Breedband ontvangstdipool antenne 48 tot 108 Mhz.

 Een breedbandige dipool kan handig zijn. Een standaard dipool heeft immers slechts beperkte bandbreedte. 

Hierbij de beschrijving van een ontvangstdipool, die afstembaar is van ca.48 t/m 108 mhz. 

Ik ben uitgegaan van een dipool van 2x 140 cm. Aan iedere helft bevinden zich 2x BB640 parallel in serie. De maximum capaciteit is nu 2x 70 = 140 pF per helft.

Ofwel zo'n 23 ohm reactantie op 50 mhz.

Bij 30 volt wordt dit 6 pF. Tot zo'n 60 mhz is de impedantie nog werkbaar; zo'n 100 ohm daarboven neemt deze snel toe. De dipool is af te stemmen tot 108 mhz. Bij die laatste frequentie is hij wel ohms, maar met een heel hoge impedantie. Een hele golf dipool.  Zo'n 800 a 1200 ohm, afhankelijk de buis dikte.

Hiervoor is een oplossing. Dat is aanvullende een LC combinatie. Een BB640 varicap in serie met de ingang en van daaruit een spoel van 250 nH naar de 'minpool' . Deze LC combinatie werkt hoofdzakelijk voor de hoogste frequenties. Tussen 55 en 70 mhz dienen beide spanningen te worden ingesteld.

Bij lage frequenties stem je meest met de serie varicaps af. Bij hoge meest met de LC combinatie.

Hiermee kan er van  50 of 75 ohm omhoog getransformeerd worden. Op 70 Mhz is de swr 1:1 in te stellen. (Dit met 500 mW), de varicaps verdragen niet veel meer.

Door een combinatie van instellingen is over het hele bereik aanpassing mogelijk.

Een test gedaan met de FM zenders vanuit Langenberg. (Deze werken tussen 88,8 en 106,7 mhz. ) .Dat werkt prima. Vergelijking met een standaard FM omroep dipool gaf hetzelfde S getal.

Er kan nog director of reflector toegevoegd worden met in het midden een varicap. Dit is echter beperkt in verstemming tot 25 % boven de ontwerpfrequentie. 

Ook voor andere frequentiebereiken is dit mogelijk. Voor 25 tot 50 mhz moeten dan 2x 4 + 2 varicaps toegepast worden. De spoel wordt dan 500 nH en de dipool uiteraard ongeveer tweemaal zolang, 2x 280 cm.

Schema van een afstembare dipool met 2x2 varicaps. De DC spanning van 0 tot 30 volt gaat via de coax kabel.

Op hogere frequenties is de impedantie echter heel hoog.

Nu met extra LC filter. Met een tweede DC spanning wordt de vijfde varicap geregeld.

Hiermee wordt de ingangsimpedantie omhoog getransformeerd.

De ontkoppel condensator is nu meer nodig. En ook een weerstand vervalt. Er zijn 2 varicaps in serie met de dipool getekend. Dit zijn er echter 2x2 parallel. Het afstembereik is groot. Bijv. op 50 mhz vormt een dergelijke spoel met 40 pF een parallelkring. Dus een handige bijkomstigheid.

De aansluitdoos. Het mantelstroomfilter voorkomt mantelstromen. 

Hier de antenne met afstembaar tweede element van 2.70 m breed.

Deze is zowel als director als reflector te gebruiken. Van 48 tot 57 mhz als director. Van 53 tot 62 mhz als reflector,

Men kan ook een korter element gebruiken, bijv. 150 cm voor de FM.

 

De 

Experimentele 3 elements yagi antenne voor 2 meter band met motor afstemming

 Door de reflector te voorzien van een afstem C in het midden, wordt dit bij een bepaalde waarde een director. Een spoel verlengt, dus een C verkort. Om dit te testen, heb ik aan beide zijdes van de dipool een 'reflector' geplaatst. In het midden zit een variable afstem C van 40 pf. Deze worden aangedreven door kleine reductiemotortjes van 6v 15 rpm. 

