CobWebb antenne (G3TPW)

workshop PRAC

CobWebb antenne (G3TPW) horizontaal gepolariseerde HF multiband antenne (20-17-15-12-10m)

Workshop PRA : CobWebb antenne

versie 01.02

Pagina 1 van 38

(opmerking : dit document is louter ter info en kan onnauwkeurigheden of fouten bevatten)

Woord vooraf: Antennetheorie is een complexe materie, en ook bij het bouwen van antennes komt heel wat kennis en ervaring van pas. Dit document probeert wat van de “mysteries” van de CobWebb antenne te duiden, echter met een onderbouwing op een basisniveau, die voor een groot publiek begrijpelijk is. Wat neergeschreven is werd gecheckt bij gereputeerde bronnen, zoals specifieke ARRL publicaties, of bij radioamateurs met veel expertise in dit domein. Desondanks kunnen er toch elementen in het document staan die voor verbetering vatbaar zijn ; u kan opmerkingen altijd bezorgen aan de PRAC (zie website voor contact informatie).

Inhoudsopgave : Woord vooraf: ................................................................................................................................... 2 1) Inleiding ..................................................................................................................................... 3 2) Eigenschappen van de CobWebb antenne ...................................................................... 3 3) Theoretische werking CobWebb antenne ...................................................................... 4 4) Materiaal/stuklijst .............................................................................................................. 10 5) Bouw en afstemming .......................................................................................................... 11 5.1. Constructie van de structuur met vislijnen ........................................................................ 12 5.2. Constructie van de structuur met “HD” glasvezelbuizen van Spiderbeam .............. 15 5.3. Contactdoos (junction box) ..................................................................................................... 21 5.4. Folded dipolen ............................................................................................................................. 25 6) Metingen ................................................................................................................................. 26 7) Eindverdict ............................................................................................................................. 30 8) Appendix A : Modellering van dipolen in verschillende configuraties .............. 31 9) Appendix B : iets over horizontaal gepolariseerde antennes (cfr. CobWebb) 35 10) Appendix C : Bronnen: ..................................................................................................... 37 11) Appendix D : Technische tekening .............................................................................. 38


versie 01.02

Pagina 2 van 38


1) Inleiding In een van onze cursussen van de basisvergunning zat Claude, inmiddels ON3JG, die al voorafgaand aan het behalen van zijn ON3 licentie bezig was met het bouwen van een HF antenne, de CobWebb antenne. De CobWebb antenne was voor hem een oplossing om op een beperkte ruimte, toch een efficiënte HF antenne te hebben voor 5 HF banden (20-17-15-12 en 10 m). Er werd in de club al eens gesproken over deze speciale antenne, en na wat ervaringen en opzoekwerk werd besloten om hier eens een voordracht aan te spenderen op een avond bij de PRA, omdat deze antenne verschillende voordelen biedt, en aan een aantrekkelijke prijs zelf gebouwd kan worden. Deze antenne is misschien een goede oplossing voor veel radioamateurs die - omwille van plaats, budget (of beperkingen vanuit ruimtelijke ordening) - niet de mogelijkheid hebben om grote HF antennes te plaatsen.

2) Eigenschappen van de CobWebb antenne Sterke punten : 1. Relatief klein voor een ‘full-size’ HF antenne : de draaicirkel van de CobWebb antenne is ongeveer 1,9 m, de zijkanten zijn slechts 2,8 m breed 2. Goedkoop en zelf te maken met vrij beschikbare materialen 3. Vijf HF banden via 1 coax gevoed. 4. Eenvoudige plaatsing, er is slechts 1 antenne montageplaats (mast of topbuis) nodig, in tegenstelling tot een dipool die op 2 of 3 plaatsen moet bevestigd worden. Bovendien kan boven de CobWebb nog een andere antenne geplaatst worden (bvb een VHF/UHF antenne) 5. Omnidirectioneel. Dit is een voordeel vanuit het perspectief dat opstelling goedkoop is (geen rotor of zware mast nodig) 6. Horizontale polarisatie: rustigere ontvangst, minder kans op EMI bij de buren. meer ‘gain’ dan een vertical (over ‘real ground’) indien voldoende hoog opgesteld. 7. Efficiënt vanwege gebruik van full size halve golf dipolen, geen verlies van traps of spoelen. Minder sterke punten : 1. De CobWebb heeft een beperktere bruikbare bandbreedte (het frequentiebereik waar de SWR < 2:1 is) dan een gestrekte dipool bvb. Ze dient dus best afgesteld te worden voor het deel in de band dat men wil werken.


