FJC-vertical voor de 20 meter band

De FJC-vertical, een Ultra Lichtgewicht antenne voor 20 meter in backpacking style.

Deze antenne is speciaal ontwikkeld voor één doel: Het maken van verbindingen met het thuisfront vanuit noord Zweden tijdens een hiking event. Na veel leeswerk en overpeinzingen is er een lijstje opgesteld met punten waaraan het ontwerp moest voldoen:

• Lichtgewicht
• Vertical
• Één radiaal
• Verhoogd voetpunt
• Monoband
• Makkelijk op te zetten
• Makkelijk af te stellen

De totale antenne set met de 8 stralerelementen, spoel, voetpunt bevestiging, radiaal (geel), radiaal-haring (oranje stokje) voedingskabel, tuilijnen en haringen (rood) samen met foedraal (blauw).

Lichtgewicht

Daar alles voor deze hike van meerdere dagen meegenomen moest worden in de rugzak, was het van belang om een zo’n lichtgewicht mogelijke constructie te bedenken.
Het totale gewicht van de antenne zelf bedraagt nu slechts 905 gram.

Vertical

In dit arctische gebied groeien weinig bomen, zeker niet boven de 3 meter. Er kan zo moeilijk met draadantennes worden gewerkt. Daarom is er voor een vertical gekozen. Zelf een mastje meenemen was een optie, echter het werd te zwaar.

Één radiaal

Om te besparen op gewicht en gedoe tijdens opzetten, zoals het uitleggen van een kompleet grondsysteem, is er getracht dit ontwerp met 1 radiaal uit te voeren. Bijkomend voordeel hiervan is het feit dat de antenne dan een lichte voorkeur heeft voor de richting waar de radiaal naartoe is gespannen.

Verhoogd voetpunt

Door de radiaal onder een hoek naar de grond te laten lopen, kan de antenne impedantie richting de 50 Ohm gebracht worden, wat weer een aanpassingsnetwerk bespaart. Ook de opstralingshoek wordt daarmee kleiner en voor mij gunstiger.

Monoband

Het gebied waarin gelopen werd ligt 2000 km van Amersfoort af. Vergelijkbare afstand is b.v. van hier naar Gibraltar. Die afstand kan je toch het beste op de 20 meterband overbruggen.

Makkelijk opzetten

Na een dag lopen door bergachtig terrein wil je niet nog eens een tijd in de weer zijn met het opzetten van de antenne. Dit ontwerp staat gebruiksgereed binnen ca. 10 minuten.

Makkelijk afstellen

De antenne is ontworpen hier in Nederland. Er is wel getest op de diverse soorten ondergrond die hier te vinden zijn, zoals bosgrond, zandgrond en zeeklei. Echter in Zweden zal het voornamelijk rotsgrond zijn en permafrost, geen idee wat dat voor verstemming van de antenne oplevert, dus daar moest iets voor gevonden worden. Deze oplossing noem ik dan ook ‘mijn geheime wapen’.
Het afstellen van de beste SWR gebeurt met de radiaal, terwijl het in de band brengen met de lengte van de straler gebeurt. Om nu niet elke keer naar de set te hoeven lopen om te kijken wat de SWR geworden is, is een apart apparaatje gemaakt, de z.g. Tennadipper. Die zal echter in een apart artikeltje beschreven worden.

Dat zijn zo de ontwerp eisen, daarna kon dan pas het prototype gemaakt worden. Wat daarna volgt is veel meten en experimenteren.

Voor de straler is een militaire surplus steekantenne van een manpack gebruikt. Acht elementen van ca. 40cm, die, naar boven toe, steeds dunner worden.
Helaas is deze te kort om een full-size vertical te maken.

Deze steekantenne was eerder al eens door mij voorzien van een PL-plug in plaats van de schroefdraad die er normaal opzit. De secties zijn onderling, twee aan twee, verbonden met een touwtje, dit om ze makkelijk terug te vinden in het hoge gras.
Op de helft zijn er twee stukken litze op de verbindingsbussen gesoldeerd. Met daaraan weer kabelschoentjes, zodat de spoel makkelijk bevestigd kan worden.

Er is gekozen om een ‘center loaded vertical’ te maken. Dit is een ontwerp dat redelijk makkelijk te maken is een een goed rendement oplevert.

Daar de straler te kort is zal er een elektrische verlenging moeten plaatsvinden, dit is gedaan door een spoel in de straler op te nemen, halverwege, wat dan dus een center-loaded antenne oplevert.
Als de straler als een halve dipool wordt beschouwd, kan er uitgerekend worden hoeveel inductie de spoel moet hebben om op een bepaalde frequentie uit te komen. Het andere deel van die ‘dipool’ wordt dan door de radiaal en de aarde verzorgd.

Er is gebruik gemaakt van het rekenmodel van de website van K7MEM.

Als alles is ingevuld komt de inductie uit op 7?H. De beoogde plek in de 20 meterband was rond de 14.060, de QRP aanroep frequentie.

