figuur
1aktieve
antenne
voor
100 kHz...50 MHz
De meeste
luisteramateurs hebben een soort haat/liefde verhouding met antennes. Die dingen
zijn nooit ideaal omdat de eisen die er aan gesteld worden deels strijdig zijn
met elkaar. En wanneer een antenne ook nog klein moet zijn, wordt het helemaal
moeilijk. De hier beschreven versie vormt een goed bruikbaar compromis. Het gaat
om een actieve breedbandantenne die zowel de lange-, midden- als kortegolf
bestrijkt, redelijk compact en simpel is en toch zeer bevredigende prestaties
biedt.
Eigenlijk willen we
meestal te veel van een antenne. Bij veel kortegolfluisteraars ontbreekt de
ruimte om een afgestemde grote antenne te plaatsen. Dus wordt er overgestapt op
een verkleinde versie die per definitie alleen maar actief kan zijn. Van die
actieve antenne wordt dan verwacht (of geëist) dat hij een laag , ruisniveau en
een goed groot signaal gedrag bezit, dat hij breedbandig is en een gelijkmatige
signaalopbrengst biedt over het hele bereik en - last but not least - ook nog
goed bruikbaar is in gebieden met een hoog stoorniveau (in de stad dus). Dat
verlanglijstje is echt iets te groot. Zaken als lage ruis en breedbandigheid
zijn toch al lastig te combineren. Maar met name het laatste punt, de
storingsongevoeligheid, vormt bij een actieve antenne een moeilijk te omzeilen
klip. Als dit een belangrijke eis is (en zolang men niet in een hutje op de hei
zit, is het dat altijd, dan komt alleen de raam- of "loop"-antenne in
aanmerking. Deze reageert namelijk uitsluitend op de magnetische component van
het door de zender uitgestraalde elektromagnetische veld en hiermee kan dus een
hoop (elektrische) storing buiten de deur worden gehouden.
Maar door te kiezen
voor een raamantenne zijn we niet van de problemen af, integendeel. Echte
breedbandigheid, dus een gelijkmatige signaalopbrengst over een groot gebied, is
iets dat met een raamantenne uiterst moeilijk te combineren is. Per definitie
neemt de in het raam geïnduceerde spanning af bij lagere frequenties dan die
waar het raam op afgestemd is. Maar ook bij hoge frequenties treden er problemen
op. Want aangezien de opgepikte spanning in serie staat met de zelfinductie van
het raam, ontstaat in combinatie met de ingangscapaciteit van het actieve
element een laagdoorlaat functie waarvan het kantel punt wel eens vervelend laag
kan liggen.
Het is dus bij een
actieve raamantenne van essentieel belang dat er een goede aanpassing wordt
gecreëerd tussen het passieve en actieve deel van de antenne. Ook dan zal het
geheel altijd een compromis blijven. Maar als het actieve deel goed wordt
opgezet, krijgen we wel een zeer bruikbaar compromis.
We weten nu zo'n
beetje waar het om draait. We hebben een actief element nodig dat een goed groot
signaalgedrag paart aan een dito ruisgedrag, en dat bovendien een zeer lage
ingangscapaciteit bezit.
Het schema van
figuur 1 maakt duidelijk waar onze keuze op gevallen is. Links zien we het raam
(daar komen we nog op terug), rechts de uitgangsregelaar plus (fantoom)- voeding
en daar tussen in het "elektronische" deel van de antenne. De
schakeling bestaat uit welgeteld twee halfgeleiders. Daarvan dient T2 louter
voor een juiste impedantie aanpassing aan de coaxkabel en neemt T1 de
versterking voor zijn rekening.
Misschien dat het
sommigen vreemd voor zal komen dat we hier gekozen hebben voor een BF981, omdat
deze eigenlijk is ontworpen voor VHF-toepassingen. Uit de specificaties valt
echter op te maken dat deze dual-gate MOSFET ook op lage frequenties een goed
ruisgedrag vertoont, mits er maar gezorgd wordt voor een goede (hoog ohmige)
aanpassing.
figuur
1
Op hogere
frequenties lukt dit echter niet meer zo gemakkelijk, omdat ook de zelfinductie
van het raam (circa 5 /LH) wordt opgetransformeerd en in toenemende mate roet in
het eten begint te gooien. De Bf981 bezit namelijk een ingangscapaciteit van 2
pF en de capaciteit van een normale ingangstrafo ligt rond 0,5 à 1 pF.
Teneinde ongewenste
resonantiepieken te voorkomen, zal er dus een vorm van demping noodzakelijk
zijn. Dat valt in principe uit te voeren met een simpel weerstandje, maar in dit
geval is dat niet zo'n slim idee, aangezien het opgepikte signaal toch al zo
klein is. We zullen dus een dempingmethode moeten bedenken die een minder grote
aanslag op het signaalniveau doet.
