Har läst på lite om korta vipp-antenner som är
betydligt kortare än våglängden.
Jag har tänk använda en sådan i en applikation
för HF-bandet 80m till 10m.
Vad jag läst är att resistansen blir väldigt låg, < 3 ohm
och får en kraftig kapacitiv reaktans.
Jag kommer aldrig att få den att bli bra men frågan är
vad jag kan göra för att få den att fungera bäst?
Den ska kopplas till gate på en vanlig JFET så jag tänker mig att
om gate har ett motstånd på 3 ohm till att börja med så har
jag anpassat den resistiva delen. Har jag helt fel här?
Blir det lika bra om jag jordar gate med ett 100k motstånd?
Kapacitiva reaktansen borde kunna kompenseras med en spole?
Ja lite frågor som vore bra att ha svar på och utgå ifrån
om jag ska börja labba på det hela.
Kort "Whip"-antenn?
Re: Kort "Whip"-antenn?
Hittade nu i en app från TI att whip-antenner ska anslutas till
jordplanet för att fungera bäst.
jordplanet för att fungera bäst.
Re: Kort "Whip"-antenn?
Nej den ska inte anslutas till jordplanet.
Ett tekniskt mer sakligt namn på whip-antenn är monopol-antenn. Whip är öknamn som kommer av att antennen ofta svajar på bilar, i synnerhet på gamla USA-bilar med AM-antenn. Numera är dessa antenner, även om de fortfarande finns, inte så synliga på bilarna.
Monopol-antennen är en dipol-antenn där ena antennhalvan består av spegelbilden i jordplanet.
Fördelen med antenn-typen är att det blir en hälften så lång antenn jämfört med dipolen, men fungerar lika bra.
Ett försök att förklara hur detta kan fungera:
Tänk dej att du står på kanten till en 100 meter stor spegel som ligger på marken. Ställ en halv meter lång pinne (monopolen) i mitten av spegeln så den pekar mot himmeln.
När du tittar mot mitten av spegeln, från kanten, ser du nu en meter lång pinne då pinnens spegelbild ser ut som en fortsättning på den verkliga pinnen.
Det är så med monopolen relativt dipolen. Även radiovågorna blir lurade och tror att pinnen är dubbelt så lång.
Varför skulle då någon hellre villa ha den dubbelt så långa dipolen om det blir lika bra radio-mottagning med monopolen?
Man lika gärna ställa omvända frågan varför någon skulle vilja ha monopolen relativt dipolen.
Den mest uppenbara fördelen med dipolen är att den fungerar lika bra som monopolen, utan att man behöver släpa med sej en 100 meter stor spegel. Dipolen är inte beroende av att ha något jordplan.
Vad gäller bilar, så är de mobila jordplan med mycket ledande plåtytor och då passar monopolen-antenn bra som radio-antenn.
Ville man ha extra Whip så hängde man en rävrumpa i toppen av antennen. Det var för ett måste i vissa kretsar.
Det förbättrade inte radio-mottagningen men man lyssnade ändå bara på skivspelare eller Super8 om det hängde rävrumpa i antennen.
En meter lång monopol-antenn på idealt förlustfritt och oändligt stort jordplan vid 25 MHz ger ungefär strålningsresistans på 3 Ohm och reaktans på 500 Ohm, 3 -j500 Ohm.
Utgår från att det är en antenn i denna storleksordning du tänker på, då det stämmer någorlunda med frekvens och den resistans du nämner..
Kapacitiva delen kan kompenseras med en spole, korrekt.
För det behövs en 5mH spole med låg förlustfaktor vid 25 MHz. Den ska ha en resistiv del som är väsentligt mindre än 3 Ohm vid 25 MHz.
Vid 5 MHz blir samma antenns strålningsresistans endast 0.02 Ohm och reaktansen 3000 Ohm. Det är grovt oberäknad impedans, men det bör vara den storleksordningen.
Avstämningsspolen blir på 100mH för 5 MHz. Ska dess DC-resistans var försumbar relativt antennens strålningsresistans lär tråddiametern bli minst 10 cm och hela spolen kommer vara i storleken som ett hus och Q-värdet är ändå katastrof-dåligt.
Antennens impedans förändras olinjärt med frekvensen. Det gäller även för icke ideala matchningskomponenter. Ofta kan man bortse från komponenternas oideala beteende men de får en betydande inverkan när det handlar om i sammanhanget extrema antenn-impedanser som ska hanteras.
Även spolens induktans är en frekvensberoende komponent. Man måste antingen ha mätresurser vid dessa frekvenser(impedans vektor-mätning) eller data-blad där R+jX relativt frekvens är angivet för att avgöra om en spole gör vad man tänkt. Sådan data har alla större tillverkare av reaktiva komponeter.
Alternativt kan man klara sej med en VSWR-meter och systematisk trial&error för att experimentera fram optimala komponent-värden.
Det är lite så många radio-amatörer tunar sina antenner. Man har tuning-lådor med stora vridkondensatorer och variabla induktanser som avstämningselement och man söker sej fram genom till bästa matchning genom att avläsa VSWR samtidigt som man rattar på värdena.
Anslutnings-impedansen är hög för en kort monopol-antenn. Ta ett extrem-exempel, en meter antenn vid 50 Hz. En sådan antenns impedans kan mätas med multimeter och den kommer visa resistans högre än 10 MOhm och ca 10pF kapacitans, om multimetern även kan mäta kapacitans för 50 Hz.
Den spänning som den korta antennen plockar upp vid 50 Hz, kommer att spänningsdelas över antennens impedans och 3 Ohms motståndet du lagt på ingångstrissan.
Uin=Uant* 3Ohm/(3Ohm+10MOhm).
I praktiken, om man vill lägga resistans över trissan, som motsvarar antennens strålningsresistans vid 50 Hz så blir det i stil med 0,00000001 Ohm.
Det blir betydligt mindre spänning kvar till trissan efter den spänningdelningen jämfört med 3 Ohm. Mesta spänningen blir kvar över antennen.
Jämför nätbrum som plockas upp på högohmig mik-ingång om du ansluter en meter blank-tråd. Lägger du ett motstånd på 3 Ohm tvärs över mikingången så försvinner nog allt hörbart brum. Motståndet ger ingen bra antenn-funktion således, om man är ute efter att ta emot 50Hz.