Nu de benodigde inductie bekend is kan, met een gekozen spoelvorm, het aantal wikkelingen berekend worden. Ook hiervoor is de site van K7MEM gebruikt.

Er moesten, op mijn spoelvorm, 17 wikkelingen komen.
Pas op, de site geeft dit op voor een luchtspoel. In mijn geval was de spoelvorm van nylon en later een nog ander soort kunststof. Maar met deze waarde zit je zeker in de buurt van wat het moet worden.

Dit zijn de diverse spoelvormen die gebruikt zijn in de loop van de tijd. De linker is een afvalstukje uit de bak achter de draaibank.
De uiteindelijke spoelvorm is voor mij geprint, de twee laatste op de foto. Veel later, tijdens het opzetten thuis, brak de pin van de spoelvorm af. Die is dan ook nu vervangen door een fiber stokje. Nadat de vleugelmoeren op de boutjes geschroefd zijn, worden de einden van de bouten met een kniptang licht ingeknepen. Zo kan de vleugelmoer er nooit afvallen en kwijtraken.

Om zo min mogelijk aanpassing te hoeven doen qua impedantie transformatie is er gekozen voor een verhoogd voetpunt. Als de hoek van de radiaal rond de 45º is, zou de antenne impedantie bij de 50 Ohm uit moeten komen.
De radiaal kwam uit op iets meer dan 4 meter. Te lang om die hoek te kunnen maken.

Voor de radiaal is geel dik draad gebruikt, wat goed zichtbaar is. Knip de radiaal niet precies op lengte, maar iets te lang, zeg zo’n 10 cm. Vouw dit terug en twist het eind in elkaar. Dit stukje ‘teveel’ doet dan elektrisch niet mee, maar kan later wel gebruikt worden indien nodig. Opspannen gaat met een touwtje naar een lange haring. Ik had nog een 40 cm lang oranje fiberstokje liggen. De hoogte van het einde van de radiaal ten opzichte van de grond kan dan gevarieerd worden en zo de SWR.

Dan de bevestiging van de straler aan ‘de rest’, de mount.
Hier is een stukje vierkant grijs PVC voor gebruikt. Om overal goed bij te kunnen is deze schuin afgezaagd. Op de kopse kant komt een redelijk dik stukje vierkante plaat, waar de SO-239 connector op komt. Deze is goed vastgelijmd, want daar komt alle windkracht op te staan. Er is voor een flens type gekozen omdat een ééngats type ooit een keer gaan draaien met het bevestigen van de straler.
Op de lange zijkant van de buis zijn twee OBO clips bevestigd. Hiermee wordt het geheel aan de ‘uithouder’ bevestigd.

Die clips moeten wel met een tang, of voor de echte hiker natuurlijk een multitool-zakmes, vast gezet worden. Na verloop van tijd zullen deze clips beschadigd raken en niet meer zo best sluiten. Dan kunnen ze eenvoudig vervangen worden door nieuwe, doordat ze vastzitten met twee M4 boutjes.

De eis van verhoogd voetpunt wordt bereikt door de antenne aan een trackingpole, modern voor wandelstok, te monteren. Daar dienen de OBO-clips dan ook voor. Die trackingpole doet nu dubbel dienst, overdags bij het lopen en daarna als antenne ondersteuning. Net onder het handvat zit een stukje koord met drie lussen, waar de tuien aankomen. Bevestigen van de tuien gaat,bij mij, net ‘tegengesteld’. De lus om de haring is vast, het eind bij de ‘mast’ wordt vastgetrokken. Zo kan je de tuien opspannen terwijl je de mast vasthoud en vertikaal houd, hoef je niet zo rond te rennen.

Dan komt het laatste gedeelte, de coax en radiaal bevestiging en ‘het geheime wapen’.

Daar de antenne impedantie ongeveer op 50 Ohm uit moet komen kan de voedingskabel direct aan de SO-239. In mijn geval zit de coax direct vastgesoldeerd, kan deze bij het inpakken dan ook niet vergeten worden. Er zit 5 meter RG-174 aan. Niet al te beste kwaliteit, maar wel lekker licht in gewicht. Aan de set kant zit een SMA connector, weer ter gewichtsbesparing.

Omdat de antenne een asymmetrische opbouw heeft moet er een mantelstroomfilter gebruikt worden. Anders resoneert de antenne in de buurt van de 10 MHz.
Dit is gemaakt met een kleine 4C6 ferrit ringkern. De coax een paar keer erdoorheen, dan schuin oversteken en even veel wikkelingen terug en goed vastzetten.

