Svenska ElektronikForumet

När man läser om hur man ska designa en kortvågsantenn är står det ofta att SWR måste vara bra, och antennen resonant, för att få bra verkningsgrad. Att hög SWR kan vara skadligt för en kortvågssändare är klart, men kan verkningsgraden verkligen påverkas?(med verkningsgrad eller effektivitet menar jag att energin lämnar antennen som radiovågor och inte som värme, från antennen eller någon annan del av systemet)

Om jag har en kortvågssändare, en antenntuner, och en antenn som är förbundet med 1dm koaxialkablar. Låt säga att antennen inte är resonant alls, tex en randomwire antenn med några radialer, Om verkningsgraden är under 100% borde energin försvinna på något annat sätt än radiovågor, kanske som värme?

Med en sändareffekt på 100W borde det ganska snabbt bli problem med 50% verkningsgrad om jag värmer upp 1dm koaxialkabel med 50W. Även tunern skulle med 10-20W i värmeutveckling ganska snabbt få problem. Radion märker ju inte av att det är "låg verkningsgrad" på antennen, eftersom den har SWR 1:1 med hjälp av tunern. Antentråden kanske kan lämna ifrån sig några watt per meter utan att brinna av?

Det här får mig att fundera på ett par saker.

1. Är icke resonanta antenner precis lika effektiva som resonanta?
2. Är resonanta antenner därmed bara viktiga om man har långa koaxialkablar till antennen från tuner/radio?

En semi-kvalificerad gissning:
Med slutsteg som inte har 100% verkningsgrad så tror jag att det som avses nog är att reflekterad signal studsar tillbaka in i slutsteget, och eftersom det inte har 100% verkningsgrad så ger det värme.

Dessutom så gissar jag att slutsteg, i den mån de tål dålig SWR, inte garanterar att de skickar ut en viss effekt ut i etern, utan att specad effekt är summan av utskickad effekt och reflekterad effekt att "äta upp". Jämför hur till exempel ett elverk kan vara specat så att dels förbränningsmotorn (eller vindsnurran eller vattenhjulet eller vad det nu ger) har en viss riktig maxeffekt i watt, medan generatorn kan ha en annan (högre) effekt i voltampere, så att säg ett elverk kan orka driva 1500W effekt men 2000VA vid induktiv/kapacitiv last. (Påhittade siffror).

Semi-relevant jämförelse: För antennsignaler, för mottagning, så bör man såklart ha korrekt impedansanpassning. Men ett klassiskt fall där man kan fuska med detta är att dela på signalen till två TV-apparater. Man bör ha en impedansanpassad delare, men om man kan klara sig utan lite signalstyrka så kan man parallellkoppla två TV direkt vid utgångskontakten på en RF-modulator (som oftast innehåller ett litet buffertsteg för inkommande antennsignal, vars syfte i första hand är att se till att RF-modulatorn inte läcker ut till ingången utan endast sänder på utgången, så att alla grannar i ett flerfamiljshus, eller alla personer i samma enfamiljshus, får in varandras videobandspelares RF-modulatorer, ungefär). Detta buffertsteg ger korrekt signal oavsett om lasten är korrekt impedansanpassad eller inte, och därför går det bra att parallellkoppla två TV (37½ ohm impedans, halva 75 ohm).

För antennfallet med fel impedans så ifall du har kabel vars impedans matchar antennen så lär det mest vara fråga om att inte får högsta effekt från slutsteget. Jämför med typiska ljudslutsteg som oftast är avsedda för högtalare på 4-8 ohm. Lastar man dem med säg 32 ohm får man mycket klenare effekt, medan lastar man dem med 1-2 ohm så kan de må dåligt.

Testa med väldigt låg effekt så ser du eller märker skillnaden.

Doublet antennen matas med en stege(låga förluster) och kan ha väldigt hög impedans(tuner ett måste). Men den anses ändå vara en bra antenn, det borde tala för att även om en antenn har högt SWR så kan den fortfarande fungera bra som antenn, om man 1: Skyddar radion från hög SWR och 2: Har en förlustfri matning(stege eller väldigt kort koax).