Om man vid 5MHz vill matcha på samma sätt som vid 25MHz/3Ohm blir motståndet över ingångstrissan på 0.02 Ohm...
Bra nära kortslutning.
Din transistor-gate kommer troligen att utgöra en kapacitiv last som måste kompenseras för. Det påverkas även av hur gaten är kopplad relativt efterföljande kretsar.
Ska antennens signal överföras via koaxialkabel, så måste även kabeln ha 3 Ohm karaktäristisk impedans, vilket inte är en helt praktisk kabel-dimension., så därför antar jag att du tänkt köra direkt utan kabel mellan radio och antenn. Alla signalövergångar kan f.ö. bli bekymmersamma vid låg system-impedans, lödningar och skarvar får lätt någon Ohm förlustresistans vid 25 MHz.
Den konventionella lösningen för korta monopol-antenner är att göra en öppen och bred spole i material med låga resistiva förluster i botten på antenn. Spolen ska då matcha så att anslutningsimpedansen blir hanterbar. Spolens värde kan för en enskild frekvens beräknas manuellt via Smith-diagram.
Ytterligare en variant för att minska reaktiva förluster är att ha en kapacitiv hatt på antennen.
En nackdel med denna typ av avstämning är att antennen bara blir matchad för ett smalt frekvensområde.
Typexempel är 27 MHz komradio-monopoler på en meters längd, avsedda för att sättas på biltak. Dessa kan oftast matchas hyggligt till 50 Ohm resistivt och låga reaktiva förluster, men de är mycket smalbandiga.
Det går matcha bredbandigare med reaktiva komponenter. Det är lite svårare men en trafo som en del i matchningen kan underlätta då den kan lyfta impedansen som ska matchas till en högre impedans, där olika förluster enklare hanteras.
Att skapa en antenn som är hyggligt effektiv och täcker 10-80 meter på en och samma impedansmatchning räknas som mycket bredbandig matchning.
Det är svårt att göra med små förluster. Är man bara ute efter att radion ska se någorlunda bra matchning räcker två motstånd som matchning, men meningsfull antenn-funktion försvinner.
Grundregeln är att resistiva komponenter inte får användas för matchning om man vill ta till vara på all signal.
Motstånd kan förekomma om man medvetet vill dämpa vissa delar, för stabilitet i aktiva kretsar, undvika överstyrning och begränsa q-värden.
För enkel framtagning av komponentvärden kan man använda Smith-diagram men för bredbandigare lösningar blir det komplicerat.
En fördel med att lära sej använda Smith-diagrammet är att det ger större insikt i antennens egenskaper.
Är man ute efter bredbandig mottagning typ täcka allt mellan 10 och 80 meter så behöver man nödvändigtvis inte matcha något alls.
Det går koppla en meter blanktråd direkt in på en lågkapacitiv gate och sedan se till att förstärka signalen så mycket som behövs i efterföljande steg. Det ger måttliga systemförluster.
Problemet med denna metoden är att det är svårt att undvika överstyrning pga oönskade signaler och lokala störningar och statisk elektricitet kan döda trissan.
Filtrera bort dessa problem kräver orimligt högimpediva filter, men det kan finnas tillfällen då direktmatning till gaten duger för vad man vill åstadkomma och man kan nöja sej att skydda trissan med diod, där dioden iofs inför risk för ytterligare intermodulations-produkter.
RF-signalens önskade väg från antennen är in i transistorn och ska inte brännas bort i motstånd som leder någon annan stans.
Viktigt att minimera påverkan mellan strömförsörjning och signal-väg. Om 100k är lämpligt värde, är svårt att svara på, lite som att svara på om antennen är lagom lång.
Ett vanligt knep i radio-sammanhang är att jorda gaten direkt, utan att gå via motstånd, och lägga insignalen på någon av de andra benen på transistorn.
Särskilt om man som här önskar bredbandiga RF ingångssteg kan det ha fördelar. http://www.pan-tex.net/usr/r/receivers/ra01042.htm
-
Alternativ till den korta monopol-antennen är en liten obalanserad&jordad loop-antenn. Den kan ges ungefär samma egenskaper och effektivitet som den korta monopolen men den har dessutom kontrollerbart två smala motstående riktningar med väsentligt lägre känslighet. Det är tacksamt när man vill dämpa en specifik kraftig störning som annars stör ut det man tänkt lyssna på.
Inom rimliga gränser kan man enkelt justera antennens egenskaper genom att variera antal trådvarv i loopen och det finns en mängd alternativa möjligheter att tappa antennen på signal, så att det passar egna designen.
Ur transistor-synpunkt har loop-antennen fördelen att den är DC-kortsluten vilket gör att problemet att statisk elektricitet slår sönder trissan är betydligt mindre.
För så hög verkningsgrad som möjligt är resonant matchning med högt Q väsentlig. Kan vara svårt att få till utan mätinstrument, men det finns gott om bra gördetsjälv-beskrivningar på nätet. Finns iofs även gott om riktigt usla antenn-designer på nätet.
ARRL-handboken är en rekommenderad start. Boken är riktad till hobby och radio amatörer och beskriver bägge dessa antenn-typer på lättfattligt sätt.
Ett tekniskt mer sakligt namn på whip-antenn är monopol-antenn. Whip är öknamn som kommer av att antennen ofta svajar på bilar, i synnerhet på gamla USA-bilar med AM-antenn. Numera är dessa antenner, även om de fortfarande finns, inte så synliga på bilarna.
Monopol-antennen är en dipol-antenn där ena antennhalvan består av spegelbilden i jordplanet.
Fördelen med antenn-typen är att det blir en hälften så lång antenn jämfört med dipolen, men fungerar lika bra.
Ett försök att förklara hur detta kan fungera:
Tänk dej att du står på kanten till en 100 meter stor spegel som ligger på marken. Ställ en halv meter lång pinne (monopolen) i mitten av spegeln så den pekar mot himmeln.
När du tittar mot mitten av spegeln, från kanten, ser du nu en meter lång pinne då pinnens spegelbild ser ut som en fortsättning på den verkliga pinnen.
Det är så med monopolen relativt dipolen. Även radiovågorna blir lurade och tror att pinnen är dubbelt så lång.
Varför skulle då någon hellre villa ha den dubbelt så långa dipolen om det blir lika bra radio-mottagning med monopolen?
