Verslagen Radiocafé

9 januari 2018: Raamantennes 

De eerste avond in 2018 was er al gelijk weer een interessante lezing door Gerard Tel. Voor deze gelegenheid werd een hoop materiaal meegebracht, waarbij diverse modellen van raamantennes. Er waren deze avond veel nieuwe gezichten dus een redelijke opkomst. Om ook de nieuwe aanwezigen te laten weten wat er aan deze lezing vooraf ging aan deze spreekbeurt werd meer dan een half uur een herhaling ingelast.

Nog altijd wordt er door enkele sprekers gebruik gemaakt van een beamer die voor diegene die wat achter in het zaaltje zitten vrijwel wat tekst betreft onleesbaar is. Totaal ongeschikt is het gebruik van een gekalkte muur als projectiescherm. Zo’n muur heeft in de meeste gevallen een ongeschikte structuur en het licht wordt daardoor niet optimaal gereflecteerd. Daarbij zit men vrijwel in het donker wat de aandacht negatief beïnvloedt. Bij navraag bleek dat veel van de bezoekers nauwelijks kunnen lezen wat er onder de geprojecteerde plaatjes staat geschreven en slechts moeizaam de afbeeldingen kunnen waarnemen. Maar dat is in feite niet eens zo belangrijk. De opzet van