Du har två skilda saker att ta hänsyn till. Strålning till/från antennen och anpassning. När du pratar om verkningsgrad tycker jag det verkar som du menar summan av dessa båda.
När antennen strålar som bäst brukar den vara i resonans, den har då en viss impedans. Vilken impedansen den har beror på antenntyp.
Tranceivern har samma impedans på sändare och mottagare. Pga att antennen har samma effektivitet vid sändning och mottagning kan du använda samma anpassning för sändare och mottagare. Det är då sändaren man brukar bry sig om eftersom det är effekten man vill få ut så att den inte orsakar oönskad uppvärmning. Mottagningen hänger då med.
Du ska då anpassa antenn och tranceiver.
I ditt fall har du även en kabel för att mata antennen. Den ska ha samma egenskap som antennen annars får du förluster vid den punkten där antenn ock matning möts. Är antennen obalanserad ska du ha en obalanserad matning. Är dom inte lika så behövs en anpassning, en balun. Du har i ditt fall en balanserad antenn och matar den med en balanserad matning. Dessutom är stegen vald så att den ska ha hög impedans som är så lika antennens som möjligt. Skiljer det mycket bör anpassningen där uppe ta hand om det också.

Vid kortvåg så är förlusterna i kabeln inte så stor så att man normalt behöver bry sig om den förlusten. Du ska ha en lång matning i så fall. Anpassningsenheten (tunern) ska alltså ha egenskaper som passar matningen till antennen och sändaren/mottagaren. Impedans och balanserad/obalanserad ska alltså kunna matchas på båda sidor av anpassningsenheten.

Vad jag förstår har du en matning som är anpassad till antennens balanserade höga impedans, så långt är det bra. Om tunern kan anpassa antennkabeln (stegen) till sändarens, impedans och effekt har du också den biten ok.
Hur antennen strålar kan du bara påverka genom att placera den så bra som möjligt. Kan finnas möjlighet att finjustera genom att klippa länden på antennlinorna, men de brukar vara anpassade så att det bara ska vara att köra. Ändrar du frekvens markant ändrar antennen impedans och du får matcha (tuna) om.

En stegmatad dipol och dess avstämmare är tillsammans ett antennsystem. Dipolen är lika bra även som icke resonant. Det viktiga är den totala impedansen sändaren "ser".

Är antennen i närheten av en multipel av ett jämnt antal våglängder är detta obra. Impedansen i anslutningen till avstämmaren blir mycket hög och systemet antenn + avstämmare fungerar dåligt.

Den måste även ha en vettig längd i förhållande till den längsta våglängd som skall avändas för att bli effektiv. För 80m räcker tomten oftast till, för 160m är det svårt på en vanlig villatomt.

Tyvärr är det ofta besvärligt att hänga upp en stegmatad antenn, stegen måste hänga fritt i princip hela vägen till avstämmaren. Därefter kan de vara obalanserad koax. Men avstämmaren måste vara åtkomlig eller fjärrstyrd för att kunna justeras vid frekvensbyte,

Antenner är komplext, det är så mycket som påverkar att ingen vet hur det blir förän den sitter på plats. Är Du ung och rörlig, ut och experimentera. I annat fall är det bäst att ta hjälp.

Gitters skrev: ↑10 maj 2025, 10:31:43 När man läser om hur man ska designa en kortvågsantenn är står det ofta att SWR måste vara bra, och antennen resonant, för att få bra verkningsgrad. Att hög SWR kan vara skadligt för en kortvågssändare är klart, men kan verkningsgraden verkligen påverkas?(med verkningsgrad eller effektivitet menar jag att energin lämnar antennen som radiovågor och inte som värme, från antennen eller någon annan del av systeme
1. Är icke resonanta antenner precis lika effektiva som resonanta?

Det finns faktiskt antenner som klarar av hela området 2-30 MHz med ett stående-våg-förhållande mindre än 2,5.
SÅDANA ANTENNER SÄLJES UNDER säljes under benämningar som BBA och HFM 230. Dessa har en längd av 28 meter och är av typen vikt dipol.

När alexandersson tar upp bredbandiga antenner och visar fråga 1. tycker jag att det kan vara bra att påpeka att bredbandiga antenner inte har samma antennvinst som smalbandiga antenner.
1. Är icke resonanta antenner precis lika effektiva som resonanta?
Man kan inte få allt en sak som gäller vid antenner är smalband resp bredband. Det finns olika trix att göra antenner mer eller mindre smal/bred bandiga. antenvinsten blir alltid bättre med en smalbandig än en bredbandig.

