Nick Kennedy WA5BDU

http://pages.suddenlink.net/wa5bdu/efhw.htm

http://www.tyler.net/wa5bdu/efhw.htm

Introducere

În discuțiile referitoare la o antenă alimentată la un capăt, radioamatorii recomandă ca ”lungimea antenei să fie diferită de multiplii unei jumătăți de lungime de undă”. Motivul foarte valid pentru aceasta este că impedanța ridicată din punctul de alimentare al antenei se afla în afara gamei celor mai multe emițătoare și unități de reglare externe.

Cu toate acestea, în ultimii ani, exact această configurație a fost folosită ca un avantaj și popularitatea sa a crescut printre radioamatori, în special pentru lucrul în QRP. De fapt, dacă este utilizat un tuner potrivit, antena poate fi un performer foarte bun cu mai multe avantaje. Câteva avantaje sunt menționate mai jos:

- Antena este "fără linie de alimentare";

- Pierderi prin împământare (în sol) reduse însemnând că sunt necesare doar cele mai

   simple împământări sau contragreutăți;

- Funcționează bine în configurații verticale, înclinate, V-întors și în L inversat;

- Tunerul este ușor de construit și de utilizat;

- Tunerul poate fi, de asemenea, utilizat pe benzi de frecvențe legate armonic, cum ar fi

   40 și 20 de metri.

Toate aceste avantaje recomandă antena EFHW ca o antenă ideală pentru lucrul în portabil. Ușurința de instalare mă atrage în special din cauza problemelor pe care le-am avut tot timpul la trecerea liniilor de alimentare ale antenelor printre copaci. M-am dovedit a fi destul de stângaci cu diferite curele și alte dispozitive de ridicare a antenelor. In mod uimitor, o singura trecere peste o creanga de 6 metri este tot ceea ce este necesar sa punem in practica o antena destul de funcțională EFHW in banda de 40m într-o configurație de V inversat.

Detalii tehnice privind adaptarea

Impedanța la punctul de alimentare al unei antene EFHW nu este cel mai ușor lucru de stabilit, în afară de a afirma că este de câteva mii de ohmi și nu este o problemă ușoară pentru a o adapta cu impedanța de ieșire a emițătorului. Impedanța antenei în punctul de alimentare are o variație mică în funcție de dimensiunea (diametrul) firului antenei. În schimb, impedanța la punctul de alimentare are o variație mai mare în funcție de configurația antenei.

O valoare de 3000 ohmi este o estimare bună pentru rezistența de la capătul unei antene în lambda pe 2. Modul cel mai popular de a oferi o adaptare este de a proiecta pur și simplu un transformator de adaptare cu miez toroidal și cu un raport al numărului de spire de aproximativ , vezi schema de principiu a adaptorului din Fig. 3. Folosirea unei singure înfășurări cu priză se utilizează în mod obișnuit, dar se pot folosi și înfășurări separate.

De obicei, reactanța înfășurării destinată pentru conectarea la firul de antenă nu este mare în comparație cu rezistența de 3000 ohmi care se poate măsura la capătul antenei. În acest fel reactanța inductivă a acestei înfășurări tinde să șunteze rezistența de sarcină (de la capătul antenei). Această problemă este corectată prin adăugarea unui condensator variabil (trimer) în paralel cu această înfășurare pentru a-i crește impedanța, obținând un circuit rezonant LC paralel. Acum avem un transformator plus un condensator de reglaj care va fi ajustat pentru rezonanță. Acordul la rezonanță, care înseamnă realizarea adaptării, va fi arătat de cel mai mic SWR indicat de LED-ul tunerului, vezi schema tunerului prezentată în Fig. 3. Este o practică obișnuită să se construiască un indicator SWR simplu amplasat în incinta unității de adaptare.

Mai jos sunt fotografii ale tunerului meu construit pentru o antenă EFHW. El conține un indicator pentru SWR, indicatorul fiind o diodă LED.

Fig. 1. Panoul frontal al tunerului

Tunerul se află într-o cutie de 4,25 x 5 inci, cam mare pentru lucrul în portabil. Cu puțină grijă cutia ar putea fi redusă la dimensiuni mai mici.

Privind schema de principiu a tunerului din Fig.3, se constată că atunci când transiverul este pe recepție, curentul indus în antenă va circula prin înfășurarea primară a transformatorului de adaptare către pământ. Deci, înfășurarea transformatorului conectată la capătul antenei este înfășurarea primară. Evident, cealaltă înfășurare este cea secundară.

