Uitleg Antennes

[Communicator]

De lengte van de antenne moet in overeenstemming zijn met de golflengte waarop de zender uitzendt.

Hoe langer de golflengte hoe langer ook de antenne moet zijn.

Hoe korter de golflengte, hoe korter ook de antenne moet zijn.

 

Het is FOUT te denken dat een langere antenne steeds een beter resultaat geeft.

Bij ontwerp van een antenne zal men hiermee rekening moeten houden en de nodige berekeningen moeten doen (zendfrequentie omrekenen naar golflengte en lengte van de antenne hieruit afleiden).

golflengte (in meter) = 300.000 : zendfrequentie (in KiloHerz)

Voorbeeld 1: zendfrequentie = 3,5 Mhz (= 3.500 Khz) geeft als golflengte: 300.000 : 3.500 = 85 m

Voorbeeld 2: zendfrequentie = 144 Mhz (= 144.000 Khz) geeft als golflengte: 300.000 : 144.000 = 2 m

Verder is ook de plaats waar de voedingslijn op de antenne wordt aangesloten van belang.

Aan een uiteinde... juist in het midden... of op 1/4 van een uiteinde... enz (een en ander afhankelijk van het type antenne dat men bouwt).

Wanneer de antenne de juiste lengte heeft en het aankoppelingspunt van de voedingslijn op de juiste plaats zit, zal AL de door de zender opgewekte zend-energie door de antenne worden uitgestraald.

Wanneer de antenne echter niet op juiste lengte is (te kort of te lang) of het aanknooppunt van de voedingslijn op een verkeerde plaats zit, krijgen we te doen met veel SWR in dat geval geraakt slechts een gedeelte van de zend-energie tot in de antenne... er treden dan staande golven op in de voedingskabel... de antenne krijgt dan slechts een klein deel van het door de zender opgewekte zend-vermogen om uit te stralen... de eindlampen (transistoren) van de zender worden dan zwaar belast.

 

SWR

Om staande golven te kunnen opsporen wordt een SWR-meetbrug (2 meetinstrumentjes) in de voedingslijn tussen zender en antenne geplaatst.

 

Goed afgestemde antenne ZONDER SWR:

 

Slecht afgestemde antenne met VEEL SWR

 

Telkens de zend/seinsleutel ingedrukt wordt, loopt er zend-energie via de voedingslijn naar de antenne.

Op het linkse instrument zien we de zender 100% zend-energie aan de voedingslijn afgeven (volle uitslag naar rechts).

Het rechtse instrument (dat de SWR meet) slaat echter uit tot in het rode gedeelte... er zijn dus veel staande golven in de voedingslijn.

Slechts een klein gedeelte van de door de zender opgewekte zend-energie geraakt tot in de antenne. De antenne straalt veel minder uit dan in het eerste geval.

De door de zender opgewekte energie gaat voor een groot deel verloren (door de staande golven in de voedingslijn omgezet in warmte).

[Communicator]

Vanaf wat langere golflengtes is het niet mogelijk de antenne met STAVEN uit te voeren (te lang.. ze zouden doorplooien).... men zal dan overgaan tot het ophangen van een DRAADantenne. Voorbeeld: 14 Mhz (is nog korte golf gebied) golflengte = 300.000 : 14.000 = 21,4 meter ... de dipool wordt dan 10,7 meter lang !

 

Dipool draadantenne

 

Bij de DRAADantennes wordt de dipool heel veel gebruikt gezien haar efficiëntie en eenvoud van opbouw.

Hierboven zien we een voorbeeld van een dipoolantenne. Ze is in totaal een halve golflengte lang. De dipool wordt gevormd door twee draden van elk een vierde golflengte (in't midden van elkaar gescheiden). De afvoerleiding (naar de ontvanger) zit precies in het midden en is hier uitgevoerd met LINT-kabel. Lintkabel heeft echter wel nadelen (verliezen en invloed door zaken waarlangs de lijn passeert zoals muren, ramen, enz)... er mogen geen korte bochten mee gelegd worden.... en de lintkabel moet met speciale klemmen op een zekere afstand van de muren gehouden worden.... daarom wordt heden ten dage bijna nog uitsluitend COAX-kabel gebruikt... zie hieronder:

 

Dipool draadantenne

 

De opbouw van de dipool is identiek aan de vorige... maar de verbinding met de zender (of ontvanger) wordt nu met een coax-kabel gerealiseerd.