versie 01.02

Pagina 3 van 38


3) Theoretische werking CobWebb antenne De CobWebb antenne (bedacht door G3TPW, Steve Webb) bestaat uit 5 (‘full size’) halve golf dipolen, die parallel aan elkaar gekoppeld zijn in het voedingspunt (een variant van de ‘fan-dipool’ als het ware), en die geplooid zijn in een vierkante vorm en gemonteerd worden op een ondersteunende structuur. Die structuur kan van glasvezel zijn, of van een ander niet geleidend materiaal (bv. bamboestok of een houten bezemsteel).

de afbeelding hierboven toont 4 (niet 5) gewone halve golf dipolen, als illustratie van de basis van het CobWebb systeem

Dit is de CobWebb antenne van boven gezien : de 5 dipolen (verschillend van lengte voor elke band) zijn duidelijk zichtbaar


versie 01.02

Pagina 4 van 38


Waarom kunnen dipolen van verschillende banden gewoon parallel aan mekaar verbonden worden op het voedingspunt ? Herinner u de stroom- en spanning-distributie op een halve golf dipool, op de resonantie frequentie:

In het midden is de stroom maximaal en de spanning minimaal, daardoor is de impedantie in het midden (aan het voedingspunt) laag, ongeveer 72 Ω en resistief, weliswaar op de resonantiefrequentie. Ook voor elke oneven harmonische is de impedantie aan het voedingspunt in het midden laag.

Voor andere frequenties is daarentegen is de impedantie in het midden ho(o)ger. De 5 parallelle dipolen worden aan het voedingspunt aan mekaar geknoopt. Omdat een dipool op de resonantie (werkings-) frequentie (en oneven harmonische) een lage voedingsimpedantie heeft (ongeveer 72 Ω), en de andere dipolen – die voor een andere band ontworpen zijn een veel hogere voedingsimpedantie hebben op dat zelfde punt – kunnen de dipolen aan het voedingspunt parallel gekoppeld worden zonder dat dit een zware invloed heeft op de 72 Ω voedingsimpedantie op de werkingsfrequentie van de ‘actieve’ dipool. Immers, een parallelle schakeling van een hoge weerstand parallel op een lage weerstand, heeft als resultaat quasi dezelfde waarde als de lage weerstand (de stroom zoekt de makkelijkste weg). Het vermogen wordt dus nauwelijks opgenomen door de niet-resonantie antennes, en er is weinig invloed van de andere parallelle dipolen, op de impedantie van de dipool die gebruikt wordt.


versie 01.02

Pagina 5 van 38


In dit (DC) voorbeeld: als R1 = 50 Ω is (de resonante dipool) en R2 = 1000 Ω (een parallelle dipool die ver van haar werkingsfrequentie wordt gebruikt), dan heeft de parallelschakeling een waarde van 47,6 Ω. De parallelschakeling van de grote weerstand op de kleine weerstand heeft dus weinig invloed op de voedingsimpedantie van de werkende (actieve) antenne. Er zijn echter wel enkele beperkingen : §

draden in mekaars buurt hebben de neiging te koppelen en produceren wederzijdse inductie (mutual inductance). Kortere antennes beïnvloeden langere niet zoveel, dus het is best de afstelling voor resonantie te doen in volgorde van de langste dipool naar de kortste (eerst 20 m, dan 17 m, 15, 12 en 10 m).

