ON1BES Labo 2018


Labo talk 2018

home
Back to Index-page

  For english version klik here

SDR Antenne keuzes, de simpele uitleg
_________________________________


Ik krijg heel wat vragen over SDR antennes. Velen zijn echter enkel geïnteresseerd in een scanner of weer-foto's te ontvangen. Maar zo werkt het niet.
Voor bij wie SDR-radio nieuw is , of geen radio-techniek achtergrond heeft , leest toch best even dit artikel door.

Welke antenne heb ik nodig voor SDR ?


Om deze vraag te beantwoorden, moeten we eerst kort uitleggen hoe radiogolven ontvangen kunnen worden.
In de eerste plaats is ELKE antenne in de praktijk afgeleid van een DIPOOL .
Een DI-POOL, dat zijn 2 gelijke draden of staven in één lijn , en in 1 periode (golf), ontvangt de ene het negatieve deel, en de andere het positieve deel van de radiogolf.
Radiogolven bevatten een wisselspanning, die wisselt volgens een bepaalde frequentie.
B.v. een radiogolf op 10MHz (10 Megahertz) wisselt 10.000 000 keer per seconde, ofwel 10.000 000 perioden per sec. van polariteit , dus ook het radio-signaal dat op de dipool ontvangen wordt.
Wire Dipole Rod Dipole Vertical Dipole FM TX and a Groundplane
Wire Dipole Rod Dipole Vertical Dipole FM TX and a Groundplane

De lengte van onze antenne-draad of een dipool berekenen.


Radiosignalen bewegen zich in de lucht voort met ongeveer de lichtsnelheid of 300.000 000 meter/sec.
Op een ontvangst-frequentie van 10MHz kunnen we dan de golflengte van onze antenne berekenen met de formule :
Golflengte in meter = 300 / Freq(in MHz) = 300/30 = ~30 m. We zouden dus een draad nodig hebben van 30 meter !
Hier is nog geen rekening gehouden met onvermijdelijke kabelverliezen, die het sigaal onderweg nog zullen vertragen (de verkortingsfactor).
Om praktische redenen wordt een dipool gemaakt op de helft van één periode (1 periode = 1 golflengte = hier 15m voor 10MHz), vanwege het wisselende veld .
Hierbij moeten we de dipool in het midden kunnen voeden, omdat er op de uiteinden een te hoge spanning staat, en we onze antennekabel daar niet op kunnen aansluiten.
Dus delen we de dipool van 15m op in 2 stukken van 7,5 m. Nu is het mogelijk om op onze dipool stroom en spanning te ontvangen op een frequentie van 10Mhz, omdat de stroom in het midden door het nul-punt gaat en dus ook laag is op ons voedingspunt.
Om een andere frequentie ideaal te ontvangen, zouden we telkens de lengte van de dipool moeten aanpassen, wat in de praktijk niet kan.
Om dit op te lossen maakt men de dipool met wat kunstgrepen iets meer breedbandig.
Maar aan de zender/ontvanger is dan meestal een antenne-tuner nodig, om exact op een bepaalde frequentie af te kunnen stemmen.
Indien men dat niet doet, dan is er een kans dat men de zender, bij uitzenden zal beschadigen.
Als men enkel maar wil ontvangen, is dit probleem er niet, maar de ontvangst-gevoeligheid, zonder een tuner, kan dan wel afnemen.
1/2 Wave Dipole Voltage and Current Broadband Dipole Antenna and Tuner
1/2 Wave Dipole Voltage and Current Broadband Dipole Antenna and Tuner

De antenne voeding.


