Antenneanalyse: WAAR is deze antenne resonant (grafiekjes)?!

[PA3HHO]

Ik heb een H-dipool gemaakt (voedingspunt in het midden van het liggende streepje van de H) en de metingen in de praktijk stemmen helaas niet overeen met wat ik gehoopt (MMANA berekend) had. Met mijn RigExpert AA-54 heb ik wat metingen verricht. De SWR is het minst interessant (laatste grafief), dat krijg ik wel aangepast (impedantie omhoog door hoofdstraler langer te maken en "zijsprieten" korter, impedantie omlaag vice versa), maar het is me op dit moment niet helemaal duidelijk op welke frequentie (of frequenties?!) deze antenne resonant is.

Voor dat ik verder ga (langer/korter maken) zal ik dat eerst uit moeten pluizen. Ik meen nl. twee resonantiepunten te zien, dat had ik niet verwacht. Ik vermoed/verwacht dat eentje ontstaat door beïnvloeding. Ik meen resonantie (Rx = 0) te zien op TWEE frequenties; rond 12.8 MHz (impedantie daar <20 Ohm) en rond 14.5 (impedantie >100 Ohm).

Ik begrijp nog steeds niet zo goed waarom ik twee resonantie punten vindt, volgens MMANA had de impedantie voor 14.2 MHz iets onder de 50 Ohm moeten liggen. Op basis van welk resonantiepunt moet ik nu verder gaan?

Kan iemand er iets zinnigs over zeggen?

Het is wel een leuke compacte antenne (20m) dus als het een beetje lukt zal ik de details zeker publiceren ter leering ende vermaeck. Alvast bedankt!

[Theo]

Ik zie niet zo één twee, dat de resonantie frequentie op twee plekken zit.
Wel dat het geheel zich vreemd gedraagt, je ziet heel mooi, dat het een "beperkte" antenne is.


Theo

[fred101]

De resonantie is daar waar de fase door de 0 graden lijn gaat ( er van uitgaand dat je calibratie klopt, port extenties evt goed staan ect) en daar is Jx ook nul. ( eigenlijk niet Rx, dat is de benaming voor een onbekende R) Je hebt R de reele weerstand en Jx, het imaginaire of reactieve deel. Dat bestaat uit een negatief ( capacitieve) of positieve ( zelfinductie) reactantie. Rx en Jx samen vormen Z, de impedantie.

Waar de inductieve en capacitieve reactantie elkaar opheffen hou je de reele weerstand over.
Bij een goede resonantie is de fase ook nul ( een fase resonantie en imaginaire resonantie)
Een verlies in de afzonderlijke componenten bij een verkeerder wortel L/C verhouding kan zorgen dat de fase en imaginaire resonantie niet gelijk vallen. Je eerste resonantie is geen echte resonantie, dat lijkt eerder een transmielijn transformator. De fase springt niet van + 180 naar -180 en de Jx reageert ook nauwelijks. Lijkt eerder een calibratie/meetfout.
De tweede is een parallel resonantie.

Maar ik zie in je eerste grafiek dat je Rp en Xp gebruikt, waarom ? Bij Z gebruik je de serie componenten.

Normaal meet je voor resonantie de Return loss en de fase. Wil je de impedantie weten dan kun je natuurlijk ook |Z|, en Z = (R + jX) gebruiken. Maar je kan ipv rectangulair ook polair werken. ( |Z| , fasehoek)
http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads ... tennas.pdf. Plaatjes van antenne metingen.

Een antenne kan veel meer resonanties hebben en een resonantie wil niet zeggen dat hij 50 ohm is. Dat kan ook 2 of 1000 ohm zijn. Je hebt serie resonantie ( lage impedantie) en parallel resonantie ( hoge impedantie )

[PA3HHO]

Ik zie niet zo één twee, dat de resonantie frequentie op twee plekken zit

Dat is volgens mij vrij duidelijk te zien maar ik ben nog niet zo heel erg bekend met deze materie, vandaar de vraag. In het tweede grafiekje (series mode) op de plekken waar X = 0 en in het fasegrafiekje waar fase = 0. Dat de impedantie op die plekken niet klopt, is even niet van belang, dat kan ik vrij gemakkelijk verhelpen, laat impedantie (laatste grafiekje) maar even buiten beschouwing. Het vreemde is dat er op twee plekken resonantie lijkt te zijn volgens mij.