Er zijn 4 buisjes van 50 cm lang. Door de afstem C in het midden, komt de totale breedte op 105 cm uit.  Dat is iets meer dan een normale reflector. Omdat de  C maximaal 40 pf is, vormt deze met de aansluitdraadjes van 2 x1,5 cm een seriekring op 144 mhz. Dat is nodig want 40 pF is het maximum en je kan stellen dat ca. 3 cm draad in serie, dit weer opheft. Ca. 10 pf is vereist om -elektrisch-  te verkorten tot director. (normaal  ca. 93 cm)

Met de juiste instellingen kan de zend/ontvangrichting omgekeerd worden. Ook kan  afgestemd worden tussen ca 140 en 155 Mhz.

Alle spanningen gaan via de aansluitcoax. De ene motor werkt met positieve spanning ; de andere met negatieve. Iedere motor heeft hiertoe een diode in serie op de juiste manier. Met een smoorspoel van 1uH zijn ze ontkoppeld van RF op de coax. Zo bespaar ik een extra kabel !

Door zo'n 3 volt te gebruiken, draaien ze met een geschikte snelheid.

De antenne heb ik ca. 5 meter hoog getest. (Horizontaal en verticaal). Daarbij zie je de SWR van 1 naar ca. 3 gaan. Van een repeater kon ik de sterkte van S9 naar S0 terugregelen. De impedantie aan het aansluitpunt zakt naar een lagere waarde bij afstemming. Dat kan nog verbeterd worden.

Sommigen zullen hun  bedenkingen hebben of dit werkt, maar om te ontvangen, heb ik reeds goed werkende yagi's met varicaps gebouwd. Echter kun je daarmee niet zenden. Dat produceert al gauw de nodige harmonischen.

Een nadeeltje is nog dat de stand van de C s niet is te bepalen, zonder het dichtbij te bekijken, behalve dan dat de C's tweemaal door een punt gaan met dezelfde capaciteit. Ze hebben geen eindstop.

Vooralsnog kan de antenne niet permanent buiten staan. Hij is zo niet bestand tegen regen en vocht. En zeker bij verticale opstelling is het moeilijk een waterdichte behuizing toe te passen.

Detail. De asjes zijn met een m6 kroonsteen bevestigd.

Mantelstroomfilter en de C's . Er is een butterfly type òf 

                                eentje met geïsoleerde as nodig.        Stukjes snijplank zijn toegepast                                        voor de bevestiging.

Testopstelling horizontaal.

 

Remote afstembare DAB antenne 3 elements yagi met varicaps

 Na een FM en 2m versie, nu de beschrijving van een DAB yagi. Het werkt hetzelfde. Ook met BB640 's. De kleine printjes met varicap heb ik van een flinke laag bootlak voorzien. Dat is belangrijk , want  anders veroorzaakt regen of vocht al snel een afname van het bereik. Bij flinke regen zakt de frequentie met ca. 1 kanaal. Voor kan. 7a moet ik dan een iets hogere spanning op de varicaps instellen dan bij droog weer.

Door deze afstemming per element haalt de antenne zo'n 7 dBd gain over de hele band.

Hier de lengtes:

Reflector 2x 41 cm

Dipool 2x 38 cm

Director 2x 37 cm.

Afstand tussen de elementen 25 cm, maar dat is niet echt kritisch.

De resultaten zijn leuk. Zwakke muxen zijn slechts hoorbaar na nauwkeurige afstemming. Zoals bijv. Kan. 7A Zuid, 9b antenne DE en Noord west 9D. Ieder kanaal moet dan opnieuw afgestemd worden

Dit omdat bij DAB een verschil van 1. dB kan betekenen ontvangst of geen ontvangst. Dit speelt veel minder op de FM band . Bij het afregelen bekijk ik het S getal eerst op mijn R 7000 ontvanger. Dit moet minimaal S 4 a 5 zijn voor ontvangst. Hierna regel ik op minimale error op mijn DAB radio. Soms komt de beste ontvangst niet helemaal overeen met een maximaal S getal. Zal te maken hebben met meerdere zenders óf het tegelijk ontvangen van meerdere zenders van die MUX.

