 meter nodig is, dan moet men van de dubbele coaxlengte uitgaan  : 2x13,94m = 27,92m.
  Hier gaan weer 2 CMCs vanaf, bijvoorbeeld : 27,92m - 2,8m = 25,12m coax lengte. Bestel dan 26m coax.
* Bij het meten van deze 2x zo lange coax, treedt op een 2x zo lage frequentie (3,55MHz / 2), de eerste fasesprong op. Dus bij 1,775MHz.

     Op eenvoudige manier de exacte lengte van een willekeurige coax kabel meten.
Wat is de fysieke lengte L van de RG58CU coax kabel, die voor de CMC van de foto hierboven gebruikt is ?
+ Sluit eén uiteinde van de coax kabel op een VNA aan, maar laat het andere uiteinde vrij.
+ Laat de fasekarakteritiek van de coax kabel tonen.

De eerste fasesprong van die kabel (van +180 naar -180 graden), blijkt op een frequentie van 35,375MHz op te treden. Zie de afbeelding hiernaast.
 
Dan is de elektrische lengte Le van die coax kabel dus 1/4 lambda voor 35,375MHz.
Le is dan te berekenen als : ((      Vlicht     /         f       ) / 4 )  of 
                                           ((300.000.000 / 35.375.000) / 4) = 2,12m.
De fysieke coaxlengte van één CMC wordt dan L = (Le       x   Vcoax) =
                                                                              L = (2,12m x    0,66 ) = 1,4m.

     Bewijs dat 13,94m feederlengte voor deze antenne met de 80m,40m,20m,15m en 10m banden de goede keus is :
Om het optimale effect van deze  gunstigste electrische coax lengte aan te tonen, werden aan de zender zijde van de feeder weer VSWR metingen gedaan.
De bij de zender gemeten VSWR waardes, komen nu per frequentieband ongeveer overeen, met die bij de bij de antenne gemeten VSWR waardes.

     VSWR en de interne automatische antenne tuner.
Als de VSWR lager is dan 1,5:1 hoeft de automatische tuner van de TS570-D niet gebruikt te worden.
Het gereflecteerde vermogen is dan lager dan 4%.
Als de VSWR ongemerkt naar hoger dan 1,3:1 oploopt, regelt de zender automatisch zijn uitgangvermogen terug, zodat de eindtrap minder kans op schade ondervindt.
Om de VSWR voor de eindtrap naar veilige waarde te brengen. mag tot VSWR 3:1 de tuner gebruikt worden,.
De tuner mag niet gebruikt worden bij een VSWR waarde hoger dan 3:1. De tuner kan dan schade oplopen.
Dan is het gereflecteerde vermogen namelijk 50% of hoger.

     De eerste praktijk ervaringen.
Overdag is het door mij ontvangen stoorniveau in de 80m band en in de 40m band erg hoog, tot S9. Het lijkt van lokale stoorbronnen te komen.
Meestal verdwijnen na de schemering alle lokale storingen geleidelijk. Dan zijn soms de overgebleven "grond"-ruissterktes bij voorbeeld in de 80m band S5, en in de 15m band S2. Dat is voor in een stedelijke omgeving zondermeer goed te noemen.
De “man made noise” in de 10m band is dan zelfs maar net iets sterker dan de “eigenruis” van de ontvanger.

Juli 2026 : In de 80m amateur band waren amateur signalen te zien tot S9+30dB ! De antenne leek het daar in oostelijke richting goed te doen met Duitsland, Oekraine en Zwitserland. Nederlandse amateurs rappoteerden goede signaalstektes voor mijn slechts 100W output.
+  In de 40m band werden amateursignalen van S9+20dB ontvangen.
+  In de 15m band en de 10m band werden DX signalen waargenomen in zeer lage ruisniveaus.
+  Ik maakte op 21MHz meerdere verbindingen met Engelse (!) amateurstations. Met S9+ signalen over en weer, en weinig QSB. Shaun M0BJL meldde me toen, dat ik op dat moment het sterkste signaal in de hele 21MHz band bij hem produceerde. Kennelijk waren er toen bijzonder goede “Tropo propagaties”.
Dat suggereert wel dat mijn antenne op 21MHz een gunstig-lage opstraal-hoek richting west heeft.

Op 7 september 2026 ca. 16:00 local, vergeleek ik de door de S-meter van mijn TS570-D weergegeven signaalsterktes, met die van de webSDR Maasbree.
Van enklele redelijk sterke (S9 tot S9+20 dB) radioamateurs en bakens in de 40m, 20m en 15m banden leken de verschillen slechts enkele dB.
De TS570-D pre-amp was uitgescahekeld en de S-meter al eerder op 80m gecalibreerd. Zelfs onder die drie grote eiken hangend, werkt deze antenne goed.

     Ruis.
Het ruisniveau op 160m ,80m en 40m is vaak erg hoog, tot S8/9. Omdat deze antenne ca. 16MHz breed goed aangepast is aan 50 OHm (zie tabel hieronder), worden al die breedbandige stoor- en ruisspanningen tussen 1,6MHz en 14MHz, in de ontvangeringang bij elkaar opgeteld.
Resulterende in overbelasting. Waardoor weer in de ontvangeringang zelf extra ruis wordt geproduceerd. Overbelasting weg => ruis grotendeels weg.  

Door (in mijn TS570-D) de "Att" op ON te zeteen, worden signalen alle signalen, dus ook de uit de antenne afkomstige breedbandige ruis, 3 S-punten (18dB) verzwakt. Zo wordt de overbelasting voorkomen. Op de S-meter worden amateursignalen dan 3 S-punten zwakker weergegeven. Op de S-meter vermindert de ruis echter veel meer. Omdat die grotendeels in de ontvanger-ingang zelf, door de overbelasting, werd opgewekt. Overbelasting weg => ruis grotendeels weg.

Zet ik daarna ook de "Preamp" op ON, dan worden de amatursignalen, en de ruis, beide 3 S-punten harder. De amateursignalen zijn dus weer even sterk, maar de ruis is veel minder sterk dan voorheen. Immers : Overbelasting weg => ruis grotendeels weg.  

De 80m band is bruikbaar tussen 3578kHz en 3735kHz.
In de volledige 40m, 20m en 15m banden kan zonder een tuner gezonden worden.
In bijna de volledige 10m band kan zonder een tuner gezonden worden.
Zelfs de 160m band is tussen 1940kHz en 1970kHz bruikbaar getest (met tuner en 10W output).
Mijn signaalsterkte (uit Utrecht) was op 1970kHz op webSDR Maasbree S9.
Boven de de Rode lijn is VSWR >= 3:1.
Onder de GROENE lijn is VSWR <= 1.5:1

The VSWR at the TRX-end of the feeder is always better than on the antenna itself.
                VSWR measured at antenna                                                              VSWR measured at transmitter-end of feeder.

	s

Returnloss van de antenne.

De antenne impedantie is, behalve op 14MHz, iets te hoog.
De feeder is op 14MHz een hele golflengte lang.

Antenne impedantie.