Man lika gärna ställa omvända frågan varför någon skulle vilja ha monopolen relativt dipolen.
Den mest uppenbara fördelen med dipolen är att den fungerar lika bra som monopolen, utan att man behöver släpa med sej en 100 meter stor spegel. Dipolen är inte beroende av att ha något jordplan.
Vad gäller bilar, så är de mobila jordplan med mycket ledande plåtytor och då passar monopolen-antenn bra som radio-antenn.
Ville man ha extra Whip så hängde man en rävrumpa i toppen av antennen. Det var för ett måste i vissa kretsar.
Det förbättrade inte radio-mottagningen men man lyssnade ändå bara på skivspelare eller Super8 om det hängde rävrumpa i antennen.
En meter lång monopol-antenn på idealt förlustfritt och oändligt stort jordplan vid 25 MHz ger ungefär strålningsresistans på 3 Ohm och reaktans på 500 Ohm, 3 -j500 Ohm.
Utgår från att det är en antenn i denna storleksordning du tänker på, då det stämmer någorlunda med frekvens och den resistans du nämner..
Kapacitiva delen kan kompenseras med en spole, korrekt.
För det behövs en 5mH spole med låg förlustfaktor vid 25 MHz. Den ska ha en resistiv del som är väsentligt mindre än 3 Ohm vid 25 MHz.
Vid 5 MHz blir samma antenns strålningsresistans endast 0.02 Ohm och reaktansen 3000 Ohm. Det är grovt oberäknad impedans, men det bör vara den storleksordningen.
Avstämningsspolen blir på 100mH för 5 MHz. Ska dess DC-resistans var försumbar relativt antennens strålningsresistans lär tråddiametern bli minst 10 cm och hela spolen kommer vara i storleken som ett hus och Q-värdet är ändå katastrof-dåligt.
Antennens impedans förändras olinjärt med frekvensen. Det gäller även för icke ideala matchningskomponenter. Ofta kan man bortse från komponenternas oideala beteende men de får en betydande inverkan när det handlar om i sammanhanget extrema antenn-impedanser som ska hanteras.
Även spolens induktans är en frekvensberoende komponent. Man måste antingen ha mätresurser vid dessa frekvenser(impedans vektor-mätning) eller data-blad där R+jX relativt frekvens är angivet för att avgöra om en spole gör vad man tänkt. Sådan data har alla större tillverkare av reaktiva komponeter.
Alternativt kan man klara sej med en VSWR-meter och systematisk trial&error för att experimentera fram optimala komponent-värden.
Det är lite så många radio-amatörer tunar sina antenner. Man har tuning-lådor med stora vridkondensatorer och variabla induktanser som avstämningselement och man söker sej fram genom till bästa matchning genom att avläsa VSWR samtidigt som man rattar på värdena.
Anslutnings-impedansen är hög för en kort monopol-antenn. Ta ett extrem-exempel, en meter antenn vid 50 Hz. En sådan antenns impedans kan mätas med multimeter och den kommer visa resistans högre än 10 MOhm och ca 10pF kapacitans, om multimetern även kan mäta kapacitans för 50 Hz.
Den spänning som den korta antennen plockar upp vid 50 Hz, kommer att spänningsdelas över antennens impedans och 3 Ohms motståndet du lagt på ingångstrissan.
Uin=Uant* 3Ohm/(3Ohm+10MOhm).
I praktiken, om man vill lägga resistans över trissan, som motsvarar antennens strålningsresistans vid 50 Hz så blir det i stil med 0,00000001 Ohm.
Det blir betydligt mindre spänning kvar till trissan efter den spänningdelningen jämfört med 3 Ohm. Mesta spänningen blir kvar över antennen.
Jämför nätbrum som plockas upp på högohmig mik-ingång om du ansluter en meter blank-tråd. Lägger du ett motstånd på 3 Ohm tvärs över mikingången så försvinner nog allt hörbart brum. Motståndet ger ingen bra antenn-funktion således, om man är ute efter att ta emot 50Hz.
Om man vid 5MHz vill matcha på samma sätt som vid 25MHz/3Ohm blir motståndet över ingångstrissan på 0.02 Ohm...
Bra nära kortslutning.
Din transistor-gate kommer troligen att utgöra en kapacitiv last som måste kompenseras för. Det påverkas även av hur gaten är kopplad relativt efterföljande kretsar.
Ska antennens signal överföras via koaxialkabel, så måste även kabeln ha 3 Ohm karaktäristisk impedans, vilket inte är en helt praktisk kabel-dimension., så därför antar jag att du tänkt köra direkt utan kabel mellan radio och antenn. Alla signalövergångar kan f.ö. bli bekymmersamma vid låg system-impedans, lödningar och skarvar får lätt någon Ohm förlustresistans vid 25 MHz.
Den konventionella lösningen för korta monopol-antenner är att göra en öppen och bred spole i material med låga resistiva förluster i botten på antenn. Spolen ska då matcha så att anslutningsimpedansen blir hanterbar. Spolens värde kan för en enskild frekvens beräknas manuellt via Smith-diagram.
Ytterligare en variant för att minska reaktiva förluster är att ha en kapacitiv hatt på antennen.
En nackdel med denna typ av avstämning är att antennen bara blir matchad för ett smalt frekvensområde.
Typexempel är 27 MHz komradio-monopoler på en meters längd, avsedda för att sättas på biltak. Dessa kan oftast matchas hyggligt till 50 Ohm resistivt och låga reaktiva förluster, men de är mycket smalbandiga.
Det går matcha bredbandigare med reaktiva komponenter. Det är lite svårare men en trafo som en del i matchningen kan underlätta då den kan lyfta impedansen som ska matchas till en högre impedans, där olika förluster enklare hanteras.
Att skapa en antenn som är hyggligt effektiv och täcker 10-80 meter på en och samma impedansmatchning räknas som mycket bredbandig matchning.
Det är svårt att göra med små förluster. Är man bara ute efter att radion ska se någorlunda bra matchning räcker två motstånd som matchning, men meningsfull antenn-funktion försvinner.
Grundregeln är att resistiva komponenter inte får användas för matchning om man vill ta till vara på all signal.
Motstånd kan förekomma om man medvetet vill dämpa vissa delar, för stabilitet i aktiva kretsar, undvika överstyrning och begränsa q-värden.
