Principe dipoolantenne met stroom/spannings verdeling. De andere helft is het aardvlak zodat 1/4 golf zichtbaar is.

Voortplanting grondgolf bij verschillende grondsoorten a is zeewater, b is natte grond, c is droge grond

Antenne Type A schematisch

 

Antenne type B schematisch

Antenne type C schematisch

Antenne type D schematisch

Antenne type E schematisch

Antenne type F schematisch

Antenne type G schematisch. De onderste cirkel is het aardvlak

Er is veel over zeezenders geschreven: over de programma’s, wie er bij betrokken waren, het wel en wee aan boord, mislukkingen en successen.

Wat vaak wat onderbelicht is gebleven is de techniek achter de stations en met name de gebruikte antennes. Uiteindelijk is de zendantenne een zeer belangrijk en onmisbaar onderdeel van het gehele project.

UITGANGSPUNTEN

Daarom hier een poging om dit onderwerp wat verder uit te diepen, op eenvoudige wijze, zonder gebruik te maken van formules en rekenmodellen. Ik behandel hier – zeer beknopt – antennes en het gedrag van radiogolven voor uitzendingen op de Middengolf. Op de korte golf gelden weer andere principes, die hier buiten beschouwing blijven. Uitgangspunten voor een goed antennesysteem zijn:

  1. Een zendantenne voor de Middengolf bestaat in de praktijk uit een z.g.n. verticale straler, die het signaal rondom uitstraalt en staat opgesteld op een geleidend (aard)oppervlak
  2. Het door de antenne afgegeven signaal moet zoveel mogelijk onder een lage hoek met het aardoppervlak uitgestraald worden. Dit signaal wordt de grondgolf genoemd en die is in de praktijk verantwoordelijk voor een gelijkmatige ontvangst in het beoogde luisterbereik. Het hierboven genoemde antennetype voldoet hier aan.
  3. Een zendantenne moet samen met het uitgangscircuit van de zender een afgestemde kring vormen, geoptimaliseerd – dat heet “in resonantie” – voor de uitgezonden frequentie. Alleen dan is het uitgezonden signaal maximaal.
  4. Van belang is ook de manier waarop de antenne verbonden kan worden met de zender, dat wordt de “voeding” van de antenne genoemd. De aansluiting van de zender op de antenne vereist altijd een zekere aanpassing. Die moet zo verliesvrij mogelijk worden uitgevoerd en is afhankelijk van de wijze waarop de zender met de antenne wordt gekoppeld.
  5. Verliesweerstanden moeten zoveel mogelijk vermeden worden omdat dit ten koste gaat van het uitgezonden vermogen. Verliesweerstanden ontstaan niet alleen in de installatie zelf maar ook in het (aard)oppervlak en obstakels in het pad van de radiogolven.

UITWERKING

Allereerst  het verschil tussen een radiostation op zee en een radiostation op land. Er kan gesteld worden dat een radiostation op zee veel voordelen heeft t.o.v. een op het land. Dat vinden we terug in punt 1) en 5). Zeewater heeft een optimale geleidingsfactor en op zee zijn geen obstakels zoals heuvels e.d. De geleidingsfactor van de meeste grondsoorten zijn is malen lager en de verliesweerstand dus hoger.  Er werd wel eens gesteld: een kilowatt op zee is gelijk aan 5 kilowatt op het land (voor dezelfde veldsterkte rondom). Dit verklaart ook waarom het bereik van een (zee)zender nooit cirkelvormig is: over zee worden grotere afstanden afgelegd dan over land. Het verklaart ook waarom de Engelse zeezenders zo graag in of bij de Thamesmonding lagen: dit is de kortste weg over het traject met het minste verlies naar de metropool Londen. Het verklaart ook een beetje dat Zweden, Denemarken, Nederland, België en Engeland echte “zeezenderlanden” waren; ze hebben een lange kustlijn. Duitsland b.v. heeft een korte kustlijn en het grootste deel van het land ligt gewoon te ver van zee. Radio Nordsee heeft het met Duitstalige programma’s geprobeerd maar dat is mislukt, een van de redenen is genoemd in punt 2): de grondgolf kwam gewoon niet zo ver.