Coax kent minder verliezen dan lintkabel, kan in korte bochten gelegd worden... en wordt niet beïnvloed door dingen waarlangs de kabel passeert.

Als men de antenne (coax incl) in 't midden bekijkt is ze niet meer volledig symetrisch. Aan de linkse halve dipool zit de binnengeleider van de coax vast, en aan de rechtse halve dipool zit de afschermmantel (buitenmantel) van de coax vast. Bij gebruik van coax kan men zeggen dat de antenne in een "Unbalanced" toestand is.

Alhoewel de dipool op die manier zonder enig probleem goed functioneert kan ze nog geoptimaliseerd worden door het plaatsen van een BALUN-trafo... zie hieronder:

 

 

De voedingskabel wordt dan via een BALUN-trafo op de antenne aangesloten. De BALUN zorgt voor de overgang van de onsymetrische coax (Unbalanced) naar de symetrische (Balanced) antenne en aanpassing van de impedantie.

 

Impedantie: Zowel de antenne als de voedingslijn heeft een zekere impedantie (wisselstroomweerstand), afhankelijk van de opbouw en de gebruikte isolatiematerialen van antenne en voedingslijn. Een BALUN-trafo past niet enkel Balanced aan op Unbalanced, maar kan tezelfdertijd voor overgang van de ene naar de andere impedantie zorgen.

Impedantie is een wat complexe materie waarop we hier niet verder in gaan !

Men vindt lintkabels met impedanties van bvb 240 tot 300 Ohm en coaxkabels met impedanties van 50 to 75 Ohm.

 

Wanneer we met wat kortere golven te doen krijgen (bvb radio FM... of TV) zal ook de dipool korter worden en kan ze zelfdragend in metalen staafjes uitgevoerd worden ipv met lange opgehangen draden. (vb: VHF 97 Mhz - FMradio.... geeft als golflengte 3 m... de ganse dipool zal dan slechts 1,5 m lang zijn en kan zelfdragend gebouwd worden).

 

---

KUNSTGREPEN om met één antenne op meerdere golfbereiken te kunnen werken:

Stel... je bent radioamateur en je wil uitzendingen doen (en ontvangen) in HF op de 80, 40, 20, 15 en 10-meterband.

Dit is een zeer frequent voorkomend geval ! Je hebt dan 5 horizontale dipoolantennes nodig:

één van 40 meter, één van 20 meter, één van 10 meter, één van 7,5 meter en één van 5 meter

Je kan deze 5 antennes combineren tot één enkele antenne en slechts met één coax-kabel verbinden met je zender (of ontvanger):

 

[Communicator]

Niet alle frequenties zijn vrij toegankelijk... op een gewoon radiotoestel tref je daarom uitsluitende de voor het publiek vrij toegankelijke gedeeltes van frequentiebanden.

 

Propagatie en MUF:

"Propagatie" en "MUF" zijn van groot belang voor het bepalen van de frequentie waarop dient uitgezonden te worden.

Het is een complexe materie... afhankelijk van de 11-jarige zonnevlekkencyclus en velerlei andere factoren.

 

Propagatie:

Een radiogolf plaatst zich min of meer rechtlijnig voort vanaf de zendantenne met een snelheid van 300.000 Km per seconde.

Op zijn weg van zendantenne naar ontvangstantenne ondergaat het signaal diverse invloeden. Deze invloeden en de gevolgen ervan op het radiosignaal noemen we propagatie.

Elektromagnetische golven zijn er met sterk verschillende frequentie, van enkele Hz tot duizenden GigaHerz (zie hierboven). De propagatie-invloeden zijn verschillend naargelang de frequentie ! (zie verder).