§

Omdat een parallelle dipool op een oneven harmonische van een ‘actieve’ dipool ook een lage impedantie heeft op het voedingspunt, zijn bepaalde combinaties van parallel gekoppelde dipolen niet mogelijk (bvb 80 m en 30m of 40 m en 15 m zijn niet mogelijk)

Impedantie in het voedingspunt, van een niet-gestrekte dipool. Van een horizontaal gepolariseerde halve golf dipool weten we dat ze in het midden gevoed – in vrije ruimte - een (resistieve) impedantie van 72 Ω heeft op de resonantie frequentie. Hoe zit het met de impedantie op het voedingspunt, als we een gestrekte dipool buigen in een vierkant ? Door de dipool te leggen in een vierkant (met een kleine opening tussen de uiteinden) blijkt dat de impedantie zakt tot ongeveer 12 Ω. Dat is te laag om te voeden met een 50 Ω coaxkabel.


versie 01.02

Pagina 6 van 38


Er zijn 2 mogelijke oplossingen hiervoor: 1) een eerste oplossing is om gewone dipolen (enkele draad) te gebruiken – wat zeker voordelen biedt (minder gewicht, eenvoudiger) – maar dan gebruik te maken van een 1:4 impedantie aanpassing met de balun. De 1:4 balun zorgt ervoor dat de 12 Ω aan de antenneklemmen (balanced=1) “opgetransformeerd” wordt naar 50 Ω (unbalanced=4) op de SO-239 connector. Merk op dat in tegenstelling tot de meeste baluns met impedantie aanpassing, hier een te lage impedantie op het symmetrische deel verhoogd (aangepast) wordt naar een hogere impedantie op de coax unbalanced transmissielijn !) Die balun met impedantieaanpassing moet dus gemaakt worden, wat niet onoverkomelijk is, maar hij is wel nodig in geval ‘gewone’ dipolen gebruikt worden (zie voor meer detail op http://www.karinya.net/g3txq/cobweb/) 2) de tweede oplossing is het ontwerp van de ‘originele’ CobWebb (die je ook het vaakst gedocumenteerd terug vindt op het internet) namelijk om gebruik te maken van ‘folded’ (gevouwen) dipolen i.p.v. gewone dipolen. Een folded dipool heeft namelijk een impedantie die 4x hoger ligt dan die van een gewone dipool, waardoor die 12 Ω in het voedingspunt 48 Ω wordt

Doordat de impedantie in het voedingspunt bij gebruik van folded dipolen nu rond de 50 Ω ligt, kan de antenne dus gevoed worden door een coax met 50 Ω karakteristieke impedantie (zie http://test.g0mtd.co.uk/CB1.pdf) (hierbij is het volgens ons dus ook niet nodig om enige impedantieaanpassing te doen, zoals dat in bepaalde op internet beschreven CobWebb ontwerpen voorgesteld wordt m.b.v. een twist ergens in de folded dipool).


versie 01.02

Pagina 7 van 38


Het ARRL Handbook en het ARRL Antenne Book schrijven het volgende over Folded dipoles :


versie 01.02

Pagina 8 van 38


Open of gesloten Folded Dipool ? We lazen in een publicatie op internet (“CobWebb revealed”, op blz 5) dat het gebruik van “open-ended” folded dipolen aanbevolen wordt. Deze zouden de resonantie frequentie verlagen wat nuttig zou kunnen zijn als er onvoldoende plaats is om een volledige halve golf dipool te gebruiken. Dit zou ten nadeel gaan van de impedantie en bandbreedte, die beiden zouden verkleinen. Echter, wij hebben modellering gedaan van zo’n gestrekte “open folded dipool” (wat eigenlijk een contradictie in woorden is), en stelden vast dat de impedantie op het voedingspunt extreem laag en onbruikbaar is. We menen dus dat de folded dipool wel degelijk gesloten moet zijn, zoals dat hoort voor een “folded” dipool.


versie 01.02

Pagina 9 van 38


4) Materiaal/stuklijst Opmerking: Onderstaande stuklijst is voor een “heavy duty” CobWebb versie, met gebruik van kwalitatieve glasvezelbuizen van Spiderbeam (2 mm wanddikte). Het is mogelijk deze antenne veel goedkoper te maken, bvb indien vislijnen gebruikt worden, een lucht gewikkelde choke balun zonder ferrietkern, enz.. Ook kan de kost nog lager gehouden worden door materiaal te gebruiken dat voorhanden is. Zo kost een volledige nieuw doosje met bouten of rondellen aardig wat geld, maar vaak is er nog wat overschot voorhanden. Omschrijving

