Trapvertikal for 10 m, 15 m og 20 m.

I dag har jeg gjort ferdig et prosjekt som jeg har holdt på med en stund, nemlig en trapvertikal for 10 m, 15 m og 20 m. Jeg hadde en slik antenne tidligere, men den ble dessverre stjålet i sommerferien i fjor. Jeg gleder meg fremdeles over at idiotene ikke ante hva de stjal. Men selv om antennen ikke hadde noen økonomisk verdi, hadde den stor verdi for meg fordi det var den antennen jeg brukte mest når jeg kjørte portabelt, derfor måtte jeg se til å lage meg en ny før sommeren.

Tegningen over viser målene på trapvertikalen.

Jeg har bygd trapvertikalen med en vertikal radiator med 2 traps, en for 10 m, og en for 15 m, og med 3 radialer for hvert bånd, totalt 9 radialer.

Trapsene for 10 m og 15 m.

Trapsene er identiske med trapsene jeg lagde til 3 bånds trapdipolen. 10 m trapsen består av en spole på 2,08 uH og en kondensator på 15 pF, 15 m trapsen består av en spole på 2,82 uH og en kondensator på 20 pF. Kondensatorene er laget av RG-58 som er klippet til og så isolert med krympestrømpe etterpå.

Dempningen på 15 m trapsen.

Dempningen på 10 m trapsen.

Dempningen på de ferdige trapsene ble på over 50 dB, det er jeg svært fornøyd med. Med så god dempning blir det god isolasjon på de båndene trapsene er laget for, det gjør det mye enklere å avstemme hvert bånd.

Spolene til trapsene er viklet på 40 mm plastrør.

Trapsene montert på antennen. Den tynne ledningen er en tuningstubb for 10 m.

Jeg kom til å kappe antennen litt for kort på 10 m, derfor ble det nødvendig å montere på en tuningstubb på 10 m trapsen.

Fødepunktet med de 9 radialene.

Før jeg begynte å lage antennen simulerte jeg den i EZNEC+. EZNEC er et svært nyttig verktøy når man skal analysere antenner og resultatene er ganske nøyaktige dersom man har klart å bygge seg en god simuleringsmodell.

Simulert SWR fra 13 MHz til 30 MHz.

Simulert SWR på 20 m.

Simulert SWR på 15 m.

Simulert SWR på 10 m.

Simulert utstråling på 20 m.

Simulert utstråling på 15 m.

Simulert utstråling på 10 m.

EZNEC regner også ut spenningen, strømmen og tapet i trapsene. Dette er svært nyttig informasjon når man skal dimensjonere trapsene. Load 1 er 10 m trapsen og load 2 er 15 m trapsen.

10 m/15 m/20 m Trap Vertikal  
             
         --------------- LOAD DATA ---------------
Frequency = 14,2 MHz

Load 1   Voltage = 309,2 V at 87,57 deg.
              Current = 1,252 A at -2,22 deg.
              Impedance = 0,8913 + J 246,9 ohms
              Power = 1,398 watts

Load 2   Voltage = 439,8 V at 87,37 deg.
              Current = 0,9632 A at -2,43 deg.
              Impedance = 1,658 + J 456,6 ohms
              Power = 1,539 watts

              Total applied power = 100 watts
              Total load power = 2,936 watts
              Total load loss = 0,129 dB
                   
         --------------- LOAD DATA ---------------
Frequency = 21,2 MHz

Load 1   Voltage = 389,3 V at 85,58 deg.
              Current = 0,6272 A at -4,14 deg.
              Impedance = 3,087 + J 620,6 ohms
              Power = 1,215 watts

Load 2   Voltage = 980,8 V at -94,2 deg.
              Current = 0,00467 A at -70,53 deg.
              Impedance = 192400 - J 84330 ohms
              Power = 4,195 watts

              Total applied power = 100 watts
              Total load power = 5,41 watts
              Total load loss = 0,242 dB
                    
         --------------- LOAD DATA ---------------
Frequency = 28,5 MHz

Load 1   Voltage = 613,9 V at -95,93 deg.
              Current = 0,003252 A at -82,04 deg.
              Impedance = 183300 - J 45320 ohms
              Power = 1,938 watts

Load 2   Voltage = 18,55 V at -109,73 deg.
              Current = 0,02969 A at -19,83 deg.
              Impedance = 1,091 - J 624,6 ohms
              Power = 0,0009622 watts

              Total applied power = 100 watts
              Total load power = 1,939 watts
              Total load loss = 0,085 dB

Målt SWR på 20 m.