Rețineți că am ales să comut între două prize secundare, astfel încât rapoartele numărului de spire sunt 32:6 (LO - impedanță joasă) și 32:4 (HI - impedanță ridicată).  Am apreciat că rezistența de intrare în antenă are două valori, câte una pentru fiecare dintre cele două benzi de frecvență, 40 și 20 m. De asemenea, am apreciat că cele două valori sunt 1400 ohmi și respectiv 3200 ohmi. Aceste valori trebuie adaptate cu valoarea de 50 ohmi, valoare pentru care a fost proiectată impedanța de ieșire a emițătorului.

Pe panoul frontal am folosit o combinație banană-jack pentru a conecta antena și un șurub pentru legarea la pământ. Panoul frontal al tunerului este decupat dintr-o bucată de placă de circuit imprimat cu o singură față, iar componentele sunt montate (lipite) pe cealaltă parte așa cum vedeți în fotografia de mai jos, Fig. 2.

Cele două rezistențe de 50 ohmi sunt obținute din rezistențe de câte 100 ohmi conectate în paralel. Torul pentru circuitul SWR-ului ”atârnă” de rezistorul din dreapta (vezi poza, Fig.2).

Aceasta este imaginea din interior a tunerului, Fig.2. O versiune simplă ar include doar condensatorul variabil și transformatorul cu tor din ferită, de culoare roșie, de gabarit mai mare. Comutatorul din stânga torului este pentru comutarea între impedanțele LO și HI. Rezistențele și alte componente din partea de sus sunt pentru indicatorul SWR-ului. Condensatorul variabil (trimer) pentru adaptarea antenei este de 50 pF iar torul este de tipul T130-2. Înfășurarea primară a torului are 32 de spire, oferind o inductanță de . Secundarul torului are 6, respectiv 4 spire pentru selecția între impedanța înaltă sau joasă.
Schema pentru tunerul unei antene EFHW este prezentată mai jos, Fig.3.

Se observă că înfășurarea primară a transformatorului pentru alimentarea LED-ului care indică adaptarea, este conectată în diagonala unei punți Wheatstone. În trei dintre cele patru brațe ale punții se află câte o rezistență de câte 50 ohmi, iar în al patrulea braț se află secundarul transformatorului care este cuplat la antenă. Atunci când puntea este la echilibru, tensiunea din diagonala punții este nulă. În această situație rezistența ”văzută” la bornele secundarului transformatorului este tot de 50 ohmi, respectiv impedanța transceiverului este egală, sau aproximativ egală, cu impedanța ”transformată” a antenei.

Se poate obține un SWR de 1:1 cu acest adaptor?

Tunerul pentru o antenă EFHW este un transformator cu raport fix, deci este posibil să nu poată realiza un SWR de 1:1 (adaptare la impedanța de 50 ohmi a transiverului) cu toate că lungimea antenei este în jumătate de lungime de undă.

Conductorul antenei (care este în jumătate de lungime de undă) are in punctul de alimentare o rezistență de aproximativ 3000 ohmi, iar raportul numărului de spire al tunerului are doar două posibilități: (32/6) spire și (32/4) spire. Pentru raportul impedanțelor se obține (32/6)² =28.44 și (32/4)² =64.

În poziția LO transformarea este de la 3000 la 105 ohmi () și s-ar obține un SWR de 2:1. În poziția HI, transformarea ar fi de la 3000 la 46.87 ohmi ( oferind un SWR de 1,06. Aceste valori sunt aproximative pentru că s-a presupus că rezistența la capătul antenei este 3000 ohmi.

...........................................................................

Valorile de mai sus s-au obținut astfel:

  coeficient de reflexie;            raport de unde staționare;

 impedanța de ieșire (în ohmi) pentru care a fost proiectat emițătorul.

..............................................................................

Într-un alt caz se consideră că rezistența în punctul de alimentare a antenei este de 2500 ohmi. Rezultă că cele două valori posibile transformate (sau reduse la secundar) sunt 88 ohmi () cu un SWR de 1.76 și respectiv 39 ohmi () cu un SWR de 1.3. Nu e rău, dar nu se poate atinge 1:1 cu această configurație.

O altă problemă o constituie reactanța înfășurării primare a tunerului. Dacă lungimea antenei dumneavoastră deviază semnificativ de la o jumătate de lungime de undă, atunci rezistența la capătul ei va scădea semnificativ. Folosind tunerul descris mai sus, reactanța înfășurării primare a acestuia rămâne la o valoare ridicată în comparație cu rezistența de la capătul antenei care a scăzut. Circuitul nu are un mijloc specific de anulare a reactanței, deși poate că reglând puțin condensatorul de acord în afara rezonanței s-ar putea să o facă într-o anumită măsură.