Aantal

Kruisconstructie CobWebb Glasvezel buis type Spiderbeam HD, lengte 1,15m, diameter 30mm, wanddikte 2mm, gewicht 400g Rubberen afdek kapje voor glasvezelbuis 30mm 35mm aluminium tube Spiderbeam HD Basisplaat in aluminium 250mm x 250mm x 5mm Voetplaat, binnendiameter 42mm

Kost EUR)

9

63 EUR

5 5 1 2 1

3 EUR 32,5 EUR 10 - 100 EUR 16 EUR

1

4 EUR

2

2 EUR

Junction box + dipool draad Junction box 15cmx8cmx5cm U-beugels (pijpklem) diameter 32-40mm voor montage junction box Luidsprekerdraad of twinlead

50 m

30 - 80 EUR

Balun Ferrietkern FT-240-61 RG142 SO239 inbouwconnector

1 50 cm 1

16 EUR 2,5 EUR 2,5 EUR

ong. 25 mix

20 EUR

Diverse Boutjes en moeren, allerlei

TOTAAL (≈) : 200-350 EUR


versie 01.02

Pagina 10 van 38


5) Bouw en afstemming Voor de constructie hebben we een buismateriaal nodig dat niet geleidend is. Dat kan bamboe of hout zijn, maar als we iets willen dat wat steviger is en bestand tegen weersinvloeden, komen we al snel op glasvezel uit (vele antennes maken gebruik van glasvezel om die reden, n.b.) Vislijnen of hengels uit glasvezel (eigenlijk composieten met glasvezel) zijn een goedkope oplossing voor de bouw van een antenne als de CobWebb: § Glasvezel is niet elektrisch geleidend. Let wel op dat je er geen koopt uit koolstof (carbon) § Glasvezel is sterk en buigzaam § Deze hengels zijn relatief goedkoop Als het wat steviger moet zijn, kan je ook meer professionele glasvezelbuizen kopen. Wij stellen in dit document een projectje voor met vislijnen, en eentje met glasvezelbuizen van “Spiderbeam” (een bedrijf dat beams maakt, en het materiaal ook los verkoopt)


versie 01.02

Pagina 11 van 38


5.1. Constructie van de structuur met vislijnen Voor de bouw van onze CobWebb hebben we de “First Fish 400” hengel gevonden bij Decathlon : http://nl.decathlon.be/first-fish-400-id_8204854.html#avantages Monteer deze op de basisplaat, zoals op de foto, met de beugels die daarvoor voorzien zijn.


versie 01.02

Pagina 12 van 38


Verschillende vislijnen (of vishengels) kunnen gebruikt worden (je vindt ze o.a. bij Decathlon). Zorg er wel voor dat je een model kiest waar zeker geen koolstof (carbon) in zit, vraag desnoods de technische fiche. Vislijnen zijn goedkoop, maar niet zo sterk. Je kan ze niet helemaal tot op het einde gebruiken, daar buigt ze helemaal door. Anderzijds, elke arm van het kruis (4 dus) dient slechts 2m lang te zijn, je kan dus het sterkste deel van de vislijn gebruiken. Vislijnen zijn zeker het goedkoopste materiaal (met voldoende stijfheid), het is mogelijk om daarmee de antenne te maken voor ongeveer 100 EUR. Als alternatief (dat niet veel meer zou kosten) zouden lichtgewicht glasvezel buizen van Spiderbeam kunnen gebruikt worden (35 mm buitendiameter, 1 mm wanddikte). Vislijnen zijn licht conisch, wat een praktisch probleem oplevert voor de montage op de basisplaat (gelijke verdeling van de druk). Een oplossing voor het conisch zijn van de vislijn, is wat ON3JG (Claude) heeft gemaakt (zie foto’s hieronder).


versie 01.02

Pagina 13 van 38



versie 01.02

Pagina 14 van 38


5.2. Constructie van de structuur met “HD” glasvezelbuizen van Spiderbeam Wanneer je een antenne plaatst hoop je dat ze vele jaren meegaat zonder dat je ze regelmatig moet herstellen. Immers, ze staat vaak op plaatsen die niet zo makkelijk toegankelijk zijn. Door de antenne robuuster te maken is de kans groot dat ze weer en wind beter doorstaat, en vele jaren dienst doet. Voor de “Heavy Duty” versie kozen we de “Heavy Duty” (HD) glasvezel buizen van Spiderbeam. Die hebben een dubbele wanddikte (2 mm) en wegen daardoor ook dubbel zoveel, 400 gr, per buis van 1,15 m. De kostprijs van 1 stuk is 7 EUR (eind 2014), je hebt er dus 9 nodig (8 voor het kruis, 1 voor de ophanging van de junction box).