Målt SWR på 15 m.

Målt SWR på 10 m.



Forbedret trapdipolen for 20 m og 40 m.

I dag har jeg byttet ut trapsene på trapdipolen jeg laget meg i fjor høst. Etter litt justeringer fikk jeg SWR der jeg ville ha det.

SWR på 40 m.

SWR på 20 m.

Spesielt på 20 m fikk jeg nå ett mye bedre SWR med de nye trapsene.

Traps for 20 m.

20 m traps.

I går kveld laget jeg meg noen ny 20 m traps. Planen er at jeg skal bytte ut trapsene i en trapdipol for 20 m og 40 m som jeg laget meg i fjor høst. Hver traps består av en kondensator på 30 pF og en spole på 4,2 uH. Kondensatorene er laget av RG-58 koaksialkabel og spolene består av 11,4 runder med 1,5 mm^2 ledning rundt ett 40 mm plastrør.

Dempningen på den første 20 m trapsen.

Dempningen på den andre 20 m trapsen.

Med en dempning på over 60 dB er jeg svært godt fornøyd med dempningen på de to nye 20 m trapsene.

Trapdipol for 10 m, 15 m og 20 m.

I gårkveld ble jeg endelig ferdig med trapdipolen jeg har holdt på med å lage denne uken, resultatet er jeg meget fornøyd med, jeg har nå fått meg en antenne med lavt SWR på 10 m, 15 m og 20 m. Etter å ha målt trapsene jeg laget meg tidligere denne uken var jeg sikker på at det ikke ville bli noe problem å få til denne antennen.

Første SWR måling på utunet antenne viste gode resultater.

Den første SWR målingen etter bekreftet at trapsene fungerte svært godt, det var bare litt trimming som skulle til for å få antennen til å spille på 10 m, 15 og 20m. Målingen viste at jeg hadde svært lavt SWR på 3 bestemte frekvenser, det var jeg godt fornøyd med. Akkurat som jeg hadde håpet på lå SWR dippene lå under der jeg ønsket å ha de, jeg hadde med vilje kappet antennen litt for lang, det er som kjent enklere å kappe av en antenne, enn å skjøte på den.

SWR på ferdig tunet antenne.

Fredagskvelden ble brukt til å fintune antennen, dette er alltid en omstendelig prosess, og blir ikke bedre av at antennen har 3 bånd som skal avstemmes. Heldigvis er det en ganske enkel prosedyre, først avstemmer man det høyeste båndet, i dette tilfellet 10 m, så tar man båndet under, altså 15 m i dette tilfellet, og så det nederste båndet som er 20 m på denne antennen. Men selv om det er enkelt blir det noen runder med å heise antennen opp og ned. Erfaring fra tidligere har vist at det lønner seg å være forsiktig, og kun klippe litt om gangen. Det er bedre med noen ekstra runder, enn å risikere å klippe antennen for kort og måtte skjøte den.

SWR på 20 m.

SWR på 15 m.

SWR på 10 m.

Jeg er kjempefornøyd med resultatet og gleder meg til å ta antennen i bruk.

Analyse av 3-bånds trapdipol for 10 m, 15 m og 20 m.

Trapdipol for 10 m, 15 m og 20 m.

For tiden driver jeg og bygger meg en trapdipol for 10 m, 15 m og 20 m. Hver halvdel av dipolen skal ha 2 traps, en trap for 10 m og en trap for 20 m, totalt 4 traps til sammen. Jeg har tenkt å bruke trapsene jeg laget meg tidligere denne uken.
For ordens skyld består trapsene for 10 m av en spole på 2,08 uH i parallell med en kondensator på 15 pF og trapsene for 15 m består av en spole på 2,82 uH i parallell med en kondensator på 20 pF.
Etter at jeg har målt dempningen på trapsene har jeg beregnet trapsenes indre seriemotstand til å være ca. 0,5 ohm. Jeg har derfor ett godt utgangspunkt for å kunne gjøre realistiske simuleringer av antennen. Jeg bygger antennen av 2,5 mm^2 PN-ledning.