Wel dat het geheel zich vreemd gedraagt

Kun je aub uitleggen wat er "vreemd" is?

je ziet heel mooi, dat het een "beperkte" antenne is.

Waar zie je dat dan aan c.q. wat is de beperking die je ziet?

M.b.t. "beperkt", als je een open dipool voor 20m een "beperkte antenne" vindt, dan heb je een punt natuurlijk. Niet iedereen kan nu eenmaal een 3-(of meer)elements full-size yagi voor 20m rondzwiepen. Deze antenne komt dicht in de buurt van een open dipool voor 20m, ik denk dat menig zendamateur daar al best tevreden mee zou zijn, ik in ieder geval wel. Voordeel van deze antenne is dat ik 'm op 10m AGL kan ronddraaien en het verschil tussen de voor/achterkant en zijkanten ong. 10 dB is. Dat voordeel heb ik niet wanneer ik een inverted V draadje span (dat ik overigens niet kwijt kan hier). 2 x 5m gestrekt kan ik niet boven mijn eigen terrein ronddraaien en dat heb ik voor mijzelf als absolute eis gesteld (buren zijn overigens heel welwillend, maar ik wil het zelf gewoon niet).

De "hoofdstraler" is nu 2 x 2.5m (25mm buis, dat moet ooit nog 2 x 3m worden), aan beide uiteindes zitten nu zijsprieten van 2,3m (tapered: 50cm 10mm buis, 90cm 8mm buis, 90cm 6mm buis); totale lengte dus 4.6m (moet 3.6m worden). De 2 x 5m lengte die je normaal voor een open dipool zou gebruiken zit ook wel in deze antenne, alleen niet gestrekt. Antenne is in ieder geval niet verkort door spoelen oid.

Bijkomend voordeel van deze constructie is dat de impedantie zonder speciale aanpassing mooi op 50 Ohm te krijgen is (ipv 75 - 80 Ohm) en ook prima te tunen tunen; als impedantie lager dan 50 Ohm is moet er wat meer "middenstraler" bij en wat minder "zijspriet" en vice versa. In MMANA gedraagt deze antenne zich qua prestaties en stralingspatroon vrijwel gelijk aan een full-size open dipool (-0.3 dBd, verwaardeloosbaar).

Ik was verbaast over de twee resonantiefrequenties (en vroeg me af of dat ook wel écht zo was). Ik heb inmiddels ook al gezien dat de stand (NZ of OW) beide resonantieplekken verschuift, er is dus ook al sprake van beïnvloeding door de constructie die eronder zit (aluminium rotorstandaard, aluminium rand van dakkapel ong. 1,5m eronder?!). Ik denk dat de 3-el 6m yagi die er 60cm boven zit de boosdoener is. De boom van die antenne is ong. 1.4m en de director en reflector zitten galvanisch verbonden met de boom (ong. 2 x 1.5m). Die ga ik er morgen eens uithalen, eens kijken hoe het er dan uitziet. Wordt vervolgd...

[PA3HHO]

De resonantie is daar waar de fase door de 0 graden lijn gaat (er van uitgaand dat je calibratie klopt, port extenties evt goed staan ect) en daar is Jx ook nul.

Dat dacht ik ook. Dat is in tweede en derde grafiekje op twee frequenties (dezelfde!) het geval.

Je hebt R de reele weerstand en Jx, het imaginaire of reactieve deel. Dat bestaat uit een negatief (capacitieve) of positieve ( zelfinductie) reactantie. Rx en Jx samen vormen Z, de impedantie.

Zover ben ik inmiddels wel (maar niet veel verder HI). Het tweede grafiekje (series mode) toon R, X en Z. Daar zie je ook dat op de punten waar X = 0, de R gelijk is aan Z en dat klopt ook; de impedantie is immers samengesteld uit imaginaire deel (op die punten dus 0) en het reële deel dus zal daar waar Jx = 0 de impedantie gelijk zijn aan Rx.