En omdat de bundel in één richting wijst, kan ook het ruis en storingsniveau minder worden.

Om de dipool meer breedbandig te maken , heb ik er nog 2x BB181 in gesoldeerd. Die zijn 2 tot 18 pF. Dipool verlengd met 2x 2 cm. Dit gaf echter nauwelijks verschil, eerder werd het bereik minder.

De DAB band is procentueel nog breder dan de FM band. Kanaal 5c en 12 b zijn ongeveer de grenzen van het bereik van de antenne. Kanaal 13 haalt hij niet, maar van kan. 6 t/m 12A gaat het heel mooi. Maar daarbuiten gaat het nog altijd beter dan een breedband antenne !

 Ik gebruik een Polytron antenneversterker PA145/211RS uit de jaren 80, maar werkt nog steeds goed. Opvallend is dat ik 9D Irnsum het beste ontvang op de achterkant.

Error zo tussen 5 en 20 %. Vreemd is dat ik de director op z'n kleinst moet maken. Heeft wellicht te maken met een zo gunstig mogelijke aanpassing op de versterker. Overigens lukt dit per 29-10-2021 niet meer omdat de Duitse MUX het kanaal bezet.

Bij normale omstandigheden, ontvang ik ca. 16 muxen. Dat zijn 5A, 5C, 5D, 6A, 6B, 7A, 7B, 7D, 8A, 8B, 9B, 9D, 10A, 10B, 11C, 11D en 12C.

Later heb ik nog een zes elements versie gemaakt. Deze werkt nog iets beter. Iets meer richteffect en gain. Ook valt op dat op een ongebruikt kanaal een veel lagere achtergrond qrm niveau heerst.

De directors zijn respectievelijk 2x35, 2x33,5 , 2x33 en 2x 32,5 cm. De andere elementen hetzelfde als bij de 3 elements versie. Het effect van afstemming is wel duidelijk minder dan bij de eerste drie elementen. Men zou deze de afmeting kunnen geven voor het hoogste kanaal en geen afstemming toepassen. Dat scheelt in het constructiewerk.

Mantelstroom filter met 4 wdg RG 174 op 5/8 buis

Aan weerszijden heeft de dipool een BB640.  

Boeket Mein NRW op 9D. Zes zenders komen binnen.

ENGLISH:

After an FM and 2m version, now the description of a DAB yagi. It works the same. By placing varactors in the middle of the elements, we can reduce their electrical length. So each element can be tuned and we can achive maximum gain for the channel, we wish. About 7 dBd for a 3 elements. It also workes with BB640's. 

It's in fact a yagi for channel 5 of which the element lengths can be electronically reduced by lowering the capacity of the varactors. The sizes are somewhat smaller because there are some wires to connect the varactors. They lengthen the elements somewhat.

 From channel 8 till 10 it's possible to receive on the backside of the antenna.

Here are the lengths:

Reflector 2x 41 cm

Dipole 2x 38 cm

Director 2 x 37 cm.

2nd director 2 x 35 cm

3rd director 2 x 34 cm

The results are nice. Weak muxes are only audible after tuning. Like ch.

 Kan. 10A from NDR Lingen.

In percentage terms, the DAB band is even wider than the FM band. Channels 5b and 12b are approximately the limits of the range. From can. 6 to 11 works very well. But beyond that it is still better than a wideband antenna !

Mantle flow filter with 4 wdg RG 174 on 5/8 tube.

The dipole has a BB640 on either side. I'm using a low noise Televes masthead pre amp.

5 elements version

Tuning box with six potmeters

Screen shot of Qirx

Six elements version

Afstembare en omkeerbare 3 elem. yagi voor 2 meter band tot 160 Mhz.