SWR fra 13 - 30 MHz. 20 m, 15 m og 10 m er indikert med grått.

Det første jeg har kikket på når jeg har analysert antennen er SWR. På figuren ovenfor kan man se SWR i frekvensområdet 13 - 30 MHz, jeg har markert 20 m, 15 m og 10 m båndene i grått. Innimellom disse båndene har man 17 m og 12 m, men de båndene  har jeg ikke markert siden disse ikke er aktuelle for denne antennen.

Simulert SWR på 20 m.

Simulert SWR på 15 m.

Simulert SWR på 10 m.

Umiddelbart ser SWR på 10 m mye dårligere ut enn på 15 m og 20 m, men når man tenker på at 10 m dekker hele 1,7 MHz blir ikke SWR så galt likevel. På 10 m har jeg valgt 28400 kHz som senterfrekvens fordi det mest aktuelle frekvensområdet for meg på 10 m er PSK, RTTY og SSB segmentene.

Det neste jeg kikket på var utstrålingen på de forskjellige båndene, i og med at dette er en halvbølgedipol med traps, forventer jeg at utstrålingen ligner utstrålingen man får fra en vanlig halvbølgedipol. Antennen er simulert med en høyde på 10 m over bakken med gjennomsnittlig jord.
(0,005 Siemens og en dielektrikum konstant på 13.)

Utstrålingen på 20 m sett fra siden.



Utstrålingen på 20 m sett ovenfra.

Utstrålingen på 15 m sett fra siden.

Utstrålingen på 15 m sett ovenfra.

Utstrålingen på 10 m sett fra siden.

Utstrålingen på 10 m sett ovenfra.

Utstrålingsdiagrammene viser at både forsterkning og formen på utstrålingsdiagremmene er omtrent identiske med det man kan forvente fra en halvbølgedipol på samme høyde.

Noen annet som er interessant når man skal lage antenner med traps er å se på hvilke strømmer som går i trapsene og spenninger som ligger over trapsene, samt selvsagt å se på tapet i trapsene. Eznec har ett glimrende vertøy nettopp for å se på slike ting som dette, nedenfor er dataene Eznec har regnet ut for denne antenne for frekvensene 14,2 MHz, 21,2 MHz og 28,5 MHz.
                
            
--------------- LOAD DATA ---------------
Frequency = 14,2 MHz

10 m trap 1  
Voltage = 768,9 V at 267,57 deg.
Current = 3,114 A at 177,77 deg.
Impedance = 0,8913 + J 246,9 ohms
Power = 8,645 watts

10 m trap 2  
Voltage = 768,9 V at 87,57 deg.
Current = 3,114 A at -2,23 deg.
Impedance = 0,8913 + J 246,9 ohms
Power = 8,644 watts

15 m trap 1  
Voltage = 1093 V at 267,36 deg.
Current = 2,394 A at 177,57 deg.
Impedance = 1,658 + J 456,6 ohms
Power = 9,503 watts

15 m trap 2  
Voltage = 1093 V at 87,36 deg.
Current = 2,394 A at -2,43 deg.
Impedance = 1,658 + J 456,6 ohms
Power = 9,501 watts

Total applied power = 1000 watts
Total load power = 36,29 watts
Total load loss = 0,161 dB

--------------- LOAD DATA ---------------
Frequency = 21,2 MHz

10 m trap 1  
Voltage = 992,6 V at 265,52 deg.
Current = 1,599 A at 175,81 deg.
Impedance = 3,087 + J 620,6 ohms
Power = 7,897 watts

10 m trap 2  
Voltage = 992,6 V at 85,52 deg.
Current = 1,599 A at -4,19 deg.
Impedance = 3,087 + J 620,6 ohms
Power = 7,897 watts

15 m trap 1  
Voltage = 2521 V at 85,74 deg.
Current = 0,012 A at 109,41 deg.
Impedance = 192400 - J 84330 ohms
Power = 27,71 watts

