VOORAFOm een goed werkende spertop te maken is weinig materiaal nodig. Wat je nog liggen hebt kan vaak bruikbaar zijn. Bij serieuze bouwplannen eerst hier lezen in verband met te verwachten ( on ) nauwkeurigheden e.d.
KORTE BOUWBESCHRIJVING VAN EEN 23 CM SPERTOP ( BENADERINGSFORMULES )
Als voorbeeldje bedoeld. Met weinig ervaring zal een 145 MHz type ( of zelfs de 435 MHz uitvoering hiernaast ) makkelijker zijn. En er zijn veel manieren van bouwen mogelijk. Kijk eerst of je nog iets geschikts liggen hebt. Bepaal de gewenste stevigheid, robuustheid van het ontwerp. Vuistregel ( Rothammel ) : verhouding tussen straler en pijp mag zijn tussen 1:2 ( 1:3 ) en 1:4 .. Kies een centerfrequentie f bijvoorbeeld 1280 MHz. Bepaal nu eerst de toe te passen verkortingsfactor V voor de 0.5 en 0.25 lambda lengten ( respectievelijk straler en pijp ). Volgens : golflengte ( 300/f ) gedeeld door stralerdikte d ( beide bijvoorbeeld in centimeter ). Met behulp van deze uitkomst vind je in de tabel ( zie hieronder ) de verkortingsfactor V. De straler kan je eventueel zelfs van een stukje draadeinde maken bijvoorbeeld met een diameter van 6 mm. De schlankheitsgrad S is dan 300/1280/0.006=39.0625. Je vindt nu de verkortingsfactor, zie hieronder ( volgens Rothammel, klik op het plaatje voor een wat grotere afbeelding ). In dit voorbeeld dus circa 0.94.
Je kan nu de straler en de pijp op lengte maken volgens (300/f=1280).500.V en (300/f=1280).250.V. Let op ! De staaf, die onder meer de straler vormt, bestaat uit een stuk en loopt door de pijp heen. Aan de onderzijde is de lengte niet kritisch. Dat deel kan je met voordeel gebruiken voor montage. Bovendien kan je nu de stralerlengte iets groter nemen dan de bedoeling is ! Voor eventuele correcties aan te brengen, je weet maar nooit. De betreffende staaf heeft dus een totale lengte van 0.5 lambda + 0.25 lambda + lengte montagedeel ! Tot slot, de hoogte van het chassisdeel boven de bodem ( binnenmaat ! ) en de aansluiting ervan op de staaf die door de pijp loopt, bedraagt : (300/f=1280).(145/3). Met een niet te dik soldeerboutje is deze verbinding bereikbaar van boven af.
HET JAVASCRIPT ( ROTHAMMEL, BENADERINGSFORMULES ) EN VERVOLG BOUWBESCHRIJVING
Uiteraard is bovenstaande ook uit te rekenen met behulp van een JS. We willen de ( aspirant ) bouwer niet te hard laten werken ! Daarom schreef ik het scriptje dat alles voor u berekent ( ook VHF en UHF toepassingen ). Zie hier .. Dit script is iets uitgebreider dan SperrTopf & Calcs ( hoofdmenu, net boven SperrTopf & More ). Het verdient aanbeveling om eerst deze pagina te lezen, met name onderaan ..
Verder nu met de bouw van ons voorbeeld :
De tube, op maat gemaakt, voorvertind met behulp van een soldeerbout met passend vermogen. De meetkundedriehoek werd voor een aligncheck gebruikt. De te solderen schijf aan de onderzijde van de spertopantenne. De straler gaat door de opening in de schijf en kan worden bevestigd met een moer of gesoldeerd of gelast ( montage zonder moer is uiteraard veel nauwkeuriger te noemen, zeker op deze relatief hoge frequentie ). Let op de benodigde temperatuur, als je de schijf vastsoldeert. Er moet een mechanisch stabiel en ( ook electrisch gezien ) goed contact bestaan tussen beide onderdelen ! De straler met de boring voor het 2 mm boutje met de soldeerlip voor de verbinding naar het SMA chassisdeel. Het vastsolderen heb ik via de bovenzijde met een relatief smal boutje gedaan. Daar is niet veel vermogen voor benodigd omdat het contact van het SMA chassisdeel snel op temperatuur komt in verband met de geringe massa. Binnengeleider en SMA chassisdeel, gemonteerd. De 6 mm straler ( binnengeleider ) is vastgezet in het coaxiale pijpje. Aan de onderzijde komt de binnengeleider weer tevoorschijn en kan met voordeel voor montage en eventuele aarding gebruikt worden. Het plastic kapje bovenaan en de combimoer, te zien aan de onderzijde ( afbeelding links ), dienen uitsluitend als hulpmiddel bij de montage en worden nadien verwijderd ( de moer mag desgewenst blijven zitten ).
Een proefopstelling van de SHF spertopantenne samen met een 1280 MHz home made GaAsFET preamp met MGF1302 ( MGF1502 ) en twee maal MSA 0685 ( MAR 11 ) waarvan het ruisgetal redelijk laag is. Dat werkt nog steeds erg goed. Ik heb deze voorversterkers in gebruik genomen vanwege de stabiliteit ( parasitaire oscillaties zul je zelden of nooit aantreffen ). Het ontwerp is beschreven door DB3XE en later in Electron ( JULI 1990 ) door PA0SON.
In de tube is het SMA chassisdeel gemonteerd. Dit is redelijk duidelijk op het ( GSM ) fotootje te zien. De preamp is extra beveiligd vanwege het feit dat het spertopje ladingen afvoert, neutraliseert, voordat deze de FET bereiken. Zolang alles met de coaxkabel verbonden is, gaat het prima .....