 

Verzwakking:

De sterkte van het signaal neemt af naarmate de afstand van de zendantenne groter wordt.

Bij verdubbeling van de afstand neemt de energie van het signaal af met een factor 4... dit is een vast gegeven.

 

Absorptie:

Buiten de verzwakking (zie hierboven) ondergaat het radiosignaal ook nog absorptie door botsing met de in de atmosfeer aanwezige elektronen, ionen en atomen... de grondgolf wordt bovendien door het aardoppervlak geabsorbeerd.

 

Afbuiging:

De elektromagnetische radiogolven worden beïnvloed door magnetische en elektrische velden.

Een erg belangrijke invloed is het aard-magnetisch veld dat een zware invloed heeft op de oppervlakte-golf (zie verder)

 

Reflectie:

Zoals licht door een spiegel weerkaatst (of afgebogen) wordt, zo worden ook radiogolven weerkaatst (of afgebogen) door diverse objecten.

De belangrijkste reflector voor radiogolven is de ionosfeer

De ionosfeer reflecteert een belangrijk deel van het radiofrequentie-spectrum, n.l. het KORTE GOLF gebied (3 - 30 MHz). Op deze frequenties kunnen dank zij die reflectie afstanden rond de ganse wereld gerealiseerd worden !

Bij reflectie op voorwerpen moeten de afmetingen ervan gelijk zijn aan, of groter dan de golflengte van het zendsignaal.

Bij reflectie in de ionosfeer moet de dichtheid van de geïoniseerde lagen groot genoeg zijn om een bepaalde frequentie nog te reflecteren; mede daardoor worden golflengtes van frequenties boven de 30 MHz niet of nauwelijks gereflecteerd.

Voor de verschillende frequentiebanden verschillen ook de (hierboven besproken) invloeden op de propagatie.

 

Lage frequentie's (grote golflengtes) worden het meest beïnvloed door grote objecten, door aard-magnetisch veld, en absorptie in atmosfeer (op radiogebied treffen we hier de lange- en middengolf).

De energie in de golf wordt tijdens haar voortplaatsing geleidelijk geabsorbeerd door de aarde. Ook de geleidbaarheid van de aarde heeft invloed op de reikwijdte; over zee gaat het daarom verder dan over land.

 

Frequenties tussen 1 en 30 MHz (daarin ook het korte golfbereik) ondervinden de meeste invloed van de ionosfeer (reflectie).

Frequentie's hoger dan 30 MHz worden niet gereflecteerd door de ionosfeer

 

Hogere frequentie's, boven de 30 MHz, (radio FM, TV-banden, allerlei andere zend-diensten) worden beïnvloed door natuurverschijnselen zoals hoge druk gebied, temperatuursinversie, reflecties door huizen en gebouwen. Frequenties boven de 5 GHz worden bovendien beïnvloed door wolken en regenbuien.

 

Het wordt duidelijk dat ingevolge al deze propagatie-invloeden (verzwakking, absorptie, afbuiging) enkel de frequentie's tussen 1 en 30 MHz in aanmerking komen om via reflectie in de ionosfeer VERRE afstanden te kunnen overbruggen (zonder van satellieten te moeten gebruik maken).

 

De radiogolven verliezen tijdens hun voortplaatsing in de atmosfeer, aan de grond, vooral energie door verzwakking en door absorptie door het aardoppervlak. De reikwijdte is afhankelijk van zendfrequentie en zendvermogen maar wordt aan het aardoppervlak steeds sterk beperkt

 

 

Op VHF (boven de 30 MHz) is de reikwijdte aan het aardoppervlak beperkt tot de optische horizon want op deze frequentie's heeft het aard-magnetisch veld veel minder invloed waardoor de golven niet met de ronding van de aarde worden afgebogen.... en achter de horizon in de ruimte verdwijnen.