De antenne zelf. Hier zijn in belangrijke mate de punten 3) en 4) van toepassing. De combinatie antenne en zender moet zo worden afgestemd dat het op de gewenste golflengte uitgezonden vermogen maximaal is. Anders gezegd; de zender moet zijn vermogen kwijt kunnen in de antenne, zo niet dan ontstaat “misaanpassing”, het vermogen komt terug naar de zender en die kan daar niet tegen. (de z.g.n staande golf verhouding moet 1 op 1 zijn).

Het onder 1) genoemde antennetype, de verticale straler, moet om in resonantie te zijn, een lengte van een ¼ golflengte te hebben. Dan hebben we het wel  over 45 meter aan de “hoge” kant van de middengolf tot 125 meter aan de “lage” kant. Nu zijn dat praktisch gezien lengten die op een schip moeilijk te realiseren zijn. De meeste antennes zijn in de praktijk korter, dus moeten er “trucs” worden toegepast om het geheel van zender en antenne in resonantie te krijgen en wel zodanig dat zo veel mogelijk vermogen door de antenne wordt uitgestraald. Een “staande golfverhouding” van 1 : 1 dus. Zie de uitgebreidere toelichting aan het eind van dit artikel: “voor de liefhebbers”

 

ENKELE TYPEN ANTENNES IN DE PRAKTIJK

Er zijn verschillende mogelijkheden om antennes te voeden en te korte antennes kunstmatig te verlengen zodanig dat een zo goed mogelijk resultaat wordt verkregen. Ik heb ze onderverdeeld in 6 basistypen, A t/m G. Dit is geen “erkende” indeling, maar leek mij handig om diverse mogelijkheden te onderscheiden.

TYPE A  De T-antenne of (“waslijnantenne”)

Dit een (veel) te korte straler waarvan het gebrek aan verticale lengte gecompenseerd wordt door een aantal horizontaal gespannen topdraden. Zeer populair voor algemeen maritiem gebruik, niet alleen bij zeezenders. Voordelen: niet al te hoge masten, wel twee stuks nodig. Blikseminslag kan een probleem zijn. De masten zelf hebben uitsluitend de functie als antennedrager.

TYPE B  De mast met topcapaciteit

Dit is een iets te korte straler waarbij het gebrek aan verticale lengte gecompenseerd wordt door een aantal stervormige geleiders aan de top. Is alleen effectief als de mast zelf als antenne dient. De  mast is geaard opgesteld. Wordt laag op de mast gevoed. Nadeel: de topcapaciteit is gevoelig voor stormschade.

Dit type kan met alle typen C tot en met F gecombineerd worden.

TYPE C  De geïsoleerd opgestelde mast

Het enige verschil met de andere mastantennes is dat deze niet geaard is maar op isolatoren staat opgesteld. Dit kan voordelen voor de voeding van de antenne. Nadelen: isolatoren zijn kwetsbaar voor drukverschillen en omdat masten op schepen per definitie aan mechanische belastingen zijn blootgesteld, niet populair. Wordt op het land veelvuldig gebruikt.

TYPE D  De mast met topvoeding.

Deze mast staat geaard opgesteld. De antennedraad is galvanisch verbonden met een punt boven aan de mast of iets lager. De antennedraad dient als voedingslijn voor de antenne maar straalt zelf ook mee. Voordeel kan zijn dat het systeem minder gevoelig is voor blikseminslag. Kan ook een halve dipool genoemd worden (de andere helft wordt gevormd door het aardvlak).