15 m trap 2  
Voltage = 2521 V at -94,26 deg.
Current = 0,012 A at -70,59 deg.
Impedance = 192400 - J 84330 ohms
Power = 27,71 watts

Total applied power = 1000 watts
Total load power = 71,22 watts
Total load loss = 0,321 dB

--------------- LOAD DATA ---------------
Frequency = 28,5 MHz

10 m trap 1  
Voltage = 1569 V at 83,7 deg.
Current = 0,008313 A at 97,59 deg.
Impedance = 183300 - J 45320 ohms
Power = 12,66 watts

10 m trap 2  
Voltage = 1569 V at -96,3 deg.
Current = 0,008313 A at -82,41 deg.
Impedance = 183300 - J 45320 ohms
Power = 12,66 watts

15 m trap 1  
Voltage = 47,52 V at 68,86 deg.
Current = 0,07608 A at 158,76 deg.
Impedance = 1,091 - J 624,6 ohms
Power = 0,006316 watts

15 m trap 2  
Voltage = 47,52 V at -111,14 deg.
Current = 0,07608 A at -21,24 deg.
Impedance = 1,091 - J 624,6 ohms
Power = 0,006316 watts

Total applied power = 1000 watts
Total load power = 25,34 watts
Total load loss = 0,111 dB

Under simuleringen er antennen tilført 1kW, som man ser er tapet størst på 15 m med 0,321 dB, dette tapet er så lite at det vil være umulig å detektere på lufta, breden på nålen på ett godt S-meter vil faktisk være mange ganger bredere enn 0,321 dB. Det viser hvor effektiv en trapdipol faktisk er når den er laget med gode traps. For å lage gode traps er det avgjørende at man har en spole med god ledningsevne og kondensatorer med lite tap, det er også viktig at kondensatorene tåler høy spenning, spesielt dersom man skal kjøre så høye effekter som 1 kW, men også ved 100 watt kommer spenningen over trapsene nesten opp i 800 volt.

For videre å vise hvor lite 0,321 dB i tap er, kan man tenke seg at man føder antennen med 12,8 m RG-58 koaks, det gir 1 dB i tap på 21,2 MHz. Dette tapet er uungåelig så lenge vi velger å bruke RG-58. Ved 21,2 MHz har har denne antennen ett SWR på 1,4, det gir ett tilleggstap på 0,05 dB, slik at det reelle tapet i koaksen er på 1,05 dB. Summerer man tapene i trapsene sammen med tapet i koaksen får man ett totalt tap for antennesystemet på 1,376 dB.

Dersom man istedet for trapdipolen for eksempel hadde valgt å bruke en FD4 windomantenne på 15 m, slik mange gjør, ville tallene sett ganske annerledes ut. En FD4 windom som henger 10 m over gjennomsnittlig jord har ett SWR på 10,8 ved 21,2 MHz, SWR målt i shacken med 12,8 m RG-58 vil være 4,9, og altså innenfor det mange tunere klarer å tune. Siden SWR på denne antennen er 10,8 gir dette ett tilleggstap på 2,78 dB i koaksen, det reelle tapet i koaksen vil da være 3,78 dB. Siden vi fremdeles har rikelig med SWR må vi benytte en god antennetuner for å få ned SWR, tall fra tester som ARRL har gjort viser at tapet i antennetunere ved slike SWR nivåer ligger på mellom 10 og 20 %, vi bruker derfor ett tap på 15 % som ett gjennomsnittstap for tunere i denne regneøvelsen, 15% tap tilsvarer 0,7 dB. Summerer man tapet i antennetuneren sammen med tapet i koaksen får man ett totalt tap for antennesystemet på 4,48 dB. Med andre ord, trapdipolen har 3,1 dB mindre i tap på 15 m. Det betyr ikke at FD4 antennen er dårlig, det betyr bare at den ikke er så god på 15 m, men det er heller ingen overraskelse, FD4 antennen er jo ikke beregnet på å brukes på 15 m.

