<<  Een multiband "EndFed" antenne met "draadloze aarde".
 20260904-3    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 referentiepunt (punt met lage systeem impedantie) nodig, om HF-spanning aan het uiteinde van zijn antennedraad toe te kunnen voeren. Vaak ontbreekt de daarvoor benodigde korte dikke "aarde" verbinding. En gebruikt men meerdere op amateurbanden afgestemde stukken 1/4 lambda lange draden, radialen genaamd. Of misbruikt met 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 aan het (nu 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 80 meter tot 10 meter (relatief lange) 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 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 62mm #31 ferrietkern.
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 een ongewenste parallel resonantie te vermijden. Zie foto.
De einden aan de ferrietkern vastbinden 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 hieronder.
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 door die CMC flinke weerstand (verzwakking). 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. Samen vooorkomen die twee CMCs ook, dat de coax afscherming als een "radiaal" kan werken. En de antenne eigenschappen zou verslechteren.
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.

     Velocityfactor.
De coax lengte tussen mijn twee CMCs is ca.12 meter. Daardoor resoneert het buitenoppervlak van de coax niet op de amateurbanden. Daar is een llengte van ca. 14 meter voor nodig. De binnenkant van mijn feeder lijkt voor HF stromen echter ca. 20 meter lang te zijn. Ik noem dat eenvoudigweg de "electrische lengte". Dat komt, omdat HFstromen aan de binnenkant van de coax 1,5 maal zo traag lopen, dan de HF-stromen op het buitenoppervlak van de afscherming. HFstromen lopen aan de binnenkant van die coax dus slechts 0,66 maal zo snel dan de HF-stromen op de buitenkant. In het Engels noemt men dat de velocityfactor van de coax. De velocityfactor voor RG58CU coax is 0,66.
 
     Welke coax en connectoren gebruiken.
+  De coax lengte is gemeten met RG58CU MILspec C17 coax. Let op de gebruikte velocityfactor (0,66).
+  Gebruik coax met gevlochten afscherming.
+  Vermijd coax met felie afscherming.
+  Gebruik connectoren met wartel die de coax afscherming fixeert.
+  Vermijd "press-fit" connectoren.
+  Gebruik connectoren waarvan de (massa)contactvlakken goed vlak op elkaar (speling-vrij) aansluiten.
+  Gebruik in de buitenlucht waterdichte (N)-connectoren,
    Binnenshuis kunnen eventueel goede kwaliteit BNC connectoren toegepast worden. Ze zijn echter niet waterdicht.

     De optimale lengte van de coax-feeder.
De totale eelectrische lengte van de coax-feeder, inclusief connectoren en CMCs, is zeer belangrijk voor optimaal lage VSWR bij de zender.
De totale electrische lengte van de coax moet voor deze antenne 1/4 lambda zijn voor 3,605 MHz.
Dan gedraagt de feeder zich als multiple 1/2lambda lang voor de 7MHz, 14MHz, 21MHz en 28MHz banden.
Met als gevolg dat de VSWR die bij de zender gezien wordt, zo weining mogelijk verschilt van de VSWR die de antenne zelf vertoont.
Een feeder met ongunstigere electrische lengte, kan ongunstige invloed hebben op de bij de zender waargenomen VSWR !

     Feeder lengte meten.
+ De vermogens-verliezen van bijvoorbeeld 15 meter RG58CU coax zijn verwaarloosbaar :
   Verlies @ 3MHz = 0,4dB ;  Verlies @ 30MHz = 0,7dB. Dat is niet merkbaar.
+ De TOTALE kabellengte (inclusief connectoren en CMCs) moet gemeten worden met behulp van een VNA.
+  Indien een langere feeder dan 12 meter nodig is, dan kan de totale electrische lengte verdubbeld worden naar 1/4 lambda voor 1,802MHz.
+  Een te lang kabeldeel NIET inkorten, maar oprollen.

De totale elektrische coax lengte kan eenvoudig worden bepaald door :
*  Één uiteinde van de coax aan de VNA aan te sluiten (inclusief de tussengevoegde CMC's !).
*  Het andere kabeleinde nergens op aansluiten. Dus open.
Op de VNA moet de fase van +180 graden naar -180 graden verspringen, bij een frequentie van 3,605 MHz.
Te lage frequentie ? De feeder voorzichtig beetje bij beetje inkorten.
     Bewijs :
Om het optimale effect van deze  gunstigste electrische coax lengte aan te tonen, werden daarna aan de zender zijde van de feeder weer VSWR metingen gedaan.
Vergelijk de bij de antenne gemeten returnloss met de bij de zender gemeten VSWR. Zie de tabellen en grafieken.
Per frequentieband is de laatste minstens gelijk aan, of beter dan de eerste.

     De antenne metingen.
De door mij gebruikte Vector Network Ananlyser 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 antenne transformator gekoppeld. Zie foto.
De overige meting werd uitgevoerd met de VNA aangesloten aan het begin van de feeder.  

     De eerste praktijk ervaringen (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.

Overdag is het door mij ontvangen stoorniveau in de 80m band en in de 40m band erg hoog, tot S9.
Na de schemering verdwijnen alle storingen geleidelijk, en zijn 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.
Niet verkeerd voor een lokatie aan de rand van een grootstad als Utrecht.

     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.
Tot VSWR 3:1 mag de tuner gebruikt worden, om de VSWR naar veilige waarde te brengen.
Volgens de handleiding van de TS570-D, mag de tuner niet gebruikt worden bij een VSWR waarde hoger dan 3:1. Dan is het gereflecteerde vermogen zelfs 50% of hoger. De tuner kan dan schade oplopen..

VSWR aan de zenderzijde (aan het begin van de feeder) met VNA gemeten.
De elektriche lengte van de totale feeder, incl. CMCs en connectoren, is 1/4 lambda voor 3,505MHz.
Boven de de Rode lijn is VSWR >= 3:1.
Onder de GROENE lijn is VSWR <= 1.5:1