TYPE E  De mast met parallelvoeding (ook wel “skirtvoeding” genoemd)

Deze mast staat geaard opgesteld. De antennedraden dienen hier onmiskenbaar om de antennemast te voeden. Ze stralen uiteraard zelf ook mee maar de functie als voedings- een aanpassingssysteem is duidelijk. De doorsnede van de mast, de dikte en het aantal van de draden als mede de afstand van de draden tot de mast geven mogelijkheden de antenne optimaal aan te passen. Wordt ook veel toegepast in installaties op het land. Kan ook een halve dipool genoemd worden. De dikteverhouding tussen draden en mast maakt “impedantie aanpassing”mogelijk.

TYPE F  De mast uitsluitend als antennedrager

Hierbij is de antenne met isolatoren aan de bovenkant van d mast opgehangen. Dit hoeven geen extreem zware exemplaren te zijn. In de top van de mast is het spanningsverschil met het uiteinde van de antenne gering. (beiden bevinden zich op dezelfde golflengteafstand vanaf de grond)

Het verschil met B is dat antenne aanpassing anders verloopt en de mast geen of een mindere rol speelt. Nadeel: gevoelig voor blikseminslag.

TYPE G  De DDRR Antenne

Een zeer apart type antenne, de Direct Driven Ring Radiator. Een ringvormige antenne, naar verhouding zeer laag opgesteld boven een geleidend vlak. In feite een zeer korte verticale straler met topload. nadeel (van alle te kort antennes) : er lopen grote stromen, de afstand boven het grondvlak beïnvloedt de aanpassing, constructief gezien op zee moeilijk uit te voeren.

Doorgaans worden antennedraden meervoudig uitgevoerd. De verliesweerstand van een enkele draad is groter dan van meerdere draden parallel. Op die manier ontstaat de z.g.n.” saucijs”: zeker als de draden door hun gewicht wat doorhangen lijkt het wat op een kromme worst. De 3 of meer draden in de top van de T-antenne dienen om de capaciteit te vergroten.

Op de meeste foto’s van de diverse stations zie je wel grote masten en veel draden, maar dat zijn doorgaans de tuidraden om de mast overeind te houden. Van hoe de antenne met de zender verbonden is vaak niets of minder te zien. Met veel moeite heb ik na uitgebreid zoeken wat foto’s gevonden waarop details zijn te zien. Ik hoop het auteursrecht zoveel mogelijk gerespecteerd te hebben.

Er valt ook nog het nodige te vertellen over wat er tussen de zender en de isolator op het dek zit maar dat is een ander verhaal.

TENSLOTTE: PROPAGATIE

Propagatie is de voortplanting van radiogolven. Een opvallend punt is m.i. dat de zeezenders in de loop der jaren steeds vaker voor lagere frequenties (m.a.w. grotere golflengtes) kozen. Caroline, Veronica, Noordzee – begonnen met golflengtes rond de 200 meter). Uitzonderingen: Radio 390 (390m) en Britain Radio (355m) en die kwamen ’s avonds vaak beter door.  En dat lag niet alleen aan een stillere frequentie. Later werd dat zelfs rond de 500 meter (Veronica, Laser, Caroline).

Op lagere frequenties in de middengolf reikt de grondgolf verder. De verliesweerstand bij een traject over land tussen zender en ontvanger is bij hogere frequenties groter, en hoe lager de frequentie, hoe meer de radiogolven de neiging mee te buigen met het aardoppervlak.

Dit voordeel is kennelijk groter dan de problemen die dit geeft met de aanpassing van de antennes aan deze lagere frequenties.

TOEGEPASTE ANTENNETYPES BIJ DE ZEEZENDERS

Een eerste inventarisatie: dit onderdeel is nog niet af en moet verder worden aangevuld

TYPE A: Radio Veronica, Radio Atlantis, Radio Delmare, Laser, Radio Caroline (vanaf de Ross Revenge)

TYPE B: Radio Noordzee, Radio Waddenzee (legale zeezender), Radio Noordzee (REM eiland)?

TYPE C: Voor zo ver ik weet alleen Radio Caroline in 1973

Type D: Nog niet met zekerheid vastgesteld, vermoedelijk veelvuldig gebruikt.