Vet man att man bara ska sända på en frekvens är en smalbandig antenn fördelaktig ur antennvinst synpunkt. Ska man använda ett brett frekvensområde kan det vara fördelaktigt att välja en bredbandig antenn. Fördelen kan vara att man behöver inte hålla på att matcha om en bredbandig antenn som har ett lågt SWR inom det frekvensområdet som är acceptabelt ur SWR synpunkt. Man kan du skippa en apparat i kedjan. Den anpassningsenhet som är förlustfri är inte uppfunnen än.

Håller man på med KV så är det så många band och så breda band att de antenner som klarar hela området med en skaplig antenvinst med en låg SWR, finns inte.

Kan ju också tillägga för den som är nybörjare att antennvinst är egentligen mest ett fint ord för hur exakt riktad antennen är.

T.ex. har en parabol fantastisk antennvinst, men för kortvåg så skulle en parabol behöva vara enormt stor.

Ej resonant antenn => antennens impedans är delvis reaktiv.
Reaktiv impedans är onyttig impedans som är en av de saker som sänker antenn-effektivitet och ger reflektioner som förr eller senare avsätts som värme.
Antennens resistiva förluster bidrar också till att sänka antennens effektivitet.
En simpel dipol eller viken dipol för lättare förståelse, man kan DC-mäta dess resistans som kan vara något Ohm men den resitansen ökar med frekvensen, bl.a så leds antennströmmen endast i ytan på metallen vid höga frekvenser vilket minskar användbara ledar-arean och kan göra resistiva förluster påtagliga.
Man kan jämföra med en 50 Ohm oändligt lång koaxialkabel med ideal ledare utan resistiva förluster där man mäter 50 Ohm även vid DC-mätning trots att det inte finns någon egentlig DC-resistans i systemet.

Rak pinne i grov multitrådad dimension har oftast låga resistiva förluster medan kort exempelvis loop-antenn ofta har hög resitiv förlust, hög reaktans och låg strålningsresitans. Optimala antennen ur effektivitetssynpunkt omvandlar radions resistivt avgivna effekt till fjärrfältets 377 Ohm med hjälp av en impedans-transformator. Den transformatorn är det vi kallar antenn.
Matas/lastas antennkabeln med impedans som inte är kabelns karaktäristiska impedans blir kabeln en del av antennen.
Det är då det killar i läppen när man håller mikrofonen tätt.
I ssynnerhet kortvågsantennen med relativt våglängden kort avstånd till jord får en andra väg som reflekterande jordströmmar letar sej tillbaka in i radion och det är genom koppling mellan antenn och marken under antennen som på ett eller annat sätt kommer tillbaka till radion.

Antennkabeln bidrar med överföringsförluster även om den är korrekt matchad i bägge ändar.
Just vad gäller att låta två TV dela på samma kabel, kan det gå bra, eller så blir det paj. Det beror bl.a. på kabellängderna. Den ena kabeln kommer agera stubbmatchning till den andra och kan med otur helt släcka signalen.
Man begränsar detta problem mha av tre motstånd.

Vad gäller enbar Rx på kortvågsband på antenn med låg effektivitet är inte effektiviteten av den betydelse som det en gång var.
Låg effektivitet drabbar både nyttosignal ock lokala/atmosfäriska störningar lika mycket. så länge signalen in till radion höjer RSSI med 10 dB gentemot radions (inklusive försteg mm) egenbrus så innebär låg effektivitet på antennen inte så mycket på hörbarhet av svaga signaler.
Antenn-designen i sej har på många andra sätt betydelse för SnR genom sin lokala karaktäristik av E och H-fält, riktverkan, bandselektivitet/bandbredd och gain. En antenn kan ha hög riktverkan men lågt gain, det är skilda egenskaper.

Effektivitet brukar delas upp i tre delar då det klargör vad som är ingående parametrar som man önskar veta och mäta.
Dessa tre förutsätter att man hanterar reaktiva och resistiva förluster genom t.ex. matchning mha av reaktiva nätverk.

1. Antennens strålningeffektivtet: Rr/(Rr+Rloss)
r=radiation
2. Matchningseffektivitet: Pin/Ps = 1-|⌈|²
s=source
3. Total effektivitet i händelse av att systemet inte är matchat
Pt/Ps
t=total s=source
Ovan anges ofta i procent genom att multiplicera med 100.

Vanligen kan dessa parametrar mätas med VNA genom olika S11-mätningar.
Det kan då se ut så här: Detta ger antennens strålningseffektivitet Det finns i denna beräkning inget om någon särskild karaktäristisk impedans, 50 Ohm t.ex. Antennen faktiska impedans är för god effektivitet inte avhängigt hur bra radion är matchad till just denna impedansen. Antennens effektivitet är en sub-del av systemets effektivitet och där systemet kan väljas att matchas efter antennen.