Bij een goede resonantie is de fase ook nul ( een fase resonantie en imaginaire resonantie)

Ook dat is te zien in het derde grafiekje. Echter mis ik (eerder door Egbert uitgegeld) 2 x een scherpe faseomkering. Vandaar ook mijn twijfel over die lage (12.8 MHz geloof ik) resonantie. Jij bevestigt dat volgens mij ook (uitleg kan ik niet helemaal volgen, maar je twijfelt over resonantie op de laagste frequentie).

Je eerste resonantie is geen echte resonantie, dat lijkt eerder een transmielijn transformator. De fase springt niet van + 180 naar -180 en de Jx reageert ook nauwelijks

OK, ik zie wat je bedoelt (2e grafiek), op 14.5 MHz zie je de Jx inderdaad scherp duiken, door 0 heen gaan en daarna weer opklauteren. Op 12.8 MHz zie je dat niet, daar stijgt de Jx langzaam door het nulpunt heen maar er gebeurt verder weinig.

Lijkt eerder een calibratie/meetfout.

Hmmm... is dat iets wat ik meneer RigExpert eens moet vertellen of is het verklaarbaar vanuit "externe factoren" (kabellengte, beïnvloeding van buiten af etc.)?

De tweede is een parallel resonantie.

Hoe zie je dat? Is dat OK? Impedantie is dan toch juist hoog? Da's geen goed nieuws geloof ik. Toch een flutantenne HI? (misschien is dit wat Theo ook bedoelde?).

Maar ik zie in je eerste grafiek dat je Rp en Xp gebruikt, waarom ? Bij Z gebruik je de serie componenten.

Dat grafiekje kan ik gewoon maken na een meting. Ik snap dat zelf ook nog niet helemaal; je kunt toch niet zelf zomaar kiezen of reële en imaginaire deel parallel of in serie staan? Ik begrijp niet zo goed waarom ik dan in de AntScope software altijd beide grafiekjes kan maken. Of moet je zelf, met verstand van zake, het juiste grafiekje bij een bepaalde situatie kiezen?

Normaal meet je voor resonantie de Return loss en de fase

Hier is het grafiekje van de return loss, die ziet er niet veelbelovend uit vrees ik. Ik mis de "hoge pieken" die ik bij mijn end-fed zag. Helemaal geen resonantie dus? Vaag (maar leerzaam HI)

[Theo]

Met de uitspraak beperkte antenne bedoel ik dat ik vermoed dat de omgeving een grote invloed heeft op het gedrag.
Normaal krijg je een ander grafiekje te zien van een open diplool, en dat had je ook verwacht neem ik aan.
Maar dit moet leuk spelen zijn met de antenne en meten wat en waarom zie ik dit?

[pa0ejh]

Als ik deze antenne in MMANA modelleer , dan resoneerd het geval op 28.300Mhz...

5mtr buis in het midden gevoed , en haaks op de uiteinden nog eens 3.20mtr buis....

Het ziet dus uit als een brreeeede H

[PA3HHO]

Dat is vreemd, ik denk dat je toch iets niet goed hebt gedaan. Let erop dat er vanaf de uiteinden van de 5m straler naar TWEE kanten nog een spriet moet gaat. Je kunt daar niet één lange draad modelleren die in het midden langs het uiteinde van de 5m lange hoofdstraler gaat.

Hier is het MMANA bestandje van mijn oorspronkelijke ontwerp. Hierin zijn ook de juiste materiaaldiktes meegenomen. De hoofdstraler is daar 3m, de "zijsprieten" zijn 1.74m. Dat resoneert op 14.2. Mijn test versie heeft op dit moment een 5m hoofdstraler en zijsprieten van 2.3m, in MMANA geeft dat ook resonantie op 14.404 MHz maar impedantie ligt logischerwijs wat lager.

Beide bestandjes even ter controle, wil jij er even naar kijken Egbert?