För enkel framtagning av komponentvärden kan man använda Smith-diagram men för bredbandigare lösningar blir det komplicerat.
En fördel med att lära sej använda Smith-diagrammet är att det ger större insikt i antennens egenskaper.
Är man ute efter bredbandig mottagning typ täcka allt mellan 10 och 80 meter så behöver man nödvändigtvis inte matcha något alls.
Det går koppla en meter blanktråd direkt in på en lågkapacitiv gate och sedan se till att förstärka signalen så mycket som behövs i efterföljande steg. Det ger måttliga systemförluster.
Problemet med denna metoden är att det är svårt att undvika överstyrning pga oönskade signaler och lokala störningar och statisk elektricitet kan döda trissan.
Filtrera bort dessa problem kräver orimligt högimpediva filter, men det kan finnas tillfällen då direktmatning till gaten duger för vad man vill åstadkomma och man kan nöja sej att skydda trissan med diod, där dioden iofs inför risk för ytterligare intermodulations-produkter.
Man brukar ge trissan DC-bias med komponenter i den storleksordningen.Blir det lika bra om jag jordar gate med ett 100k motstånd?
RF-signalens önskade väg från antennen är in i transistorn och ska inte brännas bort i motstånd som leder någon annan stans.
Viktigt att minimera påverkan mellan strömförsörjning och signal-väg. Om 100k är lämpligt värde, är svårt att svara på, lite som att svara på om antennen är lagom lång.
Ett vanligt knep i radio-sammanhang är att jorda gaten direkt, utan att gå via motstånd, och lägga insignalen på någon av de andra benen på transistorn.
Särskilt om man som här önskar bredbandiga RF ingångssteg kan det ha fördelar. http://www.pan-tex.net/usr/r/receivers/ra01042.htm
-
Alternativ till den korta monopol-antennen är en liten obalanserad&jordad loop-antenn. Den kan ges ungefär samma egenskaper och effektivitet som den korta monopolen men den har dessutom kontrollerbart två smala motstående riktningar med väsentligt lägre känslighet. Det är tacksamt när man vill dämpa en specifik kraftig störning som annars stör ut det man tänkt lyssna på.
Inom rimliga gränser kan man enkelt justera antennens egenskaper genom att variera antal trådvarv i loopen och det finns en mängd alternativa möjligheter att tappa antennen på signal, så att det passar egna designen.
Ur transistor-synpunkt har loop-antennen fördelen att den är DC-kortsluten vilket gör att problemet att statisk elektricitet slår sönder trissan är betydligt mindre.
För så hög verkningsgrad som möjligt är resonant matchning med högt Q väsentlig. Kan vara svårt att få till utan mätinstrument, men det finns gott om bra gördetsjälv-beskrivningar på nätet. Finns iofs även gott om riktigt usla antenn-designer på nätet.
ARRL-handboken är en rekommenderad start. Boken är riktad till hobby och radio amatörer och beskriver bägge dessa antenn-typer på lättfattligt sätt.
Re: Kort "Whip"-antenn?
Tack för alla dess tips och fakta som ger mig en del att tänka igenom.
Det där med antennen rak ned i jordplanet har jag dessutom sett
på en del 27MHz R/C-mottagare. Antenn + LC-filter rakt ned i
jordplanet och sedan ytterligare ett LC-filter mellan jordplanet
in på första trissan. Det blir ju nästan som de fall där man
har antennen in på en avtappad spole där man tappar av
något varv från botten/jordplanet.
R/C-mottagare sitter i en oskärmad plastburk och RF
träffar allt som sitter däri.
Det känns dessutom som det hela skulle bli mer okänsligt,
en del mottagare fungerar ju nästan som en Theremin!
Det där med antennen rak ned i jordplanet har jag dessutom sett
på en del 27MHz R/C-mottagare. Antenn + LC-filter rakt ned i
jordplanet och sedan ytterligare ett LC-filter mellan jordplanet
in på första trissan. Det blir ju nästan som de fall där man
har antennen in på en avtappad spole där man tappar av
något varv från botten/jordplanet.
R/C-mottagare sitter i en oskärmad plastburk och RF
träffar allt som sitter däri.
Det känns dessutom som det hela skulle bli mer okänsligt,
en del mottagare fungerar ju nästan som en Theremin!
Re: Kort "Whip"-antenn?
Speglingen i jordplanet har inget att göra med hur antennen kopplas. Det är den rena pinnens utbredning som avses och som passerar igenom jordplanet lika långt ned i jordplanet som strukturen är utbredd uppåt. Det finns inga kopplingar eller kablar med i sammanhanget.
Är pinnen en halvmeter lång uppåt, är utbreder den sej lika lång ned i jordplanet, en halvmeter in i spegeln.
Se dessa bilder.
Om man kopplar en koaxialkabel till en kort monopol kopplas mittledaren normalt till antennens bottenpunkt och skärmen till jordplanet.
Det är inte aktuellt med någon avtappning innan jord på en relativt våglängden kort monopol eftersom det vore dump att koppla en spole till jord. En redan bekymmersamt låg resistans vill man inte sänka ytterligare.
Spolen för att kompensera för kapacitansen görs helst som en del av antenn-strukturen och inte heller denna har några mellanliggande avtappningar på en kort monopol.
Vad du möjligen kan ha sett är monopol som är 0.3- 0.6 våglängder lång samt vissa ännu längre antenner. Sådana kan man man förse med transformator, dvs mellanavkoppling av spole för att få bättre impedansanpassning mot t.ex. 50 Ohms koaxialkabel, men detta är i sammanhanget långa antenner, längre än dess resonanta kvartsvågslängd.
Här kan man se två antenner där man sysslar med sådana kopplingar.
När mottagen RF-ström lämnar antenn-strukturen kan man följa upp med transformator och impedanskorrigerande nät. Man undviker L/C resonansnät för impedanskorrigering.
Sådana nät får man ofrivilligt ändå och är något man vill motverka. Kallas strö och parasit-laster.
Framförallt spolen på antennen kan omöjliggöras att få god funktion, just pga av parasiterande kapacitans. Ju kortare antennen är relativt våglängden, ju större är problemet.
Om det finns resonanta LC-nät med resonansfrekvens inom antennens verksamma frekvensområde är davsikten troligen mer att filtrera sändarens egenskaper och dämpa dess övertoner långt innan något matas till antennen.
