For English version klik here

Test en bouw van de FBK 2/70 'Mysterie' antenne

Een reis, of vaste vertikale coax antenne (oorsprong PA0FBK).

Ontwerp

Deze antenne is heel gemakkelijk te maken uit een stuk coax kabel van 50 ohm of 75 ohm , en kan zowel soepel (oprolbare versie) of stijve kabel zijn . De kosten zijn praktisch nul, als hij gemaakt is uit overschotten van RG-58(50 ohm kabel). Dit is ook de vroegere netwerkkabel, weet je nog, van toen met de BNC T-stukken.

Deze antenne wordt door sommigen als ietwat "mysterieus" beschouwd omdat de werking voor discussie vatbaar is. Niettemin zijn de prestaties van deze antenne zeer behoorlijk, en hij piekt, met de opgegeven lengten op ten minste 2 banden : 2 m en 70 cm . Met andere afmetingen kan de antenne voor andere frequenties gemaakt worden. Maar om enkel te ontvangen worden alle tussenliggende frequenties ook nog prima ontvangen, beginnend van +/- 100Mhz tot 600MHz of nog hoger tot een goeie 1GHz, met enige verzwakking.

Townsman princiepe

In princiepe is de FBK 2-70 antenne hieronder een afgeleide van de oude "Townsman" antenne (sleeve antenne), en hij lijkt ook een beetje op de J-Pole antenne. De werking van de Townsman wordt hier niet besproken maar kan u opzoeken met Google. Het princiepe komt ook voor in de FBK 2-70 antenne.

PA0FBK vertical coax antenne

Foto van de antenne
Klik op de tekening voor een groter versie

Ik heb meerdere soorten gebouwd van deze antenna, zowel met soepele als stijve coax. De soepele uitvoeringen zijn uitermate geschikt als reis-antenne of tijdelijke buiten-antenne. ( in een boom , uit een raam hangend enz.).

Voor het voedingspunt kan een BNC of PL259 connector gebruikt worden, maar dit is niet noodzakelijk, en kan ook weggelaten worden. Wat dan wel noodzakelijk is, is een ontkoppeling voor mantelstromen aan het voedingspunt waar anders de BNC zit, juist onder de STUB. Dit kan op 2 manieren: met dunne kabel kan men 6 windingen van de voedings-kabel als een spoel oprollen op een plastiek buis van 4 a 5 cm. Ofwel 3 a 5 ferriet ingkernen over de kabel klemmen/schuiven. Voor dikke kabel kan men een aantal grotere ferriet ringkernen over de kabel schuiven ter hoogte van het voedingspunt (min. 3 stuks). Men kan ook 4 radialen monteren aan het voedingspunt juist onder de STUB. De antenne met een PL259 of BNC op een grondplaat plaatsen mag, maar is niet strikt noodzakelijk.

Een geheim recept in plaats van ringkernen, is een paar reepjes "staalwol" uit de keuken rond de kabel te winden juist onder de STUB of het voedingspunt.
Nadien aftapen met plakband.

Bekijk goed de fotos van de FBK2/70 : voor elke versie zijn de kabel lengten hetzelfde. Deze antenne kan door iedereen zelf gebouwd worden. Er kan zelfs volledig 75 ohm materiaal uit de electro winkel (TV kabel, stekkers) gebruikt worden, zodat een soldeerbout niet nodig is voor de construktie.

Deze antenne werkt ook redelijk binnenhuis, maar dan weg van computers en voedingen, en best in de buurt van een raam. De antenne kan in dit geval met een verloop connector op een metalen grondplaat of doos gemonteerd worden.

In principe kan de antenne ook buiten gebruikt worden. Hij is echter zelfstandig niet stevig genoeg , om in de wind te staan. Hierbij  is het nodig bij alle versies, dat er een plastiek (elektro) buis over de antenne geschoven wordt, en dat de buis bovenaan waterdicht is gemaakt met een dop, en dat onderaan de aansluitingen met krimpkous en tape volledig afgedicht zijn.