20m H-dipool.zip

(803 Bytes) 101 keer gedownload

[PA3HHO]

6m yagi verwijderd en de middenstraler iets langer gemaakt. Grafiekjes zien er nu beter uit. Opvallend is de piek bij de return loss die ik ook bij een andere antenne zag maar niet in voorgaande meting bij deze antenne. Lijkt me een goed teken, hoewel ik niet helemaal precies weet wat dat inhoudt als ik eerlijk ben.

Fase diagram: toont een draaïng bij 14.030 MHz
Parallel diagram: toegevoegd ter volledigheid, weet niet of dat hier relevant is
Serie diagram: toont Jx = 0 bij 14.030 MHz (impedantie is daar >50 Ohm, geen probleem)
Return loss: toont piek bij 13.7 MHz, de plek waar de Z (samengesteld, Rx + Jx!) ong. 50 Ohm is

Ik heb de middenstraler inmiddels weer iets ingekort en krijg nu Jx = 0 (en fase = 0) op 14.2 MHz. Ik neem aan dat de antenne daar resonant is. De impedantie in het 20m stuk ligt tussen de 60 en 80 Ohm, prima aan te passen dus. Het is natuurlijk wel verleidelijk om het middenstuk wat in te korten zodat de SRW dip netjes midden in de 20m band ligt, maar als ik dan zou meten, zou resonantiepunt hoger liggen. Wat is wijsheid? Dit is nu typisch zo'n gevalletje waar optimale SWR (Z = 50) en resonantie (Jx = 0) niet gelijk zijn. Met een SWR meter zou je gewoon gaan schuiven totdat optimum SWR midden in de band ligt. Met onderstaande info vraag ik me af of dat verstandig is. Liever resonante antenne met wat hogere impedantie dan een niet resonante antenne waarvan de samengestelde (Jx + Rx) impedantie 50 Ohm is????

Hier zijn de plaatjes. Iedereen alvast bedankt voor het meedenken.

Fasediagram:

Parallel mode R, X, Z:

Serie mode R, X, Z:

Return loss (met piek deze keer):

SWR (please ignore):

[PA3HHO]

Hmmm... uitgericht op het tegenstation scheelt het vrijwel altijd één en soms zelfs twee S-punten (beter!) in vergelijking met de 80/40/20 end-fed (licht slopend OW gespannen). Condities op 20m zijn heel behoorlijk dus het zegt weinig maar toch even een leuk momentje, zonder eindtrap (80W PEP) kreeg ik in een contest nota bene, de opmerking van CR5B "you are very, very strong". Nog even blijven luisteren, maar de 10 stations die na mij kwamen kregen die opmerking niet. Zegt niks, dat weet ik wel, maar ik ben er toch blij mee HI.

Enige vraagje waar ik nu mee zit: MMANA berekent bij deze afmetingen een impedantie van 36 Ohm. In de praktijk meet ik tussen de 60 en 80 Ohm. Waar zou dat aan kunnen liggen? Antenne draait op een driepoot constructie ong. 1,5m boven de dakkapel. Kan dat (of wat kan?) de impedantie verhogen?

[fred101]

Een simulator gaat uit van veel onbekende.

Vergeet de resonante antenne, ten eerste werkt dat niet beter, de set wil 50 ohm zien en levert daaraan max vermogen. Verder wordt het toch wel uitgezonden. 100W erin is ook 100W eruit ( als er geen kabelverlies is en de set 50 ohm ziet)
Sterker nog, een niet resonante antenne van. Bv 10 ohm stralingsweerstand en 2 ohm grond en ander verlies, getuned zodat de set 50 ohm ziet zal beter stralen dan een resonante antenne waarvan de stralingsweerstand 5 ohm is en 45 ohm uit grond en andere verliezen bestaat. ( en dar is allemaal reel Ohm)

Jij me, t neem ik aan aan het eind van je coax. Daar zie je een resonant systeem. Niet alleen de antenne. Als je precies 50 ohm + j0 meet moet de fase nul zijn en bij ideale kabel is je antenne dat ook. Bij jou zit daar verschuiving. Dat heeft waarschijnlijk te maken met calibratiefouten. Een verkeerde delay van je open/short mogelijk. Hoe calibreer je en hoe is je meetopstelling ? ( coupler, verloopkabel, calibratiekit,) maar ook door transformatie in je kabel.