 Je ziet dit principe helaas alleen maar bij microgolf antennes, maar het werkt ook op 2 meter.

Een reflector kan verkort worden tot director door een C in het midden te plaatsen.

In mijn geval varicaps BB640. Die zitten op stukjes printplaat met 2 R's van 15 k. 

Zowel reflector als director zijn 2x 50 cm. De dipool is 2x 60 cm.4

Ik gebruik een oude 3 aderige netkabel om de DC spanningen te regelen. De dipool heeft aan elke zijde een varicap.

Bij 0 volt is het element een reflector, bij ca 15 volt een director.  Bij 30 volt staat alles op 160 Mhz.

Hij is afstembaar van 140 tot 160 Mhz. De dipool is bij resonantie op 145 Mhz ca. 120 ohm. Dit wordt verlaagd tot globaal 50 ohm, wanneer men de reflector en director af stemt op 145 mhz. Bij het draaien aan de 3 pot.meters, kun je heel leuk op max. S getal af regelen. Dan kom je op ca. 7 dBd gain. Òf op minimaal signaal.

De kale dipool bestrijkt zelfs 125 tot 160 Mhz, maar reflector en director beslaan slechts 140 tot 160 Mhz. De richting kan ook 180 gr gedraaid worden. Dat gaat dus geruisloos zonder rotor.. Dit kan door de de 0 en 15 volt te verwisselen op de elementen.

In MMANA kom ik bij 145 mhz op 18 pF uit voor een director. Bij de dipool op 2x 5 pF.

De antenne ontvangt duidelijk beter dan een rondstraler.

Een 2e director geeft nog heel iets ruisvermindering. S getal wordt een fractie hoger,

Het enige nadeel is dat zenden slechts met max. 1 watt gaat, anders raken de BB640 s defect. 

Verdere mogelijkheden: wanneer men ook tot ca. 165 Mhz optimaal wil kunnen afstemmen, is het beter de director te verkorten tot 2x 47 cm. Samen met de aansluitingen komt men dan op max. 96 cm uit. Dus de laagste frequentie is dan zo'n 144 Mhz.

BB640 met 2x 15 k en 1nF.

2x varicap , deze gaan met 15 k naar de + DC. De - van 1 varicap gaat naar de buitenader van het mantelstroom filter.
De andere gaat via 330 pF naar de binnenader.

4 elements versie

regeldoosje op 30 V

3 elements versie. 

Schema bij de dipool

LC balun voor VHF antenne 70 Mhz

Als alternatief voor de gamma match en andere aanpassingen heb ik een LC balun toegepast bij een 70 mhz yagi antenne.  Dit werkt goed. Een LC balun is een netwerkje met 2 spoelen en 2 condensators. Het transformeert een ongebalanceerde ingang naar een gebalanceerde uitgang.
Iedere impedantie waarde kan aangepast worden. En men kan het van tevoren testen met een normale weerstand.
Een mooie calculator staat op;
https://leleivre.com/rf_LCBalun


Bij de 2 elements yagi moet een impedantie van 15 ohm aangepast worden.
De calculator geeft 2 x 62 nH en 2x 82 pF op. In de praktijk voldoet 2x 68 pF beter. Dit zal komen doordat de aansluitdraden van de C' s een zelfinductie hebben. Dit resulteert in een iets hogere pF waarde. De 'spoelen' bestaan uit 2 stukjes zwart schakeldraad van 8,5 cm lang. Beide in de vorm van een grote lus. Een normale spoelvorm zou meer invloed van vocht hebben.