På enklare 27 MHz sändare finns normalt en tankspole i serie med transistorn i drivsteg klass C. Den kopplas mot matnings-spänningen.
Avtappning kan sitta något varv in på spolen. Därefter är det vanligt med ett PI lågpass filter eller ännu enklare. Impedansen är nu typiskt 50 Ohm +/- 50%.
Det är först efter dessa steg som man kan lägga in komponenter som har någon funktion relativt antennen. Tankspole med efterföljande filter är specifikt för sändarens design och har mindre med antennen att göra.
En Theremin utnyttjar att det uppstår parasit-laster på antennen som varierar med kopplingsgraden till olika jordade föremål i antennens närhet och antennen matas med ett sändarsteg som medvetet byggts för att vara instabilt i amplitud och frekvens beroende på antenn-impedansen.
Therminen har inte heller något att göra med den elektriskt korta monopolens egenskaper för hur man designar en sådan antenn med bra RX/TX egenskaper.
Är pinnen en halvmeter lång uppåt, är utbreder den sej lika lång ned i jordplanet, en halvmeter in i spegeln.
Se dessa bilder.
Om man kopplar en koaxialkabel till en kort monopol kopplas mittledaren normalt till antennens bottenpunkt och skärmen till jordplanet.
Det är inte aktuellt med någon avtappning innan jord på en relativt våglängden kort monopol eftersom det vore dump att koppla en spole till jord. En redan bekymmersamt låg resistans vill man inte sänka ytterligare.
Spolen för att kompensera för kapacitansen görs helst som en del av antenn-strukturen och inte heller denna har några mellanliggande avtappningar på en kort monopol.
Vad du möjligen kan ha sett är monopol som är 0.3- 0.6 våglängder lång samt vissa ännu längre antenner. Sådana kan man man förse med transformator, dvs mellanavkoppling av spole för att få bättre impedansanpassning mot t.ex. 50 Ohms koaxialkabel, men detta är i sammanhanget långa antenner, längre än dess resonanta kvartsvågslängd.
Här kan man se två antenner där man sysslar med sådana kopplingar.
När mottagen RF-ström lämnar antenn-strukturen kan man följa upp med transformator och impedanskorrigerande nät. Man undviker L/C resonansnät för impedanskorrigering.
Sådana nät får man ofrivilligt ändå och är något man vill motverka. Kallas strö och parasit-laster.
Framförallt spolen på antennen kan omöjliggöras att få god funktion, just pga av parasiterande kapacitans. Ju kortare antennen är relativt våglängden, ju större är problemet.
Om det finns resonanta LC-nät med resonansfrekvens inom antennens verksamma frekvensområde är davsikten troligen mer att filtrera sändarens egenskaper och dämpa dess övertoner långt innan något matas till antennen.
På enklare 27 MHz sändare finns normalt en tankspole i serie med transistorn i drivsteg klass C. Den kopplas mot matnings-spänningen.
Avtappning kan sitta något varv in på spolen. Därefter är det vanligt med ett PI lågpass filter eller ännu enklare. Impedansen är nu typiskt 50 Ohm +/- 50%.
Det är först efter dessa steg som man kan lägga in komponenter som har någon funktion relativt antennen. Tankspole med efterföljande filter är specifikt för sändarens design och har mindre med antennen att göra.
En Theremin utnyttjar att det uppstår parasit-laster på antennen som varierar med kopplingsgraden till olika jordade föremål i antennens närhet och antennen matas med ett sändarsteg som medvetet byggts för att vara instabilt i amplitud och frekvens beroende på antenn-impedansen.
Therminen har inte heller något att göra med den elektriskt korta monopolens egenskaper för hur man designar en sådan antenn med bra RX/TX egenskaper.
Re: Kort "Whip"-antenn?
För sändning blir ju en så kort antenn en utmaning. Men för mottagning kan det fungera riktigt bra.
En populär konstruktion som utnyttjar att det är mestadels kapacitiv reaktans i kort antenn är den sk "Miniwhip" konstruerad av radioamatören Roelof Bakker PA0RDT. Det finns en mängd varianter på nätet och den funkar riktigt bra även ner runt 100 KHz och lägre. Det intressanta är att den saknar det induktiva i form av ett spröt och bara har en kapacitansplatta som antenn.
Länkexempel:
http://dl1dbc.net/SAQ/Mwhip/pa0rdt-Mini-Whip.pdf
http://www.chirio.com/mini_whip_e.htm
En populär konstruktion som utnyttjar att det är mestadels kapacitiv reaktans i kort antenn är den sk "Miniwhip" konstruerad av radioamatören Roelof Bakker PA0RDT. Det finns en mängd varianter på nätet och den funkar riktigt bra även ner runt 100 KHz och lägre. Det intressanta är att den saknar det induktiva i form av ett spröt och bara har en kapacitansplatta som antenn.
Länkexempel:
http://dl1dbc.net/SAQ/Mwhip/pa0rdt-Mini-Whip.pdf
http://www.chirio.com/mini_whip_e.htm
Re: Kort "Whip"-antenn?
"Miniwhip" konstruerad av radioamatören Roelof Bakker
Den är samma typ av aktiv antenn som det jag avsåg ovan med:
Det går koppla en meter blanktråd direkt in på en lågkapacitiv gate i inlägget ovan.
Antennen är möjligtvis konstruerad av radio-amatören i fråga, men han tycks inte ha koll på hur den fungerar, så man får anta att det är mer eller mindre plankat från en annan version.
För den som är intresserad av att kanske bygga något sådant rekommenderas en något mer kompetent version av ingångsteg till denna typ av antenn som beskrevs i papper från 1980 men antenn-principen är troligen lika gammal som radio-röret.
kapacitansplatta som antenn.
"Kapacitansplatta" kan man kanske kalla det då allt i antenn-väg som placeras i dielektrat luft utgör ena polen på en kondensator.
Kapacitiva lasten är grovt proportionell mot totala antenn-ytan. Det gäller även för miniwhipen.