Je swr is een directe vertaling van je return loss. Een goed uitziende grafiek, zou niet weten wat er mis mee is. Een belangrijke parameter. Die vallen gelijk. r en jX zijn daar ook 50 ohm en nul. Keurig dus. De fasesprong hoort daar plaats te vinden. Dat doet hij niet. Daarom denk ik aan een delay fout of transformatie.
Rp en Xp gebruik je bv bij meting aan weerstanden of condensators. Je kan ze weer omrekenen naar een serie kring. Soms ook voor een parallel kring. Ligt er aan hoe de software rekent. Maar vergeet niet dat je analyser maar twee dingen ziet. De fase en de reflectie (of transmissie demping bij S21)
Van daaruit berekent hij alles. Sommige analysers zijn IV meters, die kijken niet naar reflectie.
Sommige meten niet vectoriaal.
Maar ze halen daaruit een vectoriaal samengestelde reactantie en een ohms reel deel.
Ze zien bv 10 ohm -j100. Dat kan het resultaat van de stroom en spanning door een parallel kring zijn. In dat geval moet je de boel omrekenen voor de losse componenten. Of het is een serie kring. De -j100 kan in werkelijkheid zijn samengesteld uit -j200 en +j100 dat ziet je analyser niet. En als het serieel is dan is het resultaat -J100 maar als die kring parallel is dan gaat dat -j200 en +j100 verhaal niet op. Het is dan het resultaat van twee parallel reactanties.

Maak eens een serie kring van bv 10 uH en 100 pF ( of wat dan ook) , gewoon vaste componenten.
Maak er een seriekring van en meet, maak er een parallelkring van en meet ze. Gebruik beide keren steeds Rs Xs en Rp Xp en Z. Bereken ook wat je hoort te zien.
Bedenk daarbij dat je analyser op 10 MHz een condensator meet die bestaat uit een serie kring van minimaal 600 nH ( creamisch met korte pootjes) en bv 100 pF met ook nog een serie weerstand van een 100 maohm tot een paar Ohm. Dat staat dan parallel aan de spoel die bestaat uit een serie netwerk van R en Xl met een Cp over die twee heen.

Dat kun je allemaal meten. Doe een zelf resonantie meting van het component. Met L en C op iets van 1KHz ( dat is de ware reactantie) en met de zelfresonant frequentie kun je nu de paracitaire componenten berekenen. Teken het vervangingschema en reken alles uit. Je meting moet nu vrijwel gelijk zijn aan je berekening. Vergeet niet de 50 ohm belasting mee te modeleren.

[pe5t]

MMANA geeft bij mij 50 +0 jX Ohm, SWR 1,01 met jouw V2 versie.
10 meter boven real ground. Voor wat dat waard is, want bij ''perfect ground'' verandert er niets. Alleen in ''Free space" verandert de impedantie, maar niet dramatisch.
Ik vermoed dat de omgeving van je antenne en m.n. de geleidende objecten er onder de impedantie wat optilt. Valt in MMANA niet goed te simuleren, maar een indruk krijg je als je in je model de hoogte van 10 meter verlaagt naar 7 of 8 meter. De impedantie gaat omhoog.
Overigens heb je een prima dipool gemaakt met een eindloading die de impedantie dicht bij 50 Ohm brengt.
Voor 30/40 m heb ik dit ook wel eens gedaan.

Kees

[PA3HHO]

@Fred: je kunt zien dat HF meettechniek jouw passie is HI. Ondanks dat veel van wat je zegt mijn pet te boven gaat, toch bedankt voor de uitgebreide reactie. Of een antenne al dan niet resonant moet zijn, daar lopen de meningen zeer over uiteen. Mijn set kan zijn vermogen prima kwijt aan een 50 Ohm dummy, maar echt veel verbindingen maak ik daar niet mee HI. Het één sluit het ander natuurlijk niet uit; voor mij is de uitdaging om een antenne te ontwerpen en bouwen die én resonant is én zonder al teveel poespas in de buurt van 50 Ohm komt. Dat is thans redelijk gelukt. Met Heathkit SB-200 kan ik comfortabel 400W maken en ik wordt vrijwel altijd gehoord. Bottleneck zit 'm meer in de ontvangst; in mijn beleving is die met een resonante antenne net even wat beter, vandaar.