Het ‘in de band brengen’ van een mobile vertical gebeurt bijna altijd met het topdeel. In of uit schroeven of schuiven zal de resonatiefrequentie van de antenne veranderen. Echter, dit is een heel ongemakkelijke manier van doen. Het elke keer loshalen van de straler, de boel ietsje verstemmen, dan weer opbouwen en kijken waar je uitgekomen ben. Dat moest anders!
Na enig denkwerk kwam ik met een oplossing die hetzelfde werkt, maar waarbij de antenne gewoon opgebouwd blijft, mijn z.g. geheime wapen…

Dit geheime wapen is een klein spoeltje, met op iedere winding een aftakking. Met een krokodillebekje kan dan de juiste aftakking gekozen worden. De grond waarop de antenne staat zal de resonantie frequentie van de antenne beïnvloeden. Met dit spoeltje kan die verstemming tegengewerkt worden. Er bleek genoeg bereik in het spoeltje te zitten om zowel de Nederlandse bodem als de Zweedse bodem te kunnen compenseren.

Er is geen aansluitschema bijgevoegd. Het signaal verloop gaat als volgt:
Het ‘geheime wapen’ zit verbonden met de SO-239. De onderkant van het spoeltje zit aan de binnen geleider van de coax. Hieraan zit ook het de draad van krokodillebek. Met dit klemmetje wordt het onderste deel van de spoel kortgesloten en doet dan niet mee in het verhaal.
De buitenmantel van de coax zit dan weer verbonden met de radiaal.
Da’s al.
Er is ruim gebruik gemaakt van hot-glue. Ten eerste om alles te fixeren, maar ook om te isoleren.

Onder de onderste M4 moer, links op de foto, zit nog een soort trekontlasting.

Al met al heeft de ontwikkeling van deze antenne heel wat tijd gekost, gelukkig was alles klaar ruim voor het evenement zelf.

Daar de straler redelijk dun is, is de bandbreedte niet zo groot. In mijn geval niet erg, omdat er toch maar binnen de bovenste 50 kHz van het CW gedeelte gewerkt wordt.
Blijft de vraag of dit een soort groundplane antenne is of misschien wel een soort geknikte half verkorte dipool.
Wat het ook is, de werking was ruim voldoende om, vanuit noord Zweden met 3 Watt CW diverse QSO’s te maken door heel Europa., zoals: GJ4, EA5, I2, DL, R3, G4 en PA.
Latere tests, de z.g. PA3GRM versus PA5NN AntenneBattle, elders op deze website, gaven ook zeer goede resultaten en bevestigen dat er een voorkeur bestaat voor signalen uit de richting van de radiaal. Voorts is er iets van een dipool-achtig patroon te zien en is er beslist een lage opstraalhoek aanwezig.
Kortom, een zeer bruikbare antenne die aan al mijn gestelde eisen voldoet.
De windlast is ook goed te doen. Er zijn een paar dagen met harde wind geweest en de antenne bleef mooi staan. Mocht er veel wind verwacht worden, dan kan er gekozen worden voor extra tuien. Die zouden dan net boven de spoel vastgezet moeten worden.

Misschien komt er nog eens een ‘spatscherm’ bij. De uitvoering zoals die nu is, is niet erg bestand tegen veel regen. Wat voor uitvoering dat gaat worden is nog niet bekend. De krokodillebek kan op een gegeven moment gaan roesten. De vertinde lusjes van het spoeltje kunnen ook nog eens vervuilen en oxyderen. Daarom her-vertin ik die elke jaar een keer.
Ik heb, voorlopig, nog geen aspiraties om er andere bandspoelen bij te maken. Dat geeft dan weer vraag hoe het met die radiaal moet, kortom, het is mooi zo!

Volledigheidshalve nog een plaatje van de antenneanalyserdisplay en de bouwtekeningen.

In het tabellenvak onderop het plaatje is te zien dat de dip, marker 1, op 14.058 MHz ligt.
Met marker 2 en 3 zijn de punten aangegeven met een SWR van 1: 2, die zijn dan 13.824 MHz en 14.277 MHz.

De spoelvorm:

Het gearceerde gedeelte is een gat waarin het topdeel van de antenne komt.
Het staafje onderaan de spoelvorm is nu vervangen door een fiber staafje. Eerst is er een gat geboord, waar het staafje zat en toen is de fiber staaf ingelijmd.
Voor de bevestiging van de antennedelen zijn messing M4 bouten en vleugelmoeren gebruikt.
Om nu het koperdraad van de spoel te kunnen bevestigen, is eerst de kop van de M4 bout schoon gevijld en vervolgens is de draad, liggend in het gat waar de schroevendraaier normaal komt, vastgeslodeerd.
Een kartelring is direct onder de boutkop geplaatst. Dat is tegen meedraaien als de kabelschoentjes vast gezet worden. Te veel heen en weer draaien zal de koperdraad afbreken.

De mount:

Deze mount is eigenlijk een stuk vierkante PVC pijp, schuin afgezaagd.
Op de kopse kant komt een vierkant stuk PVC, hier staat 5 mm, echter dit is later veranderd in 10 mm van wegen de stevigheid.

De totale antenne tekening:

Rick (PA5NN)