Op zich is dit
probleem natuurlijk niet nieuw. Reeds in het buizentijdperk stootte men op
gelijksoortige moeilijkheden bij het ontwerpen van HF-versterkers voor
bijvoorbeeld FM-ontvangers. Zo bezaten triodes een lager ruisgetal dan pentodes,
maar hiervoor was wel neutrodynisatie noodzakelijk. Wilde men dat omzeilen, dan
kon men overstappen op de geaarde roosterschakeling, maar dan verslechterde
zowel de versterking als de
ruis. Als oplossing
hiervoor bedacht men de "tussenrooster"- of
"tussenbasis"-schakeling. Deze kan worden beschouwd als een soort
brugschakeling, zodat neutrodynisatie komt te vervallen en het ruisgetal niet
verslechtert.
Ook bij de
versterkertrap van onze actieve antenne is gekozen voor een dergelijke
tussenbasisschakeling (of moeten we nu "tussen- gate"-schakeling
zeggen?). Dit is herkenbaar aan het feit dat van ingangstrafo L1 niet de
onderkant aan massa ligt, maar de aftakking. De schakeling houdt dus als het
ware het midden tussen een geaarde-gate- en een geaarde-source- instelling.
De keuze voor de
tussenbasis schakeling heeft in ons geval niets te maken met het vermijden van
neutrodynisatie zoals destijds, maar louter met aanpassing en demping. Bij lage
frequenties is er, zoals gezegd, niets aan de hand. De ingangsimpedantie van T1
(ongeveer 100 11) speelt dan geen rol en de gate/source-spanning is ongeveer een
factor 6 groter dan de in het raam geïnduceerde spanning. Vanaf ca. 3,4 MHz
begint de source ingang in toenemende mate een dempende rol te spelen. Door deze
demping worden eventuele resonanties geëlimineerd en wordt ook transformator L1
breedbandiger - exact wat we wilden bereiken.
De demping gaat
natuurlijk ten koste van het signaalniveau. En omdat het door het raam opgepikte
signaal toch al klein is, zal T1 ook bij hoge frequenties een behoorlijke
versterking moeten leveren. Dat is hier bereikt door in de drain van de MOSFET
het netwerk RSIL2 in serie op te nemen met de obligate smoorspoel L3. Het
correctienetwerk maakt namelijk dat L3 zich nu bij hoge frequenties kapacitief
gedraagt, zodat ook dan van een hoge drain-impedantie sprake is. Weerstand R6 is
toegevoegd om de totale versterking van T1 binnen aanvaardbare grenzen te
houden. Het uitkoppelen van het versterkte signaal gebeurt met behulp van
emittervolger T2 en de bifilair gewikkelde uitgangstrafo L4. Van daaruit wordt
het signaal via een coaxkabel naar de ontvanger geleid. Aan het uiteinde van die
kabel zien we in het schema nog een klein passief schakelingetje getekend, dat
in of bij de ontvanger wordt geplaatst en voornamelijk uit een potmeter (P1)
bestaat. Die regelaar is toegevoegd om het signaal te kunnen temperen in het
geval de ontvanger in kwestie geen bijster goed grootsignaal gedrag bezit.
figuur
2
De feitelijke
antenne dient te bestaan uit een cirkelvormig raam met een diameter van 1 meter.
Het meest ideaal is om hiervoor metalen buis te gebruiken (het soort metaal doet
er niet zoveel toe) met een doorsnede van ca. 20 mm Eventueel mag hiervoor ook
plaatmateriaal of zelfs rechthoekig profiel van dezelfde breedte worden
toegepast. Gewoon koperdraad komt niet in aanmerking, want dat is te dun.
Zij die buiten
Europa wonen of verblijven, kunnen de afmetingen van het raam eventueel een stuk
groter kiezen. De signaalsterkte neemt dan toe en de signaal/ruis verhouding
verbetert. In Europa is een diameter van 1 meter echter zo'n beetje het maximum.
Ons werelddeel is nu eenmaal het voornaamste doelwit van bijna alle kortegolf
omroepzenders en de veldsterkten zijn hier dan ook zéér hoog. Vergroting van
de raamantenne leidt welhaast zeker tot oversturingsproblemen. Een kleiner raam
is wèl zonder enig bezwaar mogelijk. maar dit gaat natuurlijk wel ten koste van
de prestaties.