De truuk met eind loading is een mooie manier om de impedantie omlaag te krijgen én om de antenne wat compacter te maken. Die halve dB tov een full-size dipool offer ik daar graag voor op. Ik had al eerder gemerkt dat ik boven mijn dakkapel vrijwel altijd een hogere impedantie meet dan MMANA berekent, dus ik heb de eind loading zelfs nog wat langer gemaakt (2 x 2.38m aan beide uiteinden) en de middenstraler nog wat korter (2 x 2.45m). Het klopt nu heel aardig; resonantie op 14.2 én impedantie rond de 60 Ohm). Ervaring (toegegeven: kort) in de praktijk leert mij dat het prima werkt; vermits correct uitgericht altijd 1 S-punt sterker dan mijn 80/40/20 end-fed (effectief 20m lang op 20m dus een hele golf dus zelfs nog wat extra gain?).

@Kees: ja ik heb het gezien in MMANA; wat lager bij de grond gaat de impedantie omhoog. De dakbedekking bevat misschien ook nog wat geleidende materialen (koolstof?) en langs de dakkapel zit een flinke strip aluminium van 5.5m breed en daar nog aan beide zijkanten 2.5m aan. Ik heb de antenne iets (50cm) omhoog geschoven, dat geeft al weer een iets lager impedantie. Het is op dit moment heel acceptabel, resonantie op 14.2 MHz en SWR beter dan 1:1.5 over de hele 20m band. Ook in de praktijk werkt het prima, vanmiddag zonder eindtrap (zekering in de anodeleiding weer doorgeflitst grrrr...) een aantal verbindingen gemaakt op 20m, regelmatig complimenten over het signaal. Nog niet gewisseld van antenne, dat ga ik later nog wel eens proberen, maar ik vind het wel even best zo.

Het verhaal gaat nog wel verder... Ik wilde nl. ook nog iets voor 10m. Eigenlijk had ik een 10m Moxon gepland. Omdat de top-loads nu 2 x 2.38 zijn (lees: mooie afmeting voor een 10m director), ga ik proberen een 10m open dipool via hetzelfde voedingspunt te voeden. Die dipool komt 90 graden haaks op de 20m hoofdstraler (dus parallel aan de toploads), precies in het midden. De 20m toploads zijn dan directoren. F/B verhouding is logischerwijs 0, maar het bundelt de voor- én achterkant mooi en geeft volgens MMANA ong. 4 dBd; kom ik altijd over short OF long path binnen HI.

Als dat een beetje wil, dan heb ik het plan om de ene 20m top load wat langer te maken (2 x 2.55m) en de hoofdstraler aan die kant weer wat korter te maken (ong. 2.3), voor 20m verandert er dan niet zo heel veel volgens MMANA, maar de korte 20m topload fungeert dan als 10m director en de lange 20m topload als 10m reflector. Even gemodelleerd; ong. 6 dBd gain en F/B van 10 dB. Geen topprestaties voor een 3-el yagi (de 2-el. Moxon geeft evenveel gain en betere F/B), maar ALS het lukt, is het natuurlijk wel een mooie bonus want door één 10m dipooltje in het midden te zetten, heb ik opeens een 3-elements voor 10m. Een groot voordeel is ook de 20 dB verschil aan de zijkanten; m.a.w. de ongewenste signalen die je allemaal niet hoort.

Het klinkt te mooi om waar te zijn en dat zal ook wel blijken, maar ik ga het toch maar even proberen. Als het een beetje lukt, zal ik wel een nieuwe thread starten over deze 20m H-dipool / 10m 3-el. yagi combinatie.

[PA3HHO]

Gelukt!! Zie http://www.zendamateur.com/viewtopic.php?f=5&t=9726