Dersom man istedet for trapdipolen for eksempel hadde valgt å bruke en halvbølgedipol på 15 m,ville tallene sett slik ut. En halvbølgedipol for 15 som henger 10 m over gjennomsnittlig jord har ett SWT på 1,35 ved 21,2 MHz, det gir ett tilleggstap på 0,05 dB, slik at det reelle tapet i koaksen er på 1,05 dB. Tapet i dette antennesystemet er da på 1,05 dB. En vanlig halvbølgedipol har altså bare 0,321 mindre tap enn trapdipolen, som er akkurat det samme tapet som Eznec regnet ut.

Oppsummering:
Forskjellen på å bruke en halvbølgedipol og en trapdipol er 0,32 dB i favør av halvbølgedipolen.
Forskjellen på å bruke en halvbølgedipol og en FD4 windom er 3,4 dB i favør av halvbølgedipolen.
Forskjellen på å bruke en trapdipol og en FD4 windom er 3,1 dB i favør av trapdipolen.

Simuleringene viser at trapdipolen skal fungere like godt som vanlige halvbølgedipoler på båndene antennen er laget for.

Nye traps for 10 m og 15 m.

De siste kveldene har jeg laget meg nye traps for 10 m og 15 m. Planen er at jeg skal bruke trapsene i en tre-bånds trapdipol for 10 m, 15 m og 20 m. De to trapsene til venstre på bildet er for 10 m og de to til høyre er for 15 m.

Trapsene for 10 m består av en spole på 2,08 uH og en kondensator på 15 pF, spolene er laget ved å vikle 1,5 mm^2 PN-ledning 7 runder rundt ett 40 mm PE-rør. Både ledningen og plastrøret får man kjøpt på Biltema. Kondensatorene er laget av 13 cm RG-58 koaks. I den ene enden av koaksen er det loddet på 1,5 mm^2 PN-ledning på senterlederen og skjermen, i enden av ledningene har jeg satt på kabelsko, etter på har jeg kledd denne enden med krympestrømpe med lim for å gjøre koaksen vanntett. Etter beregningene jeg hadde gjort på forhånd skulle jeg trenge 14 - 20 cm RG-58 for å lage en kondensator på 15 pF, jeg begynte derfor med 20 cm koaks, og klippet til resonansfrekvensen ble der hvor jeg ville ha den. Jeg klipte først vekk litt av skjermen, målte, og så klippet jeg litt av senterlederen, målte, klipte litt mer av skjermen og så videre. For å hindre overslag er senterlederen ett par cm lengre enn skjermen. Når jeg hadde fått justert senterfrekvensen der jeg ville ha den, forseglet jeg også denne enden av koaksen med krympestrømpe med lim. Lengdene på koaksene jeg til slutt endte opp med er litt kortere enn beregnet fordi ledningen jeg loddet på også virker som en kondensator. Det er viktig at skruene man bruker i trapsene er rustfrie og ikke-magnetiske, ellers risikerer man at de blir varme og smelter seg gjennom plastrøret.

Trapsene for 15 m består av en spole på 2,82 uH og en kondensator på 20 pF, spolene er laget ved å vikle 1,5 mm^2 PN-ledning 8,5 runder rundt ett 40 mm PE-rør. Kondensatorene er laget av 17 cm RG-58 koaks. Etter beregningene jeg hadde gjort på forhånd skulle jeg trenge 20 - 26 cm RG-58 for å lage en kondensator på 20 pF.

Dempningen på den første 10 m trapsen.

Dempningen på den andre 10 m trapsen.

Dempningen på den første 15 m trapsen.

Dempningen på den andre 15 m trapsen.

Med en dempning på godt over 55 dB på resonansfrekvensen er jeg svært godt fornøyd med de nye trapsene.

SP DX Contest

I helgen har jeg kjørt litt SP DX Contest, det har ikke blitt mange QSO'er, men det er moro likevel. Jeg kjørte med enkelt utstyr denne gangen, nemlig min Yaesu FT-817ND og en trapdipol for 40 m og 20 m. Denne gangen logget jeg på papir, så det blir litt etterarbeid med å skrive QSO'ene inn i loggprogrammet etterpå.
Jeg deltok i SP DX Contest i fjor også og det endte opp med ett diplom som jeg fikk i posten nå på fredag,  en passende påminnelse om at det nå er på tide å være med i SP DX Contest igjen.