Unii radioamatori cred că SWR-ul este o măsură a cât de bine funcționează o antenă, sau, cu alte cuvinte, că o antenă cu un SWR 1:1 funcționează mai bine decât una cu un SWR 1.6:1. Nu este așa! Puteți avea un SWR de 1:1 dar antena să nu radieze.

Cu aceste avertismente date, eu reglez (ajustez) tunerul pentru o strălucire minimă a LED-ului,  intru pe o bandă de frecvențe și încep să fac QSO-uri. După toate acestea, totuși, am măsurat din nou lungimea firului de antenă, izolat cu teflon și cu mărimea # 24 AWG, (diametrul de 0.511 mm, https://en.wikipedia.org/wiki/American_wire_gauge)

și l-am rearanjat printre copaci. Am obținut un SWR 1:1 cu comutatorul în poziția HI Z.

Tuner pentru o antenă EFHW fără nicio componentă de reglaj ("No-Tune" EFHW Tuner)

Mi-a trecut prin minte că dacă torul ar putea fi realizat cu suficientă reactanță în înfășurarea primară atunci s-ar putea face o adaptare între rezistența de ieșire a emițătorului și rezistența mare a antenei în punctul de alimentare. În acest caz nu ar mai fi necesar condensatorul variabil pentru a obține rezonanța și nici comutatorul pentru prizele din secundarul transformatorului.

Pentru a obține o inductanță cu reactanță mare ar fi nevoie de un miez de ferită cu permeabilitate ridicată. Am folosit un tor din ferită de tipul FT-114-43 și cu ceva mai mult de 30 de spire aș putea ajunge de la  la , oferind cel puțin 25000 de ohmi (reactanță) pe banda cu frecvența cea mai mică care mă interesează, respectiv pe banda de 40 metri.

 .............................................................

(; Această valoare este puțin mai mare decât 25000 ohmi).

..............................................................

Așa că am construit în acest fel adaptorul și a funcționat destul de bine, rezultând o adaptare cu o singură componentă, respectiv cu torul de ferită pe care este bobinată înfășurarea care este conectată la capătul antenei (fără comutator pentru prize și fără circuitul punte pentru măsurarea adaptării). Mai jos, în Fig.4, este o fotografie a acestui adaptor asamblat.

Această fotografie prezintă cea mai recentă versiune, utilizând un bobinaj primar cu o priză pentru secundar. Am 31 de spire cu priză la a 4-a spiră față de punctul de legare la pământ. Izolarea punctului de conectare la pământ a fost posibilă, folosind înfășurări separate, dar am obținut rezultate mai bune cu o conexiune comună la pământ (respectiv cu o priză scoasă pentru secundar).

Conductorul pentru conectarea la pământ se leagă la borna neagră, iar antena se leagă la borna roșie.

Iată o actualizare de la o postare la lista de e-mail 4SQRP care descrie modul în care am măsurat pierderile în acest adaptor:

Am un watmetru construit dintr-un kit de piese Kanga (cip AD8307) bazat pe un articol de Hayward și Larkin în QST din iunie 2001,( http://on4khg.be/wordpress/wp-content/uploads/2015/02/Simple-RF-Power-measurement-W7ZOI-W7PUA.pdf ).

Am bobinat un al doilea transformator identic cu cel din adaptor și am conectat cele două înfășurări de înaltă impedanță. Semnalul de la sursa MFJ259B merge la o înfășurare de 50 ohmi, iar cealaltă merge la watmetru. Citirile de putere de referință au fost făcute cu MFJ259B direct pe watmetru. Diferența dintre cele două, împărțită la 2, este pierderea unui adaptor. Iată rezultatele:

40 m   0,8 dB

30 m    1 dB

20 m    1,3 dB

15 m   2,2 dB

Folosesc antena mea pe benzile de 40, 30 și 20 metri și nu consider că aceste pierderi sunt excesive.

Actualizare iunie 2012

După ce am primit un e-mail de la un tip care avea probleme cu acest adaptor, m-am întors și am făcut câteva măsurători de SWR. Poate nu atât de bine pe cât ași fi vrut. Am refăcut măsurătorile de două ori. Mai întâi am refăcut una dintre înfășurări care era cam neglijent realizată. Nu s-a simțit aproape nicio îmbunătățire. Așa că am refăcut înfășurarea pe miez cu sârmă de cupru emailată #22. Am scos o priză la a 4-a spiră de la conectarea la pământ. Nu am folosit o înfășurare separată. Nu sunt sigur dacă asta mi-a ajutat la îmbunătățirea SWR-ului. Citirile în timpul utilizării unui rezistor de sarcină de 4.7kohmi sunt date mai jos. După cum puteți vedea, acest tuner ar trebui luat în considerare pentru benzile de 80 până la 20 de metri. Pentru benzile superioare, încercați 15 spire în primar și 2 spire în secundar și vedeți cum funcționează.