Det är marginell kapacitiv skillnad om antennen är en platta eller ett lika långt rör om ytan är ungefär densamma.
den saknar det induktiva i form av ett spröt
Induktiva spröt i dessa sammanhang har jag aldrig hört talas om. Hur skulle dessa vara designade? Man kan göra spröt som helt eller delvis är utformade som induktanser, men det är bara meningsfullt om det finns både E och H-komponenter. För en kort monopol-antenn dominerar E-fältet så pass att evt. induktanser i antenn-strukturen blir fysiskt extremt stora för att få någon inverkan på antennens elektriska egenskaper. Det gäller även den så kallade bottenspolen på monopolen, som blir allt mer verkningslös, ju kortare antennen är relativt våglängden, alternativt måste anta extrema proportioner. Vissa radio-amatörer försöker ändå bygga dessa stora bottenspolar.
Det är först när antennen har tillräcklig utsträckning relativt radio-vågens längd som man måste ta hänsyn till fasberoende komponenter i E och H-fält. Den kapacitans som finns i övre änden av monopol-antennen kan då vid mätpunkten, en kvartsvåg senare med hänsyn taget till vågutbredningshastigheten, förefalla vara induktiv.
Ett exempel på antenn som nyttjar denna egenskapen är den sk T-antennen.
Kapacitiva effekten i matningspunkten pga av en kort monopol, motverkas då av en en annan kapacitans placerad i motsatt ände av antennen.
Men för mottagning kan det fungera riktigt bra.
En gammal antenn-regel är att antennens egenskaper är desamma oavsett sändning eller mottagning. Det gäller även en kort tråd eller eller liten PCB-platta. Den korta monopolens höga matningsimpedans vid mottagning är samma vid sändning och effektiviteten är densamma. Det får de som sänder på VLF/ELF-banden anpassa sej efter då dessa antenners längd bara är en bråkdel av våglängden. Antennen exiteras då till höga spänningar men förhållandevis låga strömmar. Att spänningarna kan bli höga kan kanske anas om man ser isolator-storleken på denna bilden.
Uppdaterat dålig syftning
Den är samma typ av aktiv antenn som det jag avsåg ovan med:
Det går koppla en meter blanktråd direkt in på en lågkapacitiv gate i inlägget ovan.
Antennen är möjligtvis konstruerad av radio-amatören i fråga, men han tycks inte ha koll på hur den fungerar, så man får anta att det är mer eller mindre plankat från en annan version.
För den som är intresserad av att kanske bygga något sådant rekommenderas en något mer kompetent version av ingångsteg till denna typ av antenn som beskrevs i papper från 1980 men antenn-principen är troligen lika gammal som radio-röret.
kapacitansplatta som antenn.
"Kapacitansplatta" kan man kanske kalla det då allt i antenn-väg som placeras i dielektrat luft utgör ena polen på en kondensator.
Kapacitiva lasten är grovt proportionell mot totala antenn-ytan. Det gäller även för miniwhipen.
Det är marginell kapacitiv skillnad om antennen är en platta eller ett lika långt rör om ytan är ungefär densamma.
den saknar det induktiva i form av ett spröt
Induktiva spröt i dessa sammanhang har jag aldrig hört talas om. Hur skulle dessa vara designade? Man kan göra spröt som helt eller delvis är utformade som induktanser, men det är bara meningsfullt om det finns både E och H-komponenter. För en kort monopol-antenn dominerar E-fältet så pass att evt. induktanser i antenn-strukturen blir fysiskt extremt stora för att få någon inverkan på antennens elektriska egenskaper. Det gäller även den så kallade bottenspolen på monopolen, som blir allt mer verkningslös, ju kortare antennen är relativt våglängden, alternativt måste anta extrema proportioner. Vissa radio-amatörer försöker ändå bygga dessa stora bottenspolar.
Det är först när antennen har tillräcklig utsträckning relativt radio-vågens längd som man måste ta hänsyn till fasberoende komponenter i E och H-fält. Den kapacitans som finns i övre änden av monopol-antennen kan då vid mätpunkten, en kvartsvåg senare med hänsyn taget till vågutbredningshastigheten, förefalla vara induktiv.
Ett exempel på antenn som nyttjar denna egenskapen är den sk T-antennen.
Kapacitiva effekten i matningspunkten pga av en kort monopol, motverkas då av en en annan kapacitans placerad i motsatt ände av antennen.
Men för mottagning kan det fungera riktigt bra.
En gammal antenn-regel är att antennens egenskaper är desamma oavsett sändning eller mottagning. Det gäller även en kort tråd eller eller liten PCB-platta. Den korta monopolens höga matningsimpedans vid mottagning är samma vid sändning och effektiviteten är densamma. Det får de som sänder på VLF/ELF-banden anpassa sej efter då dessa antenners längd bara är en bråkdel av våglängden. Antennen exiteras då till höga spänningar men förhållandevis låga strömmar. Att spänningarna kan bli höga kan kanske anas om man ser isolator-storleken på denna bilden.
Uppdaterat dålig syftning
Senast redigerad av E Kafeman 12 juni 2016, 07:16:58, redigerad totalt 4 gånger.
Re: Kort "Whip"-antenn?
En gammal antenn-regel är att antennens egenskaper är desamma oavsett sändning eller mottagning.
Teorien säger så, men i praktiken "känns" det annorlunda. Mottagningen kan vara ganska hyfsad på en mobilantenn, men det är svårt att bli hörd. Fast det är kanske den allmänna nivån av brus och störningar som skapar detta fenomen. Den som lyssnar mobilt har samma dämpning av bakgrund som av nyttosignal, medan den som lyssnar hemma har full bakrundsnivå men mobilantennens dämpning på nyttosignalen?
Teorien säger så, men i praktiken "känns" det annorlunda. Mottagningen kan vara ganska hyfsad på en mobilantenn, men det är svårt att bli hörd. Fast det är kanske den allmänna nivån av brus och störningar som skapar detta fenomen. Den som lyssnar mobilt har samma dämpning av bakgrund som av nyttosignal, medan den som lyssnar hemma har full bakrundsnivå men mobilantennens dämpning på nyttosignalen?
-
hcb
- Moderator
- Inlägg: 5761
- Blev medlem: 23 februari 2007, 21:44:50
- Skype: hcbecker
- Ort: Lystrup / Uppsala
- Kontakt:
Re: Kort "Whip"-antenn?