Een beetje theorie :

De theorie is niet nodig om deze antenne te laten werken, dus wie niet kan wachten en direct aan de slag wil, kan deze gerust overslaan en beginnen met bouwen.
Het basis-princiepe van deze antenne is gebaseerd op een (oude) Townsman antenne. We beschouwen deze als een 1/2 golf antenne. Hierin is een ingenieus system voorzien om een antenne-element (tube) met de juiste impedantie (wisselstroom-weerstand) aan te sluiten op het eind van een 1/2 golf element. Een halve golf element is op een eindpunt hoogohmig (+/- 2000 ohm), en onze antennekabel is laagohmig (indien coax-kabel= 50 ohm), dus dat kunnen we niet op elkaar aansluiten zonder een transformatie van de impedantie van laag naar hoog. Simpelweg is een halve golf element goed aan te sluiten, door er een 1/4 golflengte element aan toe te voegen. Dit verlaagd dan de ingangs impedantie tot ongeveer 270 ohm. Normaal zouden we enkel de antenne met een symetrische kabel ( 300 ohm ) kunnen aansluiten. Bijvoorbeeld de vroegere 300 ohm " lint " TV-kabel. Tegenwoordig is er enkel nog maar coax-kabel verkrijgbaar van 50 of 75 ohm, zodat er nog een aanpassing nodig is. Dit gebeurt door middel van het kleine stukje kabel ( de "Stub" ). De lengte van dit stukje draad bepaald waarop er elektrisch een 50 of 75 ohm punt gevonden kan worden. De Stub maakt ook dat we rechtstreeks een coax kabel kunnen aansluiten in plaats van de (verouderde) symetrische lint-kabel. Voor 50 ohm is dat stukje draad in de Townsman ongeveer 7,5 cm lang. Bij de FBK2-70 wordt zowel de binnenkant als de buitenkant van een stukje coax als geleider gebruikt, dus is dit stukje ongeveer 35mm lang. Voor ontvangst is dit allemaal niet zo kritisch. Als we met deze antenne zouden gaan zenden en er vermogen op gaan steken wel, en moet het juiste 50 ohm punt nauwkeurig bepaald worden.

De FBK2/70 is in zijn basisvorm een 2-meter halve golf antenne, en zal zich ook zo gedragen, midden op de 2m band (145MHz). Het halve golf element voor 2m zal enkel en op precies deze frequentie in resonantie zijn. Het stralingspatroon is dan hetzelfde als elke 2m vertikale halve golf antenne, of ook zoals een 2m J-Pole antenne. Gezien als een 2m halve golf antenne speelt het stuk niet verwijderde kabel-mantel in het midden, niet echt mee.

Als we de antenne als een 70cm antenne (435MHz) gaan bekijken, wordt dit helemaal anders. Hier gaat het stukje met niet verwijderde plastic mantel wel gaan resoneren op ongeveer 435MHz. Het 2m halve golf element wordt dan in 3 verdeeld, en het bovenste en onderste stuk zal ook op 70cm gaan resoneren. Deze zijn dan telkens een halve golf op 70cm. Op deze wijze krijgen we in princiepe een duo-band antenne. Nu is de antenne vergelijkbaar met een dualband Open-Sleeve-antenne.

Maar praktisch gezien kloppen een paar dingen niet. Ten eerste is het stukje met de plastic kabel-mantel wel in resonantie op de 70cm band, maar het is eigenlijk niet aangesloten, en is als halve golf element vrij ver verwijderd van het voedings-punt. Het vormt wel een soort capacitieve koppeling tussen het bovenste en onderste element . Hierdoor gaan de goede stralings-eigenschappen van dit element grotendeels verloren. Nochthans is volgens metingen dit stuk kabel wel nodig om deze antenne op 70cm te laten werken. Moesten wij dit stukje kabel in het midden kunnen voeden, zou de winst maximaal geweest zijn.