En dipol, kortaste längden som om inte förluster funnes och som kan ge 100% effektivitet är en halv våglängd lång.
Kvartsvåg antenn är en dipol där ena halvan är speglad i jordplan, dvs den är elektriskt en halv våglängd lång.
Alla antenner kortare än en halvvåglängd kan aldrig uppnå 100& effektivitet.
Grov tumregel är att strålningseffektiviteten minskar med 50% för varje halvering av antennlängden under en halv våglängd.
Tillkommer att matchningsförluster ökar ju kortare antenn är då förluster i matchningskomponenterna blir mer framträdande.

0.5 våglängd samt 1.5, 3.5 ,5.5 ... våglängder ger impedanser som är hanterbara för att ge vettig effektivitet.
En nackdel med ökad längd är att bandbredden tenderar att bli smalare ju längre antenn.
Dipolens antennlängd på verkar även riktgainet. Dipol med längden 1.25 är en längd som ger påtagligt högre riktgain än en halvvågs dipol, 5.2 dBi relativt 2,15 dBi.

Dipol-antenner som är bredbandiga över en oktav eller mer med VSWR under 2:1 som egen egenskap finns inte.
I fallet med antenner av typ multielement dipoler såsom HFM230 erhålls lärgre VSWR genom att antennstörmmar kopplar ned till en resistivt jordplan under antennen. Den blir således beroende av typ av jord under antennen. Det problemet med koppling till jord finns i synnerhet för alla horisontella dipoler som hänger relativt våglängden nära jord. Ett sätt att öka den kapacitiva kopplingen till jord är att öka bredden på dipolens element, som här genom att använda multipla ledare.
För kommersiella kortvågs-anläggningar där effektiviteten kan vara av betydelse för att minska elräkningen lägger man ofta ned metall-nät i marken runt antennen för att minska markens resistivitet. Det är resistansen i marken som möjliggör att del av signalen förbrukas som värme.
HFM230 uppges ha en dipol-längd om 28 meter. Våglängden vid 2 MHz som är dess nedre uppgivna frekvensområde är 150 meter.
Den är då 0.2 våglängder lång och antennen i sej har då en impedans på ca 8+j240 Ohm. Datablad uppger 2.5:1 VSWR vilket innebär att mesta TX antenn-strömmen värmer marken under antennen.
Det är långt från optimal antenn men lång och bred dipol är ofta bland det bästa som praktiskt kan åstadkommas på långa våglängder för bästa effektivitet. Ju mindre det kopplar till resistiva förluster marken, ju bättre om man kan kompensera för resistiva och reaktiva mismatchen. Ett sätt att minska resistiva jord-förlusterna är med metall-nät under antennen eller att antennen placeras så högt att kopplingen till marken blir obetydlig.

Det finns antenn-typer som på grund av den långa våglängden får så läg antennverkningsgrad för konventionella antenner, där jorden suger den mesta energin oavsett antenn-val och aatt man därför gör tvärs om, medvetet matar jorden som alternativ antenn. Jordströmmarna blir inte någon effektiv antenn men blir i stort lika bra som någon ovan-jord-design. Används bl.a. för ubåtskommunikation på frekvenser under 100 kHz.

Stegmatad antenn, liksom mata antenn med bandkabel löser inga mismatch-problem, bara förflyttar dom till annan plats. Sådan ledare kan ses som en balanserad del av antennen. Stegens utformning kan ibland väljas att utgöra en del av transformeringen mellan olika impedanser genom utformningens karaktäristiska impedans och längd relativt våglängden.
Dessa ledartyper får naturligt en högre karaktäristisk impedans än vad som är praktiskt med koaxialkabel och kan ge mindre överföringsförluster om även antennens impedans är i samma härad. Effektiva antenner har sällan impedans över 150 Ohm av naturliga orsaker men som är lite krångliga att förklara. Normal stiger antennens uppmätta impedans om den kunde mätas i fjärrfältet där den idealt ska var 377 Ohm vilket är rymdens naturliga karaktäristiska impedans.

Nedan bild är teoretiskt inkorrekt på många sätt. Angivna 377 Ohm är något som enbart gäller i fjärrfältet men bilden ger förståelse för vad en antenn egentligen är, en transformator mellan radio och fjärrfältet, där en bra transformator ska ge en matchande impedansomsättning.