Fast det där beror väl rätt mycket på vilket band, väl? En kort och dålig antenn på de lägre KV-banden tar in litet signal men också motsvarande mindre atmosfäriskt brus och nettoresultatet är att det är ungefär lika bra mottagning som en stor antenn. På band där det atmosfäriska bruset är litet borde den dåliga antennen stå ut mer.
Re: Kort "Whip"-antenn?
Det beror på hur det upplevs - en 'teoretisk' förlustfri antenn men missmatchad med 3 dB returnloss (VSWR 5.8:1) anses katastrof för sändaren och den drar ned uteffekten för att överleva när hälften av energin kommer tillbaka - men när man lyssnar, hur kan man avgöra att att det faktiskt finns 3 dB till i signalstyrka att hämta in med bättre matchad antenn ?
Har man 10 dB return loss (VSWR ~2:1 - vilket inte är ovanlig driftförhållande för antenner) så missar man ca 0.45 dB i mottagen signalstyrkan gentemot ideal anpassad perfekt antenn. - där är förbättringspotentialen mottagarmässigt så liten (0.45 dB) att det oftast inte är värt mödan att förbättra antennen/matchningen ytterligare.
slutligen - om antennen verkar välmatchad eller inte säger inget om antennens effektivitet - den kan ha så mycket strukturella förluster (hög andel reell resistans) att bara lite av den utmatade effekten faktiskt radierar ut i rymden.
Pratar någon om 'tysta antenner' så skall man dra öronen åt sig då en sådan fungerar mer som terminator än en radierande antenn.
En antenn med bra koppling ut i rymden 'ser' också all brus och störningar som finns där, en 'tyst antenn' så ser man mest sin egna mottagarens brus och kopplingen mot omgivningen är dålig.
Antennen som sådan är lika i båda riktningarna (vare sig den är dålig eller bra) ty det är bara en transformator mellan olika transportmedier (kabel/Luft)
Har man 10 dB return loss (VSWR ~2:1 - vilket inte är ovanlig driftförhållande för antenner) så missar man ca 0.45 dB i mottagen signalstyrkan gentemot ideal anpassad perfekt antenn. - där är förbättringspotentialen mottagarmässigt så liten (0.45 dB) att det oftast inte är värt mödan att förbättra antennen/matchningen ytterligare.
slutligen - om antennen verkar välmatchad eller inte säger inget om antennens effektivitet - den kan ha så mycket strukturella förluster (hög andel reell resistans) att bara lite av den utmatade effekten faktiskt radierar ut i rymden.
Pratar någon om 'tysta antenner' så skall man dra öronen åt sig då en sådan fungerar mer som terminator än en radierande antenn.
En antenn med bra koppling ut i rymden 'ser' också all brus och störningar som finns där, en 'tyst antenn' så ser man mest sin egna mottagarens brus och kopplingen mot omgivningen är dålig.
Antennen som sådan är lika i båda riktningarna (vare sig den är dålig eller bra) ty det är bara en transformator mellan olika transportmedier (kabel/Luft)
Re: Kort "Whip"-antenn?
Du har rätt att det ofta är så med ljudet, det är sämre i den fasta telefonen, men det har inte med antennen att göra.Marta skrev:Den som lyssnar mobilt har samma dämpning av bakgrund som av nyttosignal, medan den som lyssnar hemma har full bakrundsnivå men mobilantennens dämpning på nyttosignalen?
En möjlig förklaring till vad du upplever spårar lite ur ämnet men det kan vara av värde, för att frikänna antennen som boven i dramat.
Mobilens inbyggda GSM-antenn räknas inte som kort i sammanhanget. Den är oftast en kvartsvågs antenn av typ PIFA.
När man anger något som en kort monopolantenn, också kallad Hertzian monopol, räknar jag med max längd är 10% av våglängden.
Samtal från mobilen kopplas mot en basstation. Om ena parten använder fast telefon så sänds dess ljud via bastationens sändare och returljudet från mobilen går också via samma antenn.
Det är ekvivalent förhållande vad gäller signal-dämpning mellan basstation och mobiltelefon.
Den summa-dämpning som de bägge antennerna ger upphov till dämpar lika i bägge riktningarna.
Telefon-systemet GSM är adaptivt uppbyggt vad gäller signal/brus-förhållande. Mobilen sänder med högre effekt om dämpningen ökar.
Det är basstationen som talar om för mobilen hur bra den når fram och avviker den från denna nivån, både uppåt och nedåt i nivå, beordrar basstationen mobilen att ändra sändareffekten.
Det finns en övre gräns för hur mycket effekt telefonen får sända med, som är motsvarande anpassad mot basstationens sänd-effekt.
Om systemet är väl avvägt, när dämpning blir så stor att mobilen inte längre kan kompensera för sträckdämpningen med ökat sändareffekt medför detta att resulterande signal/brus sjunker.
Samtidigt som överförings-kvaliteten från mobilen sjunker, upplever mobilen att kvaliteten på signalen från basstationen sjunker, om systemet är väl avvägt
En basstation skulle kunna öka sin sändareffekt som kompensation för att mobilen upplever att mottagen signal-nivå sjunker, men det går inte eftersom basstationens signaler då skulle kunna nå andra basstationer som arbetar på samma frekvenser, och skapa kraftiga störningar i denna del av mobil-nätet
Signalerna är digitala paket så det uppstår inte stigande brus med ökande dämpning, såsom på FM rundradio.
Det som kan hända när man ligger på gränsen till täckning är lite samma som med DVB mark-TV, där man har ett smalt gränsläge vid dålig signal där bilden ersätts av stora pixlar när paket börjar tappas eller feltolkas bortanför vad den digitala redundansen kan kompensera för.
Det är lite slumpmässigt om det är basen eller mobilen som tappar mest digital information när man kommer till gränsen för täckningsområdet.
Om man kör bil, breddas det kritiska avståndet till basen, där man tappar delar eller hela delar av paket, eftersom bilen hela tiden flyttar sej mellan platser med sämre och bättre överföring av signalen. Variationen mellan fullgod kommunikation och sämre kan ändras 10-tals gånger per sekund i en bil som kör i 70km/tim. Påverkan av den sämre signal-överföringen är lika åt bägge håll, både telefonen och basen drabbas.
Dock sker det inte synkront, eftersom GSM sändning och mottagning sker på något skilda frekvenser, så att när man i bilen flyttas in i en halvmeters bubbla i radio-rymden, med något bättre överföring av den ena frekvensen kanske man samtidigt får en halvmeter med sämre överföring av den andra frekvensen.