De basisplaat kan om het gewicht te beperken best uit aluminium gemaakt worden. Wij kozen voor een afmeting van 25x25 mm. De dikte voor een stevige basisplaat in aluminium is best 5 of 6 mm. Vooraf dien je te rekenen en te tekenen, om zeker te zijn dat de basisplaat groot genoeg is om de buizen te plaatsen


versie 01.02

Pagina 15 van 38


Een voetplaat in gietzijzer (de flens die in het midden bovenaan en onderaan op de voetplaat wordt bevestigd) is vrij makkelijk in de betere ijzerwinkel te vinden. De kostprijs (bvb voor een met een buisdiameter van 42 mm) ligt ongeveer tussen de 4 en 8 EUR. Echter, deze voetplaat of flens is ook verkrijgbaar in aluminium, en weegt dan veel minder. Bvb, de gietijzeren voetplaat voor buisdiameter 42 mm weegt 680 gr (wat toch vrij veel is gezien er zo 2 bovenaan de mast zullen zitten), de aluminium voetplaat voor buisdiameter 42 mm weegt 290 gr (minder dan de helft). Die kost dan wel aanzienlijk meer en is wellicht wat moeilijker te vinden, maar het is misschien wel de moeite waard. Voorbeeld gietijzer


versie 01.02

Pagina 16 van 38


Voorbeeld aluminium

Het boren gebeurt best met een boorstandaard. Teken de plaats waar de gaten dienen te komen, zorg dat het kruis mooi haaks staat (teken diagonalen op de plaat, en zorg dat de gaten op die lijnen staan). Hieronder nog enkele foto’s van het verloop van de bouw :

Presentatie van de onderdelen


versie 01.02

Pagina 17 van 38


Daarna meten om de voetplaat mooi in het center te zetten. Merktekens zetten om de gaten te boren.

Daarna gaatjes boren : eerst met een boortje van 3 mm, en zo groter tot 8 mm (boutjes zijn 6 mm)… en dan vijzen.


versie 01.02

Pagina 18 van 38


Het eindresultaat

En zo ziet het er vanonder uit (dus ook met een voetplaat ook onderaan, waarin de topbuis geschoven wordt). De topbuis kan met dit specifiek type voetplaat – vanwege een vernauwing in de schacht – helaas niet dwars door de basisplaat)


versie 01.02

Pagina 19 van 38


Indien je een echt professionele basisplaat met oog voor detail wil ontwerpen (zoals bvb de basisplaat die gebruikt wordt bij de Hexbeam van MW0JZE of SP7IDX) en als je er ook wat extra centen voor over hebt, dan kan je deze ontwerpen met een computerprogramma, en ze laten maken op een professionele CNC machine. Na ons prototype gemaakt te hebben - wat overigens prima voldoet n.b. - hebben wij (om dit eens uit te proberen) een basisplaat ontworpen en besteld bij Schaefferag.de. Op hun website kan je software downloaden om een ontwerp te maken. De basisplaat, en gaten worden allemaal uitgezet met coördinaten en afmetingen, dit gaat verbazingwekkend snel, en geeft een zeer nauwkeurig resultaat (in theorie tot op een honderdste van een mm nauwkeurig). Je kiest ook de afwerking van het aluminium (ruw aluminium, geanodiseerd of powder-coated). Op de computer zag het ontwerp er zo uit (de randen op de hoeken zijn lichtjes afgerond), het uiteindelijke ontwerp is enkel beperkt door wat je fantasie en engineering skills toelaten :


versie 01.02

Pagina 20 van 38


5.3. Contactdoos (junction box) De contactdoos kunnen we bouwen met een plastic doosje, dat met een U-beugel of pijpklem aan de glasvezelbuis kan bevestigd worden. Het kastje dient o.a. om de aansluitpunten van de 5 dipolen (parallel) aan mekaar te knopen. Hieronder ziet u afbeeldingen van de bouw van de contactdoos (150x80x45 mm) :

