De L-Tuner in de herhaling
Ik schreef al eerder een verhaal over de L-tuner en de voordelen van dit eenvoudige hulpmiddel, voornamelijk in relatie met de Bitx20. Zowel Ron PA2RF als ik bouwde er eentje in bij de Bitx. Maar wij waren alletwee niet tevreden: een antenne van precies een halve golf was nog wel aan te passen, maar voor de rest deed het niet veel. Tijd voor wat onderzoek.
Ron wees mij op het programma Pasaan, dat gebruik maakt van het Smit diagram om impedanties aan te passen. Ik heb er twee in de download area gezet: een Nederlandse uitvoering die met 3 componenten (spoelen of condensatoren) kan werken, en een Engelse Second Edition die met 5 componenten kan rekenen en tevens wat meer grafische mogelijkheden heeft. Beiden zijn in ons geval bruikbaar omdat de L-tuner maar twee componenten heeft.
De tweede hulp die ik had was van Hugo PA2HW, die mij zijn MFJ269 antenne-analyzer leende zodat ik ook eens kon zien hoe de impedanties eruit zien. Ik had wel al met een hoop theoretische waarden zitten spelen, maar ik had geen idee hoe mijn antenne eruit zag. Dat was nog best een verrassing. Afijn, eerst maar eens Pasaan gestart. Ik gebruikte de Engelse versie. Het is belangrijk de parameters goed in te vullen: bij het starten komt het programma automatisch op met een frequentie van 100MHz en als je dat niet verandert, kloppen je uitkomsten niet… Begin met de frequentie aan te passen:
Je moet het volledig invullen, inclusief de suffix, dus in dit geval "14.2 MHz". De rest kan je nog even laten voor wat het is; de impedantie staat standaard al op 50 Ohm.
De antenne impedantie van mijn antenne met de MFJ tuner in de bypass mode was 14 + j20. Dat vereist een kleine uitleg: Bij een complexe impedantie splitsen we deze in een reëel deel, ook wel resistief genoemd. Dat is de zuivere weerstand van de impedantie. Het complexe deel is OF inductief, en dan staat er een +j voor, OF capacitief, en dan staat er -j voor. De impedantie is dan de wortel uit de som van de weerstand in het kwadraat en de impedantie in het kwadraat. Dus in mijn geval bestaat de antenne impedantie uit een weerstand van 14 Ohm in serie met een spoel die een impedantie van 20 heeft. Ofwel: 2*pi*f*L=20 en dat levert voor L een spoel van 224nH op. De impedantie is dan 24,4. Vullen we deze getallen in in het Pasaan programma, dan zie je een groen balletje in het Smit diagram verschijnen. Dat is waar de impedantie ligt. Het midden van het diagram vertegenwoordigt een impedantie van 50 Ohm, dus daar zitten we dan nog wel even vanaf.
Nu is het tijd met de componenten te gaan spelen. Rechts bovenaan zie je ZL, de load, met twee draden eraan. Die draden zijn in segmenten verdeeld en door op zo'n segment te klikken verandert dat stukje in een seriecondensator of weerstand of spoel, of een parallelcondensator of weerstand of spoel, of een transmissielijn.
Begin met de parallel condensator neer te zetten. Omdat de impedantie lager is dan 50 Ohm, zette ik de condensator aan de linkerkant. Als je dat fout doet, zie je het vanzelf omdat je dan niet goed uitkomt. Nu kan je de capaciteit wijzigen en dat moet je zodanig doen dat de lijn die dan onstaat op een van de roze cirkels uitkomt. Heb je dat voor elkaar, dan klik je op het segment ervoor zodat daar een seriespoel komt te staan. Daarmee kan je door de waarde te wijzigen de cirkel volgen tot het midden van het Smit diagram, waar de SWR 1:1 is. In figuur 2 zie je het resultaat. Dat wordt bereikt met een spoel van 27nH (bijna niets dus!) en een condensator van 360pF. Kijk, daar gaat het bij mij al mis. Want mijn spoel is minimaal 370nH en de condensator maximaal 77pF. Dat gaat dus niet werken. Zo probeerde ik nog een paar configuraties: ik maakte de eindgevoede draad los van de tuner en stak die direct in de MFJ analyzer. Resultaat: 82 + j166.
Dit was op te lossen met een condensator van 127pF en een spoel van 1,5uH. Ook hier was mijn capaciteit te klein om dat aan te kunnen passen… Merk op dat de condensator hier rechts van de spoel zit. Het volgende experiment was de aarde aan de set te knopen. Resultaat: 172 + j50.