Ten tweede blijkt bij metingen met simulatieprogramma's (MMANA), dat de stralings-hoek voor 70cm een 20 à 25 graden naar omhoog gaat. Dit geeft dus het nadeel dat deze antenne niet al te hoog in de lucht mag opgesteld worden. Voor sommigen natuurlijk een voordeel. Een max. hoogte van 6 tot 10 meter is hier aan te raden.

Voor lokaal gebruik en zowel vast als verplaatsbaar, is dit een prima antenne gebleken. De versterking zou tussen de 3 à 5 dB moeten bedragen, afhankelijk van de gebruikte materialen. De (VNA) metingen tonen aan dat er meerdere pieken zijn waarbij er een afsluitweerstand van 50 ohm wordt benaderd tussen 100MHz en 600MHz. Maar voor enkel ontvangst is dit niet zo belangrijk.

VNA Metingen :

Klik op de tekening voor een groter versie

Deze grafiek is voor de 50 ohm RG58 kabel (in een PVC buis). U ziet een 5-tal pieken  waar een zekere resonantie optreedt. Waarvan 2 pieken : 1 op de 2m band en 1 op de 70cm band die de 50 ohm afsluitweerstand dicht benaderen. Dit wil zeker niet zeggen dat er tussen de pieken geen ontvangst is. Het gaat hier om de gemeten afsluitweerstand, en niet om de gemeten ontvangst sterkte. Boven de 500MHz is er nog steeds ontvangst mogelijk tot zelfs ADSR op 1095 MHz.

Verschillende uitvoeringen

Nota: indien je kan solderen, is de volgende voor u, indien NIET , lees verder .

Kijk aandachtig naar de foto's van de FBK 2/70 : bij elke versie is dezelfde lengte kabel gebruikt.

---

Versie 1:

Uitvoering met dikke stijve 75 ohm kabel en met PL259 connector :

1. Antenne met de ontmandelde PVC secties  2. Antenne met verwijderde koper secties	5. Binnenhuis opstelling op metalen voet	7. Buitenhuis opstelling op een mastje van 7m
3. Detail van de Stub (of haar-speld) - een stuk VOB draad
4. Detail van de haarspeld - een stuk 3/4 PVC buis	6. Detail PL connector en metalen voetplaat

Klik op een foto voor een groter versie
Foto 1 : Op het onderste kabeldeel wordt er een stuk 5/8" PVC buis overgeschoven. (de PVC buis warm maken met verfbrander en dan over de kabel schuiven)
             Merk op dat de rest van de antenne versterkt is met een houten plantenstok van 8mm. Hier vast geplakt met pastic tape.
Foto 2 : Er worden 2 gaten geboord: 1 van 7 mm voor de bovenste massa-aansluiting (rood) en 1 van 9 mm voor de binnen-ader + onderste massa (groen/geel) .
Foto 3 : De onderste massa wordt eerst gesoldeerd op de kabel (rood), en de rode draad op 1 cm afgeknipt. De binnen-aders worden tegen elkaar geplooid.
Foto 4 : Het korte stukje kabel wordt tijdelijk vastgeplak of vastgezet met een draadje. De binnen-aders worden samen gesoldeerd.
Foto 5 : Haal de eerder gesoldeerde onderste massa-draad door het gat (geel/groen).
Foto 6 : Plaats de BNC chassis connector op zijn plaats met de midden-pen tegen de binnen-ader(s). Soldeer de midden-pen van de BNC en dan de massa                  -draad.
Foto 7 : Opstelling in de tuin op 6 m hoogte. Voor langdurige opstelling buiten, kan er een PVC buis van 3/4" overgeschoven worden, en met een afdichtings kap              aan de top.