 

We zien dus dat we in 't algemeen door afbuiging, absorptie en verzwakking in reikwijdte beperkt zijn in de atmosfeer aan het aardoppervlak (vooral voor lange-, midden- en korte golf).... maar dat radiogolven met frequenties boven de 30 MHz achter de horizon in de ruimte verdwijnen en veel minder last hebben van die afbuiging en absorptie.

 

Een interessant frequentiegebied is dat tussen 1 en 30 MHz.

Aan het aardoppervlak in de atmosfeer ondergaan ook deze golflengtes verzwakking en absorptie maar achter de horizon dringen ze in de ruimte door, echter met die beperking, dat ze door diverse geïoniseerde lagen (ionosfeer) kunnen worden gereflecteerd.

Van dit fenomeen gaan we handig gebruik maken om (zoals men een steen over het water laat ketsen) de golven tussen aardoppervlak en ionosfeer te laten over en weer ketsen (zie hieronder).

Op de plaatsen waar de door de ionosfeer teruggekaatste golf terug op aarde komt is ze goed te ontvangen (zie rode gebieden hieronder)

 

 

Dank zij reflectie in de ionosfeer, hebben we nu ontvangst tot ver voorbij de horizon... afhankelijk van frequentie en graad van ionisatie geraakt men soms tot de andere kant van de aarde.

Hoe verder van de zender verwijderd... hoe zwakker uiteraard ook hier het signaal.!

 

Er zijn echter ook grote "dode zones" waarin de zender dan NIET te ontvangen is (zie zwarte gebieden hieronder)

 

 

Door een andere kortegolf frequentie te kiezen (die daardoor een andere reflectiehoek ondergaat in de ionosfeer en op het aardoppervlak), komt men met de golven op andere plaatsen terecht en is dáár ontvangst mogelijk (zie rode gebieden hieronder).

 

 

Door het kiezen van een zendfrequentie bepaalt men hoe groot de sprongen zijn en dus ook, WAAR men wil gehoord worden (maar invloed van complexe 11-jarige zonnevlekkencyclus -> MUF).

Ook de dode zones verschuiven hierbij.

Het is dus mogelijk om door een andere zend-frequentie te kiezen op een andere plaats op de wereld gehoord te worden.

Door een andere zendfrequentie in te stellen verandert de weerkaatsingshoek op de ionosfeer (zie MUF wat verder).

Het is dus NIET door het zendvermogen te verhogen dat men verder ontvangen wordt... maar wel door een andere frequentie te kiezen.

Dit alles echter uitsluitend op de kortegolfbanden tussen 1 en 30 MHz.

[Communicator]

Bron van dit alles: http://users.telenet.be/evbbmb/bezigheden%20opgedeeld/Radioamateurisme.htm

 

duidelijker zal je het nergens vinden!

[Communicator]

@OBL-Rien

Eerlijkheidshalve moet ik zeggen dat ik enkel datgene heb gepost waarvan ik denk dat het relevant is om enige basiskennis omtrent zendtechnieken te vergroten. wat een veel gevraagd onderwerp is.

 

Wat jij vraagt weet ik zelf niets van. Mocht jij deze kennis bezitten of weten te vinden, dan zou het een welkome aanvulling zijn op deze thread!

 

 

TC

[DutchSurvival101]

wouw.. ik kijk hierna en liep meteen naar de keuken voor een paracetamol???

[peter2010]

Applause heren...goed bezig hier...

[wiskers]

Kudooos top post mannen!

 

Sent from my GT-I9300 using Tapatalk

[Iamlordx]

Goed gedaan! Nu ga ik t zelf eens oefenen, want dit klinkt als interessante muziek in mijn oren.

 

Weet iemand toevallig hoeveel de reflectie hoek verschuift per Hz?

 

Ik wil me namelijk hierin verdiepen

[Kans]

Goed gedaan! Nu ga ik t zelf eens oefenen, want dit klinkt als interessante muziek in mijn oren.

 

Weet iemand toevallig hoeveel de reflectie hoek verschuift per Hz?

 

Ik wil me namelijk hierin verdiepen

 

Leuk !