Over de antenne.  
Ik heb een afstand van 40 cm toegepast tussen dipool en reflector. De gain is nu ca. 4,7 dBd. Kleiner zou kunnen , maar dan worden de maten heel kritisch. Bovendien zakt de impedantie dan naar ca. 5 ohm, hetgeen ook weer verliezen geeft.
De  antenne is opgebouwd met 4 staafjes 6 mm aluminium van 1 meter lang. Dipool is 2 x 1 meter met 8 mm tussenruimte. Dus dat komt mooi uit. In het midden van de reflector heb ik een buisje van 40 cm lang en 8 mm dik toegepast. Zowel voor wat stevigheid en nu is de lengte simpel te veranderen. 
Let erop dat beide maten in elkaar passen. Dit is bij willekeurige buis niet altijd het geval.
In de buisjes is m3 draad getapt voor bevestiging van de boutjes.
In gebieden met veel wind kan beter 8 mm toegepast worden. Bij mij staat een exemplaar met 6 mm al een jaar op dak zonder storm-problemen.

Resultaten
Het werkt goed. Bij zware regen gaat de resonantiefrequentie wel iets omlaag. Maximaal een paar honderd khz.
Maar bij een gamma-match gaat vooral de SWR omhoog.

De simpele constructie met 2 lussen en 2 C's

Maten van de 2el. antenne

Balun calculator van Leleivre

Dual band matching networks for VHF endfed vertical antennas

Recently I succeeded in designing a dual band matching network for a 70 and 144 Mhz 1/2 wave endfed vertical.
On both bands the impedance is high. About 300 ohm on 2m and 600 ohm on 4 meter band.

After this, I decided to design networks for a 28 + 50 vertical with trap.

I used the Smith chart program of Prof. Fritz Dellsperger.

Here are some results;

28 + 50 Mhz, both transformed from 50 to 800 ohm

28 + 50 Mhz, both transformed from 50 to 200 ohm

28 + 50 Mhz, both transformed from 200 to 800 ohm

50 + 70 Mhz, both transformed from 50 to 500 ohm

Dual band vertical antenna for 2 and 4 meter band (70 and 145 Mhz )

Because a 2 and 4 meter vertical is hard to find , I decided to built one.
It's a 1/2 wave with trap.
For both frequencies the impedance is high. About 500 ohms for 2m and 800 ohms
for 4 m.

This can be matched with the right dual band matching network. Consisting of two coils and two C's.
I designed it with a smith chart program. Although you have to retune it somewhat in the
' real world' . First I used plain coils, later isolated.

There is a 5.6 pf and 2.2 and 5.6 pf in parallel. Take at least 500 V types.

This is the circuit, designed with smith chart program.
2 meter section is 89 cm; 4m section 67 cm.

Description
The first (2m) part is 89 cm long. The lower part is of 12.5 mm alu rod and 65 cm long. It's attached with 2 pieces of 18 mm cutting board. In this tube comes a 30 cm long 10 mm tube that can be tuned with a hose clamp.
Then follows the trap. It consists of a 10 mm int. diameter PE tube. external 12 mm. The tubes are attached which 3 mm bolds and nuts. The coil consists of 4 windings, int. diameter 12.5 mm. Attached with cable lugs.
The parallel C is of 6 cm RG-58. When you tune it, start with about 8 cm and then cut it untill there is resonance. This coil is the easiest. For tuning connect it with a high impedance 145 signal, and there shouldn' t be any influence.
Above is 67 cm of 10 mm tube for the 4m band. Because the trap extends this part, it seems less then a half wave.

The dual band matching section consists of 2 coils and 2 C's. When they have the right values, it tunes both bands. It took a lot of  'try and error' to find it out. I also used a 1;4 transformer with FT140-61 toroidand transformed both bands to 200 ohm. To transform this to 500-800 ohm is less critical. However you need large coils (500 and 650 nH)

Trap with 200 nH coil and 6 pf RG-58

Here's the 3 pf fine tuning C

Results

It works fine. SWR is below 1.3 on both bands.

Indoor testing. Sorry for the French..

Determining coils and c' s

Testing with FT140-61 coil, 2.5 windings. This gives larger bandwidth and the step up coils have to be larger; 500 nh and 650 nH. But more complicated.

indoor testing..