Om överföringen är markant sämre åt något håll, beror det inte på antennen. En dålig antenn minskar täckningsområdet, i bägge riktningarna.
En helt annan sak är att antennerna tenderar bli sämre och sämre i moderna mobiltelefoner så att praktiskt max användbart avstånd från basstationerna krymper. Det kompenseras delvis med att man har tätare avstånd mellan basstationerna idag jämfört med för 10 år sedan.
Att ljudet upplevs sämre för den som lyssnar i fast telefon jämfört med den som lyssnar i bilburen mobil kan ha helt andra förklaringar.
Den som sitter i bilen och har luren i örat, och får då automatiskt bilradio och vindbrus dämpat för detta örat. Däremot får den som lyssnar i fast telefon höra en mix av dessa ljud. Inte sällan använder den som sitter i bil ett billigt headset med usel mikrofon som hänger under örsnibben.
Den sämre placeringen av headset-mikrofonen, relativt om telefonens mikrofon används, bidrar till att öka nivån på bakgrundsljud relativt rösten.
Både headset och mobiltelefoner har ofta inbyggd signalbehandling där man choppar bort låga nivåer om där finns mycket bakgrundsljud.
Det sker till priset att och svagare röstljud också riskerar klippas bort. Detta är kritiskt eftersom det ofta är små nyanserna som gör att ljudet blir tolkningsbart.
Om BT headset används utsätts ljudet för komprimerande digitalisering, för att sedan omvandlas till analogt ljud i telefonen och åter digitalt komprimeras innan signalen skickas till basstationen. När sådant ljud slutligen når mottagaren i den fasta telefonen kan mycket av ursprungliga röstens dynamik och nyanser vara bortreducerade.
Rösten från mobilen kan då höras relativt väl i den fasta telefonen men har tappat så mycket av sin modulation så att det blir en ljudgröt som är svår att uppfatta.
Addera att ljudet tappas några tiondelar av en sekund lite då och då, pga av tillfälligt dålig förbindelse, så tappar man så mycket ljuddelar att man inte längre kan gissa vad personen säjer. Hade ljudet varit av högre grund-kvalitet så kan man lättare hänga med i ett samtal även om korta ljudbitar försvinner.
Det händer att man måste be folk använda mobilen istället för dåligt headset, veva upp rutan, dämpa bilradion. De hör inte sitt egna problem med bakgrundsljud och dålig kvalitet på röstljudet. Tvärs om så har de själva högtalarljudet rätt i egna örat, vilket gynnar deras telefonljud och undertrycker lokala bakgrundsljudet.
Förbjud dålig handsfree i bilen! Måste man prata i bristfällig mobil-utrustning, stanna vid vägkanten.
Re: Kort "Whip"-antenn?
Det där är något helt annat. Nu handlade det om 3.6MHz och modulationstyp J3E. Riktig Radio alltså, helt fri från digitala moderniteter.
Antennen en pinne på 75cm, sedan spole och en knapp meter justerbart toppspröt. En riktigt kort Whip-antenn. Hyfsat låg verkningsgrad, 100W PEP gör spolen tämligen varm ganska så omgående. Det är lindat med 4x0.5mm lacktråd på ett tunnt VP-rör, kanske grövre tråd eller fler trådar skulle behövts. En fabriksantenn av samma typ för många år sedan kommer jag ihåg också blev varm, så antagligen skall det vara så...
Antennen en pinne på 75cm, sedan spole och en knapp meter justerbart toppspröt. En riktigt kort Whip-antenn. Hyfsat låg verkningsgrad, 100W PEP gör spolen tämligen varm ganska så omgående. Det är lindat med 4x0.5mm lacktråd på ett tunnt VP-rör, kanske grövre tråd eller fler trådar skulle behövts. En fabriksantenn av samma typ för många år sedan kommer jag ihåg också blev varm, så antagligen skall det vara så...
Re: Kort "Whip"-antenn?
Det man kan prova med är att linda med kopparband/folie istället för tråd och den vägen få upp Q-värdet på drosseln
Då förlusten till dominerande del beror på skinneffekten så gäller det att öka den ledande ytan på kopparen då skinndjupet är ca 66 µm vid 1 MHz och 22 µm vid 10 MHz (6.6 µm vid 100 MHz etc.).
När jag för länge sedan gjorde notchfilter på 70 MHz så var det betydande skillnad i notchens djup mellan en drossel med vanlig cirkulär tråd och en dito gjord med ca 4 mm bred kopparfolie tagen från ett kretskort och genom att mäta vid 7 dB-gränserna vid spärrområdet och notchens djup också räkna ut dess Q-värde.
En sak som man inte skall glömma bort är att högre Q på antenn och dess delar också gör antennen mer smalbandig
Då förlusten till dominerande del beror på skinneffekten så gäller det att öka den ledande ytan på kopparen då skinndjupet är ca 66 µm vid 1 MHz och 22 µm vid 10 MHz (6.6 µm vid 100 MHz etc.).
När jag för länge sedan gjorde notchfilter på 70 MHz så var det betydande skillnad i notchens djup mellan en drossel med vanlig cirkulär tråd och en dito gjord med ca 4 mm bred kopparfolie tagen från ett kretskort och genom att mäta vid 7 dB-gränserna vid spärrområdet och notchens djup också räkna ut dess Q-värde.
En sak som man inte skall glömma bort är att högre Q på antenn och dess delar också gör antennen mer smalbandig
Senast redigerad av xxargs 12 juni 2016, 15:43:43, redigerad totalt 1 gång.
Re: Kort "Whip"-antenn?
En väldigt kort sprötantenn som används för sändning har ju låg verkningsgrad och den energi som inte strålar ut i etern blir t ex värme i spolen.
Re: Kort "Whip"-antenn?
energin som går ut från sändaren har typ 3 vägar att dela upp sig på, 1 - reflektera tillbaka till sändaren, 2 - stråla ut i rymden eller 3 - åka runt mellan olika reaktiva element i antennenstrukturens resonanta delar vars resistiva förluster omvandlar energin till värme.
problemet är faktiskt inte olikt hur det är att driva en högtalare...
problemet är faktiskt inte olikt hur det är att driva en högtalare...