Omdat een dipool symmetrisch is en onze coax voedingslijn asymmetrisch, hebben we ook een balun nodig, om mantelstromen te voorkomen. In de meeste CobWebb projecten die je vindt op het internet wordt een “choke” balun gebruikt door enkele wikkelingen coax in het doosje te stoppen (in het Engels noemen ze dit “Coiled-coax baluns”). Dat kan. Maar we menen dat een kleine choke balun met een ferrietkern (toroide) - in het Engels: “Wound-coax chokes” met een juiste “mix”, een efficiënter en betrouwbaarder resultaat zal geven. ON7FU (Hugo), specialist in het maken van Baluns vertelt : “Een opgerolde coax is elektrisch ook een common-mode choke stroombalun, maar die is een stuk smalbandiger dan een op ferriet gebaseerde balun. Workshop PRA : CobWebb antenne

versie 01.02

Pagina 21 van 38


Ook is een opgerolde coax zeer onderhevig aan nabijheidseffecten. De parasitaire capaciteit tussen de wikkelingen kun je stabiel houden door hem op een PVC buis te wikkelen, doch de bijkomende (variërende)capaciteit door nabijheid van metalen maakt het onvoorspelbaar op welke frequentie het common-mode choke maximum impedantie punt precies ligt. Dit is veel minder het geval bij een ferriet balun.” Welke mix moet gebruikt worden hangt onder andere af van de frequentie die zal gebruikt worden, en afhankelijk van het aantal wikkelingen zal een hogere of lagere “choke” impedantie bereikt worden. In het verleden werd 500-1000 Ω als choke impedantie als voldoende aanzien, maar vandaag wordt eerder 5000 Ω of meer aanbevolen. Aan de hand van tabellen en grafieken kan voor een bepaald type “mix” voor een gegeven frequentie de impedantie afgeleid worden (voor een aantal windingen)

Wij gebruikten in ons prototype een ferrietkern van het type FT240-61 : • FT staat voor “ferrite toroid”. • 240 staat voor de buitendiameter in inch, dus 2,4 inch of 6 cm buitendiameter. • 61 is het type mix van het ferrietmateriaal (ferriet is een materiaal op basis van ijzer en metaaloxyden), wat de permeabiliteit bepaalt, en de “choke” impedantie voor een gegeven frequentie. Voor de lage HF banden is een ander type “mix” aangewezen dan voor de hogere HF banden, je moet dus het type ferrietkern kiezen (o.a.) afhankelijk van de band waarvoor de balun gaat gebruikt worden. Workshop PRA : CobWebb antenne

versie 01.02

Pagina 22 van 38


We wikkelen de RG142 coaxkabel een 10-12 keer rond de ferrietkern. Er bestaan verschillende meningen of die wikkeling best “traditioneel parallel” gewikkeld wordt, dan wel via een split wikkeling (zie W8JI), maar wij kozen voor de split wikkeling (zie afbeelding).

Voor het uitmeten van een balun is gespecialiseerde apparatuur en kennis van zaken nodig…. Helaas zullen wij onze eigen balun niet uitgemeten hebben, maar wij menen wel dat een wound-coax ferriet choke sowieso beter zal werken dan enkele coax wikkelingen die in het doosje gepropt worden.


versie 01.02

Pagina 23 van 38


Als je het zelf maken van de balun wil vermijden is een andere mogelijkheid om een kwalitatieve 1:1 stroom balun te kopen, liefst eentje die aan de glasvezel buis kan bevestigd worden, en met antenne klemmen waarop de dipolen rechtstreeks kunnen op aangesloten worden. O.a. ON7FU maakt hoog kwalitatieve baluns (zie foto, de richtprijs voor zo’n hoog vermogen 1:1 stroombalun is ongeveer 90 EUR).