Betreffende de ontvangst is deze antenne plezierig om mee te werken, een openbaring. Geen K&K ( knetter en kraak ) meer hi. En soms een lager ruis niveau, indien er geen uitzending ontvangen wordt. Qua zenden gaat het ook goed, lage SWR en een erg mooie afstraling. Een toppertje ((-,O)) .....
De spertop als ATV zendantenne. Het eerste SHF prototype, bestemd voor gebruik tijdens een flight. Het werkte meteen goed. Dat had uiteraard ook te maken met de werkhoogte ..... Het vermogen ( Pmax=50W op 1280 MHz ) kan voor een SMA connector net iets teveel van het goede zijn ! De antenne zelf kan het gemakkelijk aan.
Voor een flight werden overigens zeer lage vermogens toegepast. Zoals 10, 50 of 300 mW ..... Vanaf een hoogte van bijvoorbeeld 6000 voet ( feet ), dat is circa 1800 meter, kunnen de zwakke signaaltjes erg ver reiken.
Het spertop JS geeft al aardige resultaten ( zeker indien er na de bouw nog een beetje getuned kan worden ! ) maar kan niet zeer nauwkeurig ingesteld worden omdat een aantal parameters per gewenste frequentie niet vastliggen. Maar er is hoop. In de pdf file ( on5zn_antenne.pdf zie hier * ) direct onder de QSL kaart van Laurent ON5ZN, vind je een tekening van de spertopantenne. Daarin zie je dat de pijp in feite bestaat uit een transmissiedeel met impedantie Zo en een kortgesloten stub ( bodemdeel ). De impedantie, 'gezien' door het geplaatste chassisdeel, wordt onder meer bepaald door de afstand tot de bodem van de stub, tenminste indien een match mogelijk is bij de gegeven parameters. Ik heb bij onderstaande ontwerpjes nu eens gekozen voor een Zo = 50 Ohm. De straler heeft een gegeven impedantie Za en kan bijvoorbeeld met behulp van EZNEC of de file HWmonopoleNL1.pdf ( van TETECH ) vastgesteld worden.
* in de pdf file ( on5zn_2m_meting.pdf zie hier ) is een interessant resultaat ( 145 MHz spertop ) te zien.
Hieronder volgen drie ontwerpjes die al veel nauwkeuriger kunnen uitvallen omdat er een gegeven stralerdiameter voor een bepaalde frequentieband is, en bij Zo = 50 Ohm. Bovendien wordt vanwege de toegepaste complexe rekenmethode een en ander vergemakkelijkt. Het werken met complexe ( reeele en imaginaire ) getallen is trouwens erg leuk om te doen. Het grootste probleem was de bepaling van de stralerimpedantie ( eindgevoed en verticaal geplaatst boven grondvlak ) bij hogere frequenties. Voor de 2 en 70 heb ik de formules gebruikt zoals gegeven in : HWmonopoleNL1.pdf ( van TETECH ). Zie het JS onderaan de pagina. De results komen aardig in de buurt van die uit EZNEC.
Dan de eigenlijke berekeningen met PasanSE. Resultaten onder voorbehoud. Je vindt de afstand in mm betreffende : chassisdeel - top ( transmissiedeel ) en chassisdeel - bodem ( kortgesloten stub ). Samen totale lengte van de sleeve. De grootste afwijkingen kunnen existeren bij het 23 cm model, omdat Za moeilijk te bepalen is. De verkortingsfactor is in de berekening op een gesteld ( V = 1.0 ) vanwege onbekende materiaalkeuze e.d. !
Met dank aan Luc ON5UK, hij werkt onder meer met EZNEC en vestigde ook de aandacht op PasanSE, zie hier voor download. In de on5zn_antenne.pdf file legt hij glashelder uit hoe een en ander werkt. Hij stuurde me als antwoord op een vraag enige Za waarden in complexe eenheden ( met EZNEC gevonden ). En met betrekking tot 1280 MHz :
Ik weet niet in hoeverre EZNEC nog betrouwbaar is voor de berekeningen op 1280 Mhz maar met een lengte van 11 cm (halve golf op 23 cm) en een diameter van 6 mm bekom ik Za=107-j.163 ohm. Resonantie op 1280 Mhz bekom ik met een straler van 7,5 cm en diameter 6 mm. En dan is : Za=171+j.17 ohm.Indien er iemand nog iets over wil schrijven ( berekeningen, ervaringen bij hogere frequenties ), graag een berichtje aan PC1L : [email protected]
Om de maten goed te kunnen aflezen, klik op de thumbnails, zie ook onderaan de pagina .. te zien van boven naar beneden een 145, 435 en een 1280 MHz uitvoering .. het eerste plaatje geeft onder meer de lengte van de transmissielijn en het tweede die van de stub ..
145 MHz
d = 10 mm D = 23 mm => Zo = 50 ( 49.9 ) Ohm
Za = 675 Ohm
430 mm + 94.8 mm ( 16.20 nH )
stralerlengte = 943 mm
Q = 4.63
Bswr2 = 22.25 MHz435 MHz
d = 6 mm D = 13.8 mm => Zo = 50 ( 49.9 ) Ohm
Za = 489 Ohm
138 mm + 37.7 mm ( 6.54 nH )
stralerlengte = 310 mm
Q = 3.94
Bswr2 = 78 MHz1280 MHz
d = 2 mm D = 4.6 mm => Zo = 50 ( 49.9 ) Ohm
Za = 495 Ohm
47.1 mm + 12.7 mm ( 2.21 nH )
stralerlengte = 105.5 mm
Q = 3.96
Bswr2 = 233 MHz