Mindmapper skrev: ↑11 maj 2025, 16:55:49 Håller man på med KV så är det så många band och så breda band att de antenner som klarar hela området med en skaplig antenvinst med en låg SWR, finns inte.

En logperiodisk antenn är bredbandig och har en skapligt antennvinst.
Vid Grimeton finns (fanns) en logperiodisk antenn avsedd för 6-26 MHz.
Även vid Hörby fanns en logperiodisk antenn.

E Kafeman skrev: ↑12 maj 2025, 01:10:10
HFM230 uppges ha en dipol-längd om 28 meter. Våglängden vid 2 MHz som är dess nedre uppgivna frekvensområde är 150 meter.
Den är då 0.2 våglängder lång och antennen i sej har då en impedans på ca 8+j240 Ohm. Datablad uppger 2.5:1 VSWR vilket innebär att mesta TX antenn-strömmen värmer marken under antennen.

Vid en vikt dipol skall impedansen multipliceras med 4. Vid en tretrådarsdipol matad i en av trådarna skall impedansen multipliceras med 9. På marknaden finns en 23 meter lång tretrådsdipol med tillhörande balun.

>Vid en vikt dipol skall impedansen multipliceras med 4.
Det är något som inte kommer inträffa om man ska vara petig.
I en ideal värld kan det vara möjligt att förbinda två halvvågs långa strukturer med visst inbördes avstånd, förbindas genom tvärsgående ideal ledare utan att denna ledaren ger fasförskjutningar i mellan kontakterings-punkterna.
Det går inte så man får offra på dipolens längdutsträckning den längd som behövs för att förbinda den andra ledar-utsträckningen.

I praktiken blir impedansomsättningen alltid mindre än en faktor 4.
Om det är viktigt att nå så hög impedansomsättning som möjligt gäller det att välja lagom avstånd mellan trådutsträckningarna.
Ju längre avstånd bortanför det avstånd som ger högst impedansomsättning, ju lägre blir blir impedansomsättningen.
Totala ledarutsträckningen är två halvvågor i längd. Det maximala avståndet mellan de bägge antenn-delarna är när dubbelvikna dipolen blivit formad till en cirkelrund loop. Typisk impedans för en helvågs loop ca 135 Ohm
Åt andra hållet, ju närmare mellan de bägge trådutsträckningarna ju lägre blir impedansomsättningen. När detta avståndet är noll är impedansen noll.

>Vid en tretrådarsdipol matad i en av trådarna skall impedansen multipliceras med 9.
Dipol konstruerad av tre trådar? Normalt består en dipol av två trådar inbördes motsatt riktning,
Tre dipoler kan arrangeras på en mängd sätt som alla ger olika effekter på impedansen.
De tre dipolerna kan sammankopplas på en mängd sätt parallellt eller i serie, vilket påverkar impedansen på olika sätt.

Extremfallet är när de tre dipolerna bildar en ideal tripol. Varje dipol är vinkelrätt orienterad relativt de bägge andra dipolerna.
Antennelementens mutal impedanser påverkar då inte varandra.
https://www.researchgate.net/figure/Fot ... _301873317

>På marknaden finns en 23 meter lång tretrådsdipol
Är det den som har en impdans 9 ggr högre än en resonant dipool?
Gissar du tänker på en dipol med dubbla baluner som en del i antenn-strukturen eller en dipol där man ökar markkapacitansen genom att öka yt-exponeringen genom att öka antenn-kroppens utbredning över jord mha flera trådar istället för en massivt tjock tråd?
Det finns 100-dubbelt långa enskilda dipoler och de som är kortare än en millimeter och de kan naturligtvis placeras jämte andra dipoler i olika konfigurationer.

En variant är när en och samma matningspunkt matar tre olika långa dipoler som utbreder sej med lagom stort inbördes avstånd.
Om avståndet är lagom så är mutal kopplingen lagom hög för att var och ens resonans ska bidra till att ge en jämnare summaimpedans

>med tillhörande balun.
Balun avser vanligen något som ger impedansomsättning, en form av transformator som även kan vara interface mellan balanserad och obalanserad punkt.
Balun kan göra att man mäter andra impedanser om man mäter genom balunen relativt utan balun men det påverkar inte antennens egenskaper såsom bandbredd eller antenn-effektivitet. Däremot kan balunen vara en del för bättre system-effektivitet genom att matcha olika impedanser.
Balun förväntas även kunna hantera balanserad förbindelse till obalanserad (därav namnet bal-un).