versie 01.02

Pagina 24 van 38


5.4. Folded dipolen Nu de constructie van zowel de structuur als de contactdoos klaar is, gaan we de folded dipolen plaatsen. Hiervoor kan luidsprekerdraad (Bvb 1,5 mm2) gebruikt worden. Knip de folded dipool elementen af op lengte maar een beetje langer dan de waarde die aangegeven wordt door de standaard formule. Het lijkt erop dat (behalve voor de langste dipool op 20 m) dat de dipolen een paar percent langer moeten zijn voor resonantie. Dit is waarschijnlijk door de additionele capacitantie die veroorzaakt wordt door de koppeling met de andere dipolen. Start met de langste dipool, die voor 20 m. Omdat we folded dipolen gebruiken hangt de lengte voor resonantie ook af van het gebruikte type draad van de folded dipool (bvb afstand tussen de 2 geleiders, diëlectricum). Voor luidsprekerdraad van 0,75mm kunnen de waardes uit “§ 6) Metingen” als richtwaarde gebruikt worden (wij menen dat wanneer twinlead gebruikt wordt (zie afbeelding rechts) dat de lengtes iets korter zullen zijn) : • • •

Start met de opgegeven lengte met een beetje extra lengte (bvb + 10 cm) Meet met een antenne analyzer waar de “dip” zit. Kort de dipool aan weerszijden in : als richtwaarde kan je om de dip per 10 kHz te verhogen de folded dipool 7 mm inkorten (dat is in totaal 7 mm, dus 3,5 mm links en 3,5 mm rechts).

Werk in volgorde nadien band per band af : 17, 15, 12 en 10 m. (de invloed van de dipolen voor de hogere banden is immers kleiner dan andersom)


versie 01.02

Pagina 25 van 38


6) Metingen 6.1 : CobWebb van ON3JG Deze metingen zijn uitgevoerd met een SWR meter in de shack, op de CobWebb antenne van ON3JG (Claude). SWR metingen : 20M => 14.250 1:8 14.300 1:4 14.350 1:7 17M =>18.080 1:8 18.120 1:4 18.165 1:6 15M => 21.320 2:0 21.400 1:1 21.450 1:3 12M =>24.900 1:1 24.945 1:4 24.990 1:7 10M =>28.380 1:9 28.430 1:2 28.500 1:9

Lengte draad : 2 x 5.24 meter

Tussenafstanden op buis 189.6 meter tussen 20 & 17M = 38 cm

2 x 4.13 meter

tussen 17 & 15M = 22 cm

2 x 3.51 meter

tussen 15 & 12M = 19 cm

2 x 3.00 meter

tussen 12 & 10M = 15,5 cm

2 x 2.65 meter

tussen 10M & center = 95,1 cm

6.2 : CobWebb van ON3BI Deze metingen zijn uitgevoerd met een RigExpert analyzer, aan de antenne van ON3BI (Bonny). Op de grafische schermpjes is de bruikbare bandbreedte (SWR < 1.5) goed te zien : de bruikbare bandbreedte lijkt in de praktijk groter dan de theoretisch verwachtte 100 KHz (eerder 200 KHz). Ook lijkt de antenne bruikbaar op 6 m, wellicht is de 17 m dipool een 1,5 golflengte dipool voor 6 m (zoals een 40 m dipool dat is voor 15 m)


versie 01.02

Pagina 26 van 38


SWR Bandbreedte grafiek voor 20 m



versie 01.02

Pagina 27 van 38





versie 01.02

Pagina 28 van 38





versie 01.02

Pagina 29 van 38


7) Eindverdict De CobWebb is vanwege haar beperkte omvang een zeer interessante multiband HF antenne, voor de radioamateur die weinig plaats heeft voor een grote HF antenne. Ze kan bovendien vrij eenvoudig zelf gemaakt worden aan een lage kost, wat de voldoening bij gebruik alleen maar vergroot. Ze heeft de voordelen van een horizontaal gepolariseerde antenne : • Rustige ontvangst, eigen aan horizontale polarisatie • Redelijke winst bij lage afstraling, ook over ‘slechte grond’ Ze is bovendien omnidirectioneel. Daardoor heeft ze helaas geen selectiviteit ten gunste van het te werken station, maar is ze wel goedkoper op te stellen dan een yagi (geen mast of rotor nodig). Bovendien hoor je 360° rondom wanneer je aan de VFO draait. In vergelijking met een gestrekte (monoband) dipool verliest de CobWebb wat aan winst (-2,5 dB is < half S-punt) en verliest ze wat aan efficiëntie, maar ze werkt dan wel over de volle 360° azimuth, waar de dipool vooral te gebruiken is in één te kiezen richting (nl. loodrecht op de dipool, bvb Oost-West)