Figuur 2 toont de
print die we voor de actieve antenne hebben ontworpen. Helaas is deze niet in
onze Product Service opgenomen, dus u zult hem zelf moeten etsen. Twee dingen
dienen over deze print meteen te worden opgemerkt. In de eerste plaats dat het
rechter deel er van af moet worden gezaagd, aangezien dit het omkaderde deel van
het schema betreft dat bij of in de ontvanger wordt ondergebracht. En verder is
het belangrijk dat het antenneraam zo rechtstreeks mogelijk met de punten C en D
wordt verbonden; dus het beste is om de uiteinden van de metalen buis direct
hier op vast te schroeven. De mogelijke problemen bij het opbouwen van de print
zelf beperken zich tot het op de juiste wijze monteren van T1 en het wikkelen
van de spoelen. FET T1 wordt anders dan de overige componenten aan de koperzijde
van de print gesoldeerd. Hierbij hoeft men eigenlijk alleen maar in de gaten te
houden dat de opdruk naar de componentenzijde toe moet wijzen (en dus van boven
af leesbaar moet zijn door het gaatje op de print) en dat het langste pootje van
T1 de drain is; een tekening van de behuizing is in figuur 1 te vinden. De
spoelen vergen wat meer uitleg, al was het alleen maar vanwege het feit dat voor
tal van hobbyisten een spoel nog altijd een tamelijk "vreemde"
component is.
De schakeling telt
in totaal 5 spoelen. Geruststellend is echter dat L3 en L5 beide standaard
smoorspoelen zijn die gewoon kunnen worden gekocht. Voorts is L2 een simpele
recht toe recht aan spoel, bestaande uit 20 windingen 0,4 mm gelakt koperdraad (CuL)
op een kernloos spoellichaam met een diameter van 6 mm Als wikkelvorm hiervoor
kan prima een kunststof afstandsbus worden gebruikt.
L1 en L4 worden
allebei gewikkeld op een ringkern van het type 02-3IT16. L1 bestaat uit 24
windingen 0,4 mm CuL met een aftakking op 4 windingen; L1A wordt dus 4 windingen
groot en LlB 20 windingen. Voor L4 wordt iets dunnere draad gebruikt (0,3 mm) en
hiermee worden bifilair twee wikkelingen van elk 4 windingen om de kern heen
gelegd. Dat klinkt moeilijker dan het is, want het betekent alleen dat men met
twee draden tegelijk wikkelt en de beide spoelhelften dus in elkaar worden
verweven. Zowel bij L1, L2 als L4 worden de windingen aaneengesloten naast
elkaar gelegd; er wordt dus geen spatiëring toegepast.
Nog even iets over
de inbouw van de versterkerschakeling. In de keuze van de behuizing is men
uiteraard vrij, maar deze dient wel van kunststof te zijn. Als men van plan is
de antenne buitenshuis te gebruiken, is het uiteraard aan te bevelen dat de
behuizing druipen spatwaterdicht is. Voor K1 K2 en K3 komen uitsluitend goede
BNC conrectoren in aanmerking.
Voor het afregelen
van de actieve antenne is geen dure meetapparatuur nodig. Een multimeter, een
kortegolfontvanger en een paar goede oren vormen alle benodigde attributen.
Om te beginnen
wordt met P2 de spanning op de drain van Tl afgeregeld op een waarde die 1 V
hoger ligt dan de halve voedingsspanning; dus op 7 V bij een UB van
12 V en op 8,5 V bij 15 V. Vervolgens wordt 's avonds om een uur of negen
nagegaan of de signalen in de 41-, 31- en 25-m-omroepbanden op voldoende sterkte
aanwezig zijn. Vergeleken met een simpele sprietantenne moet er een behoorlijke
winst geconstateerd kunnen worden. Is dat niet het geval, dan is het zaak om de
hele schakeling nog eens terdege te controleren.
Lijkt tot zover
alles in orde, dan wordt de ontvanger afgestemd tussen 21 en 21,5 MHz
(13-m-band) en wordt zorgvuldig beluisterd of er sprake is van
"rommelsignalen" op de band. Hiermee bedoelen we eventuele
intermodulatie producten en harmonischen. Mocht dat zo zijn, dan wordt eerst het
uitgangsniveau met P1 wat teruggedraaid. Aldus kan vastgesteld worden of deze
ongewenste producten wellicht veroorzaakt worden door oversturing van de
ontvanger. Blijkt dit inderdaad de reden te zijn, dan verdwijnt alle
"rommel" meestal vrij snel bij het terugdraaien van P1.
Is de ontvanger
niet de schuldige, dan wordt door geleidelijke verdraaiing van P2 getracht om
een instelling te vinden waarbij de ongewenste signalen minimaal zijn. Daarna
dient aan de hand van een zwakke omroepzender in de 13-m- band nog eens te
worden nagegaan of de nieuwe instelling geen verslechtering inhoudt van de
signaal/ruis verhouding. Misschien dat een kleine correctie van Pl dan nog
verbetering brengt.