---

Versie 2:

Uitvoering met dunne RG-59 (75 Ohm) TV-kabel uit één stuk, als reisantenne of als vaste antenne :

1. De antenne is uit één stuk kabel
2. Opgerolde reis antenne	3. Detail van de coax-stub
4. Detail van de stub soldering	5. Normale TV 75 ohm coax stekker

Klik op een foto voor een groter versie
Foto 1 : De antenne is gemaakt uit 1 stuk 75 ohm TV-Kabel. Het complete geheel is hier weergegeven.
Foto 2 : De opgerolde meeneem antenne.
Foto 3 : Detail van STUB uiteinde: de binnen-ader is samen aan de buitenkant aan de massa vastgesoldeerd.
Foto 4 : De binnengeleider van de STUB is door een gat in de kabel aan de binnengeleider van de kabel gesoldeerd.
              Opgepast: de massa mag niet geraakt worden.
Foto 5 : Voor het aansluiten kan ook een 75 ohm TV antenne connector gebruikt worden.
N.B. : Ter hoogte van de STUB is hier maar 1 ferriet-kraal overgeschoven. Dit mogen er gerust 3 zijn of meer b.v. uit oude PC voedingen).

---

Versie 3

Uitvoering met dunne RG58  50 ohm netwerkkabel en BNC connector, als reisantenne of vaste antenne (in een buis):

1. Antenne uit één stuk kabel		5. zolder plaatsing
2. Opgerolde antenne voor onderweg	3. Antenne voet detail in een 5/8 PVC buis
4. Detail van de coax stub en BNC connector

Klik op een foto voor een groter versie
Foto 1 : De antenne tot aan de connector is een stuk 50 ohm netwerk-kabel. Het geheel is in 1 geheel weergegeven.
Foto 2 : Opgerolde antenne om mee te nemen. Aan de bovenkant is een klein oogje geplooid om de antenne te kunnen ophangen met een touwtje.
Foto 3 : Voor binnen opstelling is er een stuk PVC buis van 5/8" deels over de BNC chassis geschoven.
            Het geheel is met een koppelstuk BNC --> PL259 en een contra-PL259 chassis op een metalen doos gemonteerd.
Foto 4 : Detail van de STUB naar de BNC chassis connector. De 2 midden-aders gaan naar de midden-pen van de BNC. De 2 massa's samen naar de BNC.
Foto 5 : Opstelling op zolder - liefst aan een raam.

---

Versie 4

 Antenne ZONDER SOLDEREN met dunne RG58 of RG59 kabel

Kijk aandachtig naar de foto's van de FBK 2/70 : bij elke versie is dezelfde lengte kabel gebruikt. Deze antenne kan echt door iedereen gemaakt worden.
Het materiaal komt uit de Hobby/Electro winkel (o.a. TV coax kabel, TV 75 Ohm connector). Solderen is daardoor niet nodig om deze antenne te maken.

1. Antenne is uit één stuk kabel
2. Detail van de coax stub ( is een stuk 35mm coax )	3. Detail van de stub montage
4. Mogelijk bruikbare Ferriet kralen	5. Normale TV coax connetor aan einde

Klik op een foto voor een groter versie
Foto 1 : De antenne (tot aan de connector) is uit 50-ohm of 75-ohm kabel gemaakt. Het bovenste deel is maar gedeeltelijk weergegeven.
Foto 2 : Weergave overzicht STUB  en 3 bruikbare ferriet-kralen (b.v. uit een oude PC Voeding).
Foto 3 : Detail van montage STUB op de kabel met een elektro-kroonsteentje. Merk op dat de binnengeleider van de STUB samengedraaid is met massa.
Foto 4 : Detail van 3 te gebruiken ferriet-kralen. Dit mogen gerust allemaal dezelfde typen zijn.
Foto 5 : Voor het aansluiten van de kabel op een ontvanger kan ook een 75 ohm TV antenne connector gebruikt worden.

Deze versie is gemaakt als een reis-antenne, en er hoeft NIET gesoldeerd te worden !

Een foto van de ontvangst van deze antenne

Ontvangst op de 2m band. Merk op dat er praktisch geen terugkerende egale lijntjes storingen van PC, Voeding, LCD, intern kristal...) te zien zijn. Echte signalen zijn goed zichtbaar in de waterval.

Links :
http://www.dl8kdl.net/projects/antennas/pa0fbk-antenna-demystified
http://www.qsl.net/pa0fbk/hampage_uk.htm#coax

mail: on1bes Scarlet.be