In het midden van een dipool zijn de staven/draden gekoppeld aan een voedingskabel die naar de ontvanger/zender gaat.
Deze voedingslijn is altijd symmetrisch aan een dipool , dus met 2 parallelle draden naar de ontvanger.
Dit soort voedingskabel werd vroeger het meest gebruikt bij zenders/ontvangers.
Herinner u zich dat vroeger, de TV toestellen ook van die platte kabel hadden (kleur in zwart of wit) .
Dit antenne systeem met symmetrische voedingskabel heeft in de praktijk een transport-weerstand (impedantie) van ongeveer 300 ohm.
De zender/ontvanger-ingang is hierop aangepast , voor verliesarm transport van de radiogolven. Indien er (zoals tegenwoordig) een coax kabel gebruikt wordt (= asymetrische kabel), moet er kort bij de antenne een omzetter geplaatst worden (balun) naar een asymmetrische voedingskabel.
Anders wordt er een deel van het radiosignaal kortgesloten naar de massa (grond/afscherming), en dat willen we niet.
Deze omzetter kan b.v. met een extra stuk coax-kabel gemaakt worden, of met een ringkern transformator.
Op deze manier kan de 300 ohm weerstand omgezet naar ongeveer 75 of naar 50 ohm.
De meeste ontvangers zijn aangepast aan deze weerstand, zodat verliesarm transport van signaal mogelijk is.
Een standaard SDR stick heeft ook een ingangsweerstand van 75 ohm (net zoals de voegere TV toestellen).
Veel vaste radio's hebben nog altijd een 300 ohm antenne ingang, om een platte lint-kabel aan te sluiten.
Symetric Feed Asymetric Feed Coax Matching Ringcore Matching
Symetric Power Supply A-Symetric Power Supply Coax Matching Ringcore Matching

Het redement van de SDR antenne.


Een dipool zal als standaard SDR antenne weinig zinvol zijn, omdat deze in princiepe maar voor één frequentie gevoelig is.
De lengte van de dipool bepaald welke radio-golf (golflengte) , of frequentie het best op de antenne ontvangen wordt.
Alle andere radio-golven worden dan verzwakt. Bovendien is een horizontaal opgehangen dipool maar in 2 tegenovergestelde richtingen gevoelig.
Een vertikale dipool ontvangt meer rondom radio-signalen.
Dit geldt ook voor de meegeleverde SDR staaf antenne.
Alhoewel vertikaal opgesteld, en dus rondom gevoelig, is dit nog altijd een simpele dipool, en dus maar op een zeer beperkt aantal frequenties te gebruiken.
Ook is er geen weerstand (impedantie) aanpassing naar de 75 ohm antenne-kabel , zodat er reeds een deel van het ontvangen signaal kort gesloten wordt.
Bovendien heeft deze kleine antenne een goed grondvlak (massa) nodig, door hem b.v. op een groot metalen oppervlak te plaatsen. Vergelijk het met een auto-antenne.
Als je in de voet van de antenne zou kijken, merk je dat meestal de massadraad (afscherming) zelfs niet is aangesloten , wat een extra probleem vormt.
Op deze manier hebben de aanwezige storingssignalen vrij spel om de antenne te bereiken.
Voor sterke TV DVB-T of Radio stations maakt dit niet zoveel uit, maar voor SDR des te meer.
Sommige meegeleverde uitschuifbare SDR antennetjes kunnen door in of uitschuiven een beetje aan de gewenste frequentie aangepast worden.
Horizontal Dipole FM Antenna Vertical Beer-Can Dipole Vertical Dipole DVB-T Telescopic Vertical Antenna
Horizontal Dipole FM Antenna Vertical Beer-Can Dipole Vertical Dipole DVB-T Telescopic Vertical Antenna

Een betere SDR antenne.


Voor de SDR met zijn zeer breed frequentiegebied, hebben we dus een betere antenne nodig, die op meerdere frequenties kan ontvangen.
Voorbeelden van een breedband antenne zijn b.v. een discone antenne, een vertikale duo- of 3-band antenne, een collinear antenna of een coax-antenne.
Hier is werk aan de winkel om deze eens op te zoeken op Google.
In ieder geval is het al zeer de moeite om eens een romdom coax-antenne te maken van b.v. een oude video-kabel met BNC stekker.
De kosten zijn praktisch nul, en je hebt geen speciaal gereedschap nodig.
Op mijn website vind je daar genoeg info over. Ook een aantal modificaties op standaard SDR staaf-antennes zijn beschreven.
draad dipool draad dipool draad dipool draad dipool
Broadband Discone Antenna 3-Band Car Antenne Collineair Coax Antenna 2 Band Coax Antenna

Ontstoring van een SDR antenne.