 

Hieronder de beginselen, ik vond de theorie en formules erachter om aan te kunnen rekenen veel te abstract, ben blij dat ik merendeel verdrongen heb...

Eea is in een model met mooie overgangen nog enigsinds te doen in praktijk is het experimenteel soms makkelijk, theoretisch ken ik maar weinig mensen die er iets mee kunnen en waar ik normaal mee kan praten...

 

De aarde is omgeven door een aantal lagen waarvan de vrije elektronendichtheid veel hoger is dan van de rest van de gassen welke zich om de aarde bevinden. De vrije elektronen geven deze lagen speciale eigenschappen. Opgemerkt dient te worden dat hier geen sprake is van lagen met scherpe overgangen. De ionisatie van een bepaalde laag neemt met de hoogte geleidelijke toe en weer af.

 

Men onderscheidt:

D-laag hoogte: 50-95km (overdag)

E-laag (Kennely-Heavyside Layer) hoogte: 100-150km

F1-laag (Appleton Layer) hoogte: 150-300km (overdag)

F2-laag hoogte: 300-500km (overdag). F-laag hoogte: 200km (gedurende de nacht)

 

De eigenschappen van deze lagen (geleiding, dielectrische constante, fase snelheid) zijn sterk afhankelijk van: de betreffende laag, de frequentie, het tijdstip van de dag, aardmagnetisch veld en de zonneactiviteit. Het generatieproces van vrije elektronen wordt immers gevoed door de zon. Voor alle sterk geïoniseerde gassen geldt dat voor lage frequenties de geleiding hoog is (met een inductief effect), terwijl voor toenemende frequentie de geleiding afneemt en het gas zich gaat gedragen als een min of meer (slecht) diëlectricum met een sterk frequentie-afhankelijke diëlectrische constante (welke kleiner dan epsilon-nul is!). Een opsomming van de lagen:

 

D-laag: ionisatiegraad is laag, hoge recombinatie (relatief hoge gasdruk). Voor zeer lage frequenties (in orde van 100 kHz) is de D laag dun ten opzichte van de golflengte en de geleiding redelijk. De D laag werkt dan als een slechte reflector voor radiogolven, vooral tijdens verhoogde zonnevlek activiteit. De golven propageren tussen de aarde en de D laag door middel van reflectie (net als in een golfpijp). Dit is een van de redenen dat men op zeer lage frequenties (10 - 200 kHz), grote afstanden kan overbruggen (hogere mode golfpijp propagatie).

 

Bij toenemende frequentie tot rond de 2 MHz, neemt de geleiding af (dus ook de echte reflectie) en dringen de golven dieper in de laag en worden sterk geabsorbeerd (dus geen reflectie meer, maar de golven komen ook niet of nauwelijks door de laag heen). Deze laag is hoofdverantwoordelijk voor de "lowest Usable Frequency" (LUF). Voor hogere frequenties neemt de geleiding verder af en dringen de golven er volledig doorheen. Door de relatief hoge dichtheid van de nog aanwezige gassen, recombineren de negatieve elektronen met de positieve ionen. Deze geïoniseerde laag verdwijnt dan ook snel na zonsondergang. Dit is de reden dat gedurende de nacht op de MG band (500-1600kHz) wel verre stations te horen zijn.

 

In geval van intensere straling van de zon, neemt de ionisatiegraad toe. De geleiding neemt dan toe wat leidt tot hinderlijke adsorptie op hogere frequenties. Samengevat kan gesteld worden dat voor HF communicatie in het 2..10 MHz gebied de D-laag voor extra verliezen in de verbinding zorgt.

 

E-laag: Ionisatiegraad is hoger, wat geringere recombinatie dan de D-laag. Gedrag voor HF is overwegend verliesgevend capacitief met een relatieve dielectrische constante van minder dan 1 (dus fasesnelheid > c0). Reflectie (in de praktijk deflectie) kan optreden tot ongeveer 5-10 MHz. Zie ook F-lagen. De Ionisatiegraad neemt gedurende de nacht sterk af (daarmee ook zijn effectieve werking en adsorptie voor hogere frequenties).