Dit werd bereikt met een spoel van 920nH en een condensator van 117pF. En alweer was de capaciteit groter dan mijn afstem-C van 77pF. Dus niet zo gek dat het allemaal niet zoveel deed. Nog maar een test: degenen die afgelopen woensdag op de clubavond geweest zijn, hebben vast wel mijn draadantenne met balun gezien. Dat zijn meestal 1:9 baluns om een veelvoud van een halve golf, die per definitie hoogohmig is, naar iets fatsoenlijks te transformeren. Ik gooide de draad vanaf het dakterras in de heg en hing de balun aan de antenne analyzer. Resultaat: 33 + j44. Dat is een impedantie van 55 en dat is nog nét meer dan 50, dus de condensator rechts van de spoel (in mijn Bitx20 tuner kan ik met een omschakelaar de afstemcondensator naar keuze links of rechts van de spoel zetten). De antenne is nogal inductief en dat moet uitgestemd worden. Dat blijkt ook wel: de condensator moet nu 275pF zijn, en de seriespoel 510nH. Alweer is mijn condensator veeeeel te klein.
Daarom heeft Ron ook problemen: die heeft een vaste spoel van ca. 4uH en zoals jullie kunnen zien is dat in alle bovenstaande gevallen veel te veel. Het maximum waar ik op uit kwam was 1,5uH. En Ron's afstem-C was ook iets van 75pF en zoals je in de voorbeelden kunt zien, is dat nou net weer te weinig. Ja, voor een zeer hoogohmige antenne werkt Ron's configuratie wel: vul ik in pasaan 3000 + j24 in, dan kom ik op 29pF en 4,3uH – de waarden die Ron ook al had gevonden. Maar zit de impedantie lager, dan kom je daar niet meer mee weg. En al helemaal niet met een vaste spoel.
Mijn spoel heb ik iets aangepast, zodat hij ook aan de lage kant een aftakking heeft. Bovendien maakte ik van de eerste schakelaarstand na de bypass een kortsluiting zodat dan alleen de condensator over de lijn staat om de eerste case te kunnen tunen waar de spoel 27nH moest zijn. Dat ging ten kosten van de hoogste zelfinductie zodat de spoelwaarden nu 370nH, 1uH, 2uH en 3,6uH zijn. Daar moet ik het maar mee doen.
Mijn afstemcondensator had twee secties waarvan ik er maar 1 gebruikte. Het is dezelfde condensator als we voor de afstemming van de Bitx20 gebruiken. Ik zette de secties parallel en nu heb ik 18-280pF. Dat zou beter moeten gaan.
Eerst maar de coax eraan naar de MFJ in bypass mode. Dat gaat niet goed. Ik krijg met de tuner de SWR niet onder de 1:6. Kennelijk is deze combinatie voor de simpele L-tuner niet goed te behappen. Dus de draad rechtstreeks aan de Bitx gehangen. En nu kon ik de draad 1:1.8 krijgen. Meer dan genoeg. Met alles onder de 1:2.5 ben ik tevreden. Toen nog even de aarde eraan geknoopt en nu krijg ik de draad 1:1.4. Ook meer dan genoeg. De balun van de andere draadantenne er tussen gezet en ook deze laat zich – met de C nu aan de linkerkant omdat de draad nu wel erg omlaag getransformeerd werd – ook 1:1.5 zetten. Het lijkt erop dat de tuner nu een stuk beter is.
Moraal van het verhaal: Neem je afstem-C niet te klein. Ik had gedacht dat C's van 400pF of meer specifiek voor de lage (160-40m) banden waren. Niets is minder waar. Ook op 20 heb je capaciteit nodig.
Zorg daarnaast voor voldoende spoel-aftakkingen, of beter, regel of maak een rolspoel. De grote stappen in zelfinductie zijn momenteel mijn grootste handicap. Hoe fijner je de spoel kan regelen, hoe beter de tuner werkt. Ik ga nog eens wat veld-testen doen met de bitx om te zien hoe de tuner zich gedraagt, maar ik heb goede hoop dat het nu een stuk beter werkt. En valt een antenne buiten mijn regelbereik, dan knippen we er toch gewoon een stuk af…. Net zolang tot het wél binnen tuner bereik valt. Zo blijft er nog wat te experimenteren over.