Tabel : antennemodellering met 4NEC2, 20 m ‘dipool’ in verschillende versies, 10 m boven ‘poor ground’


versie 01.02

Pagina 30 van 38


8) Appendix A : Modellering van dipolen in verschillende configuraties 7.1.

gewone dipool, gestrekt 10 m boven ‘poor ground’

Kerncijfers : • Impedantie (reëel deel) : 72 Ω • Take-off angle : 30° • Gain : 6,71 dBi • Efficiency : 98,83% • Radiation efficiency : 66,78%


versie 01.02

Pagina 31 van 38


7.2.

folded dipool, gestrekt 10 m boven ‘poor ground’

Kerncijfers : • Impedantie (reëel deel) : 304 Ω • Take-off angle : 25° • Gain : 6,9 dBi • Efficiency : 99,36% • Radiation efficiency : 68,38%


versie 01.02

Pagina 32 van 38


7.3.

CobWebb met gewone (enkele draad) dipool (20 m)

Kerncijfers : • Impedantie (reëel deel) : 11,9 Ω • Take-off angle : 25° • Gain : 5,44 dBi • Efficiency : 92,08% • Radiation efficiency : 68,67%


versie 01.02

Pagina 33 van 38


7.4.

CobWebb met Folded dipool (20 m)

Kerncijfers : • Impedantie (reëel deel) : 49,7 Ω • Take-off angle : 25° • Gain : 4,3 dBi • Efficiency : 92,78% • Radiation efficiency : 52,3 %


versie 01.02

Pagina 34 van 38


9) Appendix B : iets over horizontaal gepolariseerde antennes (cfr. CobWebb) Hetgeen volgt zijn enkele quotes van G3TXQ (de ontwerper van de broadband Hexbeam) op een QRZ.com forum thread. We denken dat het interessant is om deze informatie hier toe te voegen, omdat het iets vertelt waarom een goed geplaatste horizontaal gepolariseerde antenne (zoals de CobWebb antenne) potentieel beter kan werken dan een verticale ¼ golf antenne. Uiteraard zijn er vele parameters die een rol spelen, maar de argumentatie is toch interessant om te lezen.


versie 01.02

Pagina 35 van 38



versie 01.02

Pagina 36 van 38


10) Appendix C : Bronnen: 1)

ARRL Antenna Book (22nd edition)

2)

http://www.g3tpw.co.uk

3)

http://www.karinya.net/g3txq/cobweb/

4)

http://www.qsl.net/ta1dx/amator/practical_dipole_antenna.htm

5)

http://www.comportco.com/~w5alt/antennas/index.php?pg=2

6)

http://hades.mech.northwestern.edu/index.php/Resistors_(Ω's_Law),_Capaci tors,_and_Inductors

7)

http://test.g0mtd.co.uk/CB1.pdf

8)

http://mw0mxt.co.uk/lars/archive/cobweb.pdf

9)

ON3JG (Claude), ON3BI (Bonny)

10) ON7FU, Hugo 11) QRZ.com forum thread G3TXQ : http://forums.qrz.com/archive/index.php/t270394.html 12) 4NEC2 modelleringsprogramma van Arie Voors


versie 01.02

Pagina 37 van 38


11) Appendix D : Technische tekening Deze tekening is louter ter illustratie. Deze tekening komt van internet, en in dit document opgenomen om een ruw idee te geven van de structuur en de afmetingen. Wij menen dat de afmetingen van de dipolen die ON3JG gedocumenteerd heeft (zie boven) betrouwbaarder zijn (indien luidsprekerdraad gebruikt wordt).


versie 01.02

Pagina 38 van 38


CobWebb antenne (G3TPW)

Recommend Documents