 

F-lagen:, lage gasdichtheid (geringe recombinatie), hoge ionisatiegraad, aantal vrije elektronen per m3 vele malen groter dan in de D-laag. Gedurende de nacht gaat de F1- en F2-laag over in de F-laag

 

In deze lagen is voor frequenties in het HF gebied de relatieve diëlectrische constante kleiner dan 1 (dus fasesnelheid is groter dan c0, en brekingsindex van kleiner dan 1) en de verliezen zijn gering. Ten gevolge van deze afnemende brekingsindex als functie van de hoogte, worden golven teruggebogen naar de aarde. Als nu de opstralingshoek maar niet te groot is, is de afbuiging richting aarde voldoende om de golf ook daadwerkelijk weer naar de aarde te doen terugkeren. In zo'n geval spreekt men van ionosferische propagatie. In veel gevallen kunnen golven welke nagenoeg recht omhoog gaan nog terugkeren naar de aarde (wordt gebruikt in "Near Vertical Incidence Skywave" (NVIS) communicatie).

 

Bij nog verdere verhoging van de frequentie is de diëlectrische constante van de geioniseerde lagen niet meer klein genoeg om de golven voldoende af te laten buigen opdat zij de aarde weer kunnen bereiken. Zelfs niet als de opstralingshoek 0 graden is. De maximale frequentie waarbij nog "reflectie" optreedt, is sterk afhankelijk van het aantal zonnevlekken en het jaargetijde en kan oplopen tot boven 40 MHz. Gedurende de nacht halveert de frequentie (grofweg) waarbij via de F-laag nog praktische propagatie mogelijk is.

 

Een radiogolf (op bijvoorbeeld 20 MHz) uitgestraald met een elevatie van 10 graden, bereikt de hoogst gelegen laag (F2 op een hoogte rond 400-600km) op een afstand van ongeveer 2000 km van de zender. Na "reflectie" komt deze 2000km verderop weer op aarde. Anders gezegd: de maximale afstand welke in een hop overbrugd kan worden, bedraagt rond de 4000 km (dit is de maximale "Single Hop" afstand). Door herhaalde reflectie op het aardoppervlak (of de zee) kunnen grotere afstanden overbrugd worden (boven 8000 km, "Multi Hop" propagatie genoemd). Op een afstand van 2000 km is de zender nagenoeg niet te ontvangen (de golven gaan over de RX antenne heen). Het gebied waar geen ontvangst mogelijk is, wordt de "Skip distance", "skip zone", "blind zone" of "dead zone" genoemd.

 

Sporadische E-laag: Deze laag ontstaat onder invloed van verhoogde zonneactiviteit (Gevolg: sterkere ioniserende straling). De natuurkundige principes rond het ontstaan van deze laag zijn niet precies bekend. Hij is af ten toe aanwezig en bezit een hoge ionisatiegraad. Hij is in staat om golven tot in het verre VHF gebied naar de aarde terug te buigen.

 

Ionosferische propagatie is er een van tegenstrijdigheden. Enerzijds wilt u de frequentie zo hoog mogelijk kiezen om minder last te hebben van de absorptie van de D- (E-) laag. Anderzijds kan de frequentie niet te hoog zijn omdat anders de brekingsindex van de F lagen te dicht bij 1 ligt en de golven niet meer naar de aarde teruggebogen worden, of voorbij uw tegenstation op aarde terecht komen. Onthoudt u dat communicatie in het HF gebied (3-30 MHz) over grote afstanden plaats vindt door ionosferische reflectie, maar dat in werkelijkheid sprake is van breking in een (geïoniseerd) medium met afnemende brekingsindex als functie van de hoogte. Een begrip als "Afbuiging" of "Deflection" is meer op zijn plaats.

[Gast Peerke]

@Kans: ben je een zendamateur ?

[Kans]

Ik vind van wel.....

 

(Laat een copy paste van internet text, zoals mijn stukje niet te veel indruk maken....)

 

k a n s

 

@Kans: ben je een zendamateur ?