BAND            SWR

80                  1.4

40                  1.3

30                   1.3

20                  1.7

17                  2.4

15                  3.2

Mai multe măsurători și modificări sunt prezentate mai jos.

Schema înfășurării bobinată pe torul de ferită este arătată mai jos.

Câteva actualizări.

Am întâmpinat câteva probleme atunci am măsurat SWR-ul la antena mea reală EFHW spre deosebire de situația în care în loc de antenă era conectat un rezistor de 4.7kiloohmi. La antena pentru 20 de metri SWR-ul a fost prea mare. Lumea reală îți face probleme.

Cred că cea mai mare problemă este că de obicei eu folosesc antena EFHW proiectată pentru banda 40 de metri și pe banda de 20 de metri. Pe banda de 20 de metri antena este într-adevăr un End Full Wave (lungimea antenei este egală chiar o lungime de undă). A dat rezultate excelente în aer, așa că nu m-a m-ai interesat

SWR-ul obținut.

Primul meu gând a fost să conectez un condensator în paralel cu înfășurarea primară pentru a anula reactanța inductivă prea mare a înfășurării primare. Nu am avut prea mult noroc cu asta deoarece foloseam antena proiectată pentru banda de 40 metri EFHW pe ambele benzi 40 și 20 metri. Așa că am pus un EFHW separat pentru banda de 20 metri (33'-3"; cu lungimea de 33 feet și 3 inch, respectiv 10.1346 metri) pentru testare pe banda respectivă.

Am constatat că punerea unui condensator de 220 pF în paralel cu intrarea (partea TX, vezi Fig. 4) mi-a adus SWR-ul la 1.6. Cu același condensator am obținut un SWR de 1.3 pe banda de 40m folosind EFHW.

Așa că acum sunt mulțumit de antenă,  pentru benzile de  40 și 20 metri, cu acest adaptor „fără condensator variabil pentru acord și fără comutator pentru prize”. Sunt sigur că pe banda de 30 m ar fi OK. Nu m-am uitat pe benzile superioare.

În final se prezintă trei variabile de care trebuie să se țină seama:

1. Una dintre variabile este lungimea firului de antenă. Pentru o lungime a antenei egală cu o jumătate de lungime de undă folosiți formula  unde  se obține în feet dacă  este în MHz, sau  unde  se obține în metri dacă  este în MHz.

2. O a doua variabilă o constituie numărul de spire pentru secundar sau la câte spire de la capătul înfășurării legată la pământ se scoate priza pentru secundar. Este valoarea de 4.7 kohmi o estimare corectă pentru rezistența de la capătul antenei?

3. Conductorul antenei mele este izolat cu teflon și are mărimea #22AWG, respectiv are diametrul de 0.644 mm în sistemul metric. Un diametru mai mic conduce la o rezistență mai mare la capătul conductorului de antenă.

Lucrări de referință pentru EFHW

1. Discuție de Joe Everhart, N2CX pe pagina NJQRP

http://www.njqrp.org/n2cxantennas/halfer/index.html . (Ne pare rău, link-ul nu mai este activ, așa că l-am eliminat. Încercați o căutare pe Google) .

2. Bill Jones, KD7S în Adventure Radio Society Archives descrie că acest transmatch funcționează și se potrivește pentru o antenă EFHW.

(Ups, din nou un link dispărut. Dar am vrut să las referința și descrierea).

3. Richard Fisher, KI6SN, de asemenea în ARS Sojourner, descrie indicatorul SWR pe care l-am folosit în tunerul meu convențional, credit N7VE și W6JJV. Circuitul este frumos, deoarece folosește un LED în loc de un instrument de măsură și, de asemenea, pentru că este o punte disipativă - asigurând că SWR-ul nu va depăși 2:1 atunci când este în modul Tune.

4. Câteva analize tehnice detaliate și circuite de potrivire de Tom Rauch W8JI

http://www.w8ji.com/2end-fed_1_2_wave_matching_system_end%20feed.htm  

5. Steve Yates, AA5TB despre EFHW. Steve este unul dintre principalii avocați ai EFHW și are o pagină bună, http://www.aa5tb.com/efha.html  .

21 ianuarie 2007, 20 ianuarie 2008, 6 mai 2008, 25 iunie 2012, 12 ianuarie 2015.

Nick Kennedy WA5BDU

Articol aparut la 25-4-2021

4171