TYPE E: Radio Caroline, Radio Mi Amigo na 1975, Radio Paradijs

TYPE F:Nog niet met zekerheid vastgesteld. Misschien Caroline in 1973 voor de uitzendingen op 773 khz?

TYPE G: Capital Radio vanaf de King David.

VOOR DE LIEFHEBBERS

Iets meer theorie over antennes en net zo belangrijk: over het aardsysteem. Een antenne is in wezen een afgestemde kring. Een te korte antenne gedraagt zich capacitief ( door een te lage kringcapaciteit) en een te lange inductief (door een te hoge zelfinductie in de kring). Bij een kring in afstemming (resonantie) heffen deze beide waarden elkaar op (zijn in tegenfase) en blijft alleen een ohmse waarde over. Om een (te kort) antennesysteem in resonantie te brengen moet het capacitieve gedrag ervan dus worden gecompenseerd door een zelfinductie in de vorm van een verlengspoel,en/ of een vergroting van de capaciteit door een “topload”. Daardoor blijft in deze keten alleen een aantal weerstanden over: de Ohmse weerstand van de antennedraden, de verlengspoel, de verspreidingsweerstand van het aardsysteem en tenslotte de zgn. stralingsweerstand.  Deze laatste behoeft enig toelichting: de stralingsweerstand is een fictieve weerstand waarin het vermogen wordt geabsorbeerd dat de antenne geacht wordt uit te stralen. Dit in tegenstelling tot de andere weerstanden waarin alleen vermogen verloren gaat in de vorm van warmte.

De meeste zendantennes voor de middengolf zijn in verhouding tot de golflengte vaak (veel) te kort en stralen daarom weinig energie uit (hoewel het systeem als geheel in resonantie kan zijn). Ze hebben daarom een lage stralingsweerstand. Deze weerstand staat wel in serie met de andere eerder genoemde weerstanden en hoe hoger die in waarde zijn hoe meer vermogen er verloren gaat in deze weerstanden en hoe minder er voor de stralingsweerstand overblijft.

Voorbeeld: stralingsweerstand 1 Ohm, verliesweerstanden 100 Ohm. Van het toegevoerde zendvermogen gaat dus 1% effectief de ether in… Daarom hoe hoger de stralingsweerstand van een antenne is, hoe beter, maar dat is niet altijd eenvoudig te verwezenlijken.

De aardweerstand heeft in deze keten doorgaans de grootste waarde en veroorzaakt dus de meeste verliezen. Daarom is voor een succesvol middengolf radiostation een uitgebreid aardsysteem op een natte en liefst zoute ondergrond bijna een vereiste. Op zee dus!

Een verticale straler heeft de laagste impedantie (“aansluitweerstand”) aan het voetpunt. Iets van 50 Ohm bij een  stralerlengte van een ¼ golflengte, dit is het punt waar ook de antennestroom maximaal is. Aan de top is de stroom het kleinst en de spanning maximaal: daar is de impedantie dus het hoogst. Dat zijn de uitersten: op ieder tussengelegen punt is de impedantie dus anders en verloopt van laag naar hoog. Hiervan kun je handig gebruik maken door ergens op de antenne een punt te zoeken waar de zender maximaal op aanpast (impedantietransformatie). Ook de dikteverhouding tussen antennemast en voedingsdraden beïnvloeden de antenne impedantie

 

Type A op schip

Type B op schip

 

Type D of F op schip

 

Type E op schip

 

Een mengvorm. Mi Amigo in 1973?

 

Type B: Voeding Mast RNI.

Type B: Mast RNI met topload en voedingspunt.

Type E: Antennevoeding aan boord van de Mi Amigo Basis

Type E: Antennevoeding aan boord van de Mi Amigo bovenkant met topcapaciteit

Type A: De Ross Revenge met T-antenne na het omvallen van de grote zendmast

Type G: De DDRR antenne van Capital Radio

Type E: Antenne voeding Radio Paradijs. De isolatoren lijken wat klein voor als er wat water overkomt..