Dit verhaal gaat over de standaard SDR ontvangst op VHF-UHF (~24MHz - 1,2GHz) , maar dat geldt evengoed voor de uitbreiding van ontvangst naar de HF banden (0-30 MHz).
Om de HF banden te kunnen ontvangen , hebt u een SDR HF Upconverter nodig. De soms beschreven 'direct sampling' methode geeft eerder slechte resultaten.
Wie voor de eerste keer op zoek gaat naar radiostations met een SDR ontvanger , zal wellicht een vervelende verassing krijgen, omdat er behalve enkele FM stations, vele 'valse' signalen, EN een sterke ruis, niet veel te ontvangen is.
Daarom hier enige uitleg hoe dat komt. Voor sterke omroepzenders, of op de korte golf, is een stuk draad van enkele meter dat ergens in de kamer aan het raam hangt al genoeg.
Maar deze kamerantenne, en zeker ook de meegeleverde SDR staaf-antenne, pikt ook allerlei storingen uit de omgeving op van elektrische leidingen en apparaten.
Een belangrijk detail is, dat op hogere frequenties het signaal niet meer netjes in de kabel blijft, maar naar de rand van de geleider(s) gaat verhuizen (Google: Skin-effect).
Maar ook de afscherming van de kabel gaat een deel van zijn eigenschappen verliezen, en elke , wat langere afscherming op een kabel, gaat zelf als antenne beginnen werken, en dat is niet de bedoeling !
De tegenwoordige digitalisering heeft geleid tot een enorme toename van lokale achtergrondruis die ontvangst binnenshuis vrijwel onmogelijk maakt.
De ontvangst kan worden verbeterd door het juiste antenne type te kiezen, en buitenshuis op enige hoogte te plaatsen .
Helaas hebben we dan nog steeds storingen op onze ontvanger-ingang, die meestal afkomstig zijn van een vervuilde GROND-leiding of rand-aarde.
(Gebruik NOOIT de randaarde van een stopcontact als antenne-aarde ).
Zelfs als de antenne een absoluut schoon signaal afgeeft, wordt dat weer verpest door de vervuilde massa-aansluiting (mantelstromen).
Beide spanningen , goed signaal en storingssignaal , worden aan de antenne-ingang opgeteld, waardoor zwakke signalen verdwijnen in een sterke achtergrondruis.
Oplossingen om een vervuilde aardleiding te vermijden zijn b.v. het plaatsen van ringkernen (van ferriet of ijzer-poeder) in alle voedings-draden en ook USB kabels.
U vind ze nu al op de betere USB kabels en adapter voedingskabels voor Laptops en LCD schermen. Geen goedkope oplossing.
In de antenneleiding kunnen mantelstroom spoelen (Google: common mode chokes) geplaatst worden, die ook een gunstig effect op de ontvangst hebben.
De spoelen worden meestal geplaatst, op het punt waar de antenne-kabel het huis verlaat, én aan het voedingspunt van de antenne zelf.
Zowel aan de antenne (voet) en aan de ontvanger is een apparte aarding gewenst. Aan de ontvangerkant wordt meestal de antennekabel geaard naar de grond, op het punt waar de kabel het huis verlaat.
Op deze manier kunnen storingen niet de kabel opkruipen en de antenne bereiken.
Dit is perfect beschreven in artikels over actieve antennes zoals de MiniWhip, over mogelijke ontstoring van deze en andere antennes.
Een mantelstroom spoel kan u ook zelf maken, door met de antennekabel zelf een aantal windingen ( 6 à 10 ) op een 5cm spoelkoker te maken.
Bij zo'n actieve antenne wordt soms ook een scheidings-transformator in de antenneleiding geplaatst, om de vervuilde aarde te onderbreken.
Tenzij men e.e.a. zelf kan maken, zal het prijskaartje flink oplopen om wat redelijk ontvangst te hebben met een SDR Stick.
Dit is zeker geen compleet verhaal, en verschillende zaken zoals antennewinst, verkortingsfaktor, skineffect en nog andere zijn niet besproken.
Er zijn echter heel mooie artikels geschreven die deze materie aansnijden.
Links :

Collinear, Grondplane en MiniWhip :
Collinear antenna
Ground Plane antenna and others
Development of VHF Collinear Antennas
Fundamentals of the MiniWhip

SDR Onstoring :
Reducing RTL Dongle internal spurii and noise signals
Grounding of MiniWhip and other active whip antennas
Discone antenna for RTLSDR

_____________________________________________________________________________________________________________________

Downloads:

Geen
home mail: on1bes Scarlet.be