Gras antenne

grasantenne

grasantenneAntennebeperkingen die je de das om doen? Buren die procederen tegen je mast? Behoefte aan een werkelijk draagbare HF antenne? Dan is de grasswire antenne wellicht de oplossing! Bijna onzichtbaar, lichtgewicht, en compact (te vervoeren in je achterzak), en het werkt nog ook! K3MT gebruikt 'm al meer dan 10 jaar in diverse uitvoeringen.

 

 

Lees verder – en luister naar de "experts" die je vertellen dat het allemaal onzin is en dat zo'n antenne niet kan werken. Maar dat doet-ie wél. En echte experts, die zich een jaar of 10 (of meer) verdiept hebben in de theorieën van Maxwell, weten waarom het werkt.

Deze antenne verslaat natuurlijk niet een yagi qua prestaties, of een fatsoenlijke dipool op een halve golflengte hoogte. Niet in versterking of signaalsterkte, tenminste. Maar hij overleeft moeiteloos ijzel, storm en is praktisch immuun voor blikseminslag. En je hebt er geen hoge mast of steunen voor nodig. De balun voor de aanpassing is groter dan de antenne!

Wat is het precies? Eigenlijk is het een eindgevoede langdraad antenne die op het gras gelegd wordt. Vandaar de naam. De originele grasswire die door K3MT gebruikt werd in de zomer van 1988 was slechts 5 meter koperdraad van 1mm diameter van een oude elektromagneet die over zijn erfafscheiding was gelegd, tussen de 2,5 en 15cm boven de grond. Onderstaande schets toont een typische installatie. Zowel een aardpen van  2,5m als optionele tegencapaciteit is getoond in de tekening. Gebruik of de aardpen of de draden. Allebei is niet nodig.

Grass1

De antenne gedraagt zich grotendeels als een weerstand met waardes tussen de 150 en 500 Ohm bij gemiddelde bodemsamenstelling. De antenne is succesvol gebruikt op zand, rotsbodem, rivieroevers en gemiddelde achtertuinen. Alles met prima resultaten.

De sceptici onder ons zullen betwijfelen dat zo'n lage antenne kan werken. Tenslotte zal de gespiegelde antenne in de grond met zijn straling de primaire straling uitdoven. Da's waar – als de grond perfect is. Maar niets is perfect! De grasswire straalt vertikaal gepolarizeerd vanaf het einde van de draad. Uitgebreide testen met de draden gelegd in de richting van de Amerikaanse tijdzender WWV, en haaks daarop, toonde de richtingsgevoeligheid van de antenne aan. Maar waarom werkt het?

Als een inkomende radiogolf weerkaatst tegen de bodem, geeft deze weer een uitgaande radiogolf. Deze twee vormen een plane of incidence, ofwel een vlak waarin ze elkaar versterken. Oplossingen van de vergelijkingen van Maxwell verschillen voor het geval het E-veld haaks op dit vlak staat (dus horizontaal gepolarizeerd), en voor het geval waarbij de E-veld vector binnen het plane of incidence valt. Dat laatste zou je "vertikaal" gepolarizeerd kunnen noemen, hoewel dat technisch niet correct is. Electromagnetici (ook wel bekend als degenen die Electromagische effecten beoefenen) noemen deze gevallen normal incidence (horizontale polarizatie) en planar incidence (vertikale polarizatie.)

In het geval van normal incidence is de reflectie vrijwel volledig, met een nagenoeg 180 graden fasedraaiing. Dus reageren zeer lage antennes vrijwel niet op, en genereren ook nagenoeg geen, significante hoeveelheden horizontaal gepolarizeerde straling. Maar voor het geval van planar incidence, varieert de reflectie aanzienlijk in sterkte. Bij sommige opstralingshoeken (de hoek tussen de uitgaande radiogolf en de grond) wordt de reflectie behoorlijk zwak, en heeft een fasedraaiing van 90 graden. In de buurt van deze hoek geeft de som van de directe en gereflecteerde golf een veldsterkte die net zo groot is als de antenne in de vrije ruimte zou hangen! Natuurlijk compenseert de gereflecteerde golf bij andere hoeken voor het grootste deel de directe golf, zodat de antenne in die richtingen niet al te best zal afstralen.

De reflectie coefficient wordt berekend als de verhouding van het elektrische veld van de inkomende radiogolf tot die van de gereflecteerde radiogolf. Dat varieert van één (volledige reflectie zonder verliezen) to nul (helemaal geen reflectie.) Dat hangt af van de uitgaande hoek van de golf, de frequentie en de bodem parameters (diëlectricsche constante en geleiding.) Hieronder vind je de grafieken van de planar incident (vertikaal gepolarizeerde) reflectie voor typische "goede" en "slechte" bodem.

good

poor

Merk op dat bij hoeken tussen de 10 en 25 graden de reflectie heel zwak is. Daarbij is ook nog eens de fasedraaiing 90 graden ten opzichte van de inkomende golf. Daardoor is de afstraling van de grasswire vanaf het uiteinde ongeveer hetzelfde alsof de grond helemaal niet bestaat.

Een opstralingshoek van 15 tot 20 graden in de richting van Amerika kan heel nuttig zijn. En dat is wat de grasswire doet. In alle richtingen straalt hij slecht, maar het minst slecht in de richting van de ionosfeer waar de meeste DX te verwachten is.

De signaalrapporten op 80, 40, 20, 15 en 10 meter tijdens diverse transatlantische verbindingen waren niet om van je stoel te vallen. Maar er werden wél verbindingen gemaakt en genoten van amateurradio op zijn best! Het mooiste van dit alles: de buren hebben nooit geweten dat er een zender in de lucht was…

Omdat de antenne zich voornamelijk resistief (als een weerstand) gedraagt, was slechts een eenvoudige balun nodig. Onderstaande tekening toont hoe je zo'n balun kunt maken:

Balun

De balun werd gemaakt door de mantel van een telefoonkabel (type binnenshuis) te pellen. Daar zitten doorgaans vier geïsoleerde koperdraden in: haal er één af en gebruik de overige drie. Leg ongeveer 16 windingen om de kern, zonder dat de draden in elkaar draaien (zorg ervoor dat de draden overal parallel lopen.)

Als je goed kijkt zie je dat deze "balun" eigenlijk een ongebalanceerde antenne aanpast aan een ongebalanceerde transmissielijn. Feitelijk is het een breedband autotransformator met drie windingen. Impedantie transformatie staat vermeldt op de tekening. Gewoonlijk verbind je de coax met óf A2/B1 óf B2/C1, en de antenne met B2/C1 of met C2. Dat kan een beetje van de band afhangen.

Hoewel Windom antennes gewoonlijk vanaf een paal of een boom gespannen worden, doen die het ook in "grasswire" mode. Gewoon op de grond leggen. De afmetingen worden hier ter leeringh ende vermaeck nog eens gegeven.

Windom

Als K3MT op reis gaat, neemt hij een grasswire antenne mee die gemaakt is van 0,6mm montagedraad. Omdat hij vaak de antenne naast een parkeerplaats van een motel neerlegt, is de lange draad zwart en de korte draad rood. Op die manier weet hij hoe de Windom gericht is. Onthoud dat de antenne het best straalt vanaf de lange zijde. Vanaf andere kanten straalt hij ook wel, maar het best vanaf de lange kant. Lijkt me een prima idee voor de vakantie om het eens te proberen. Niks masten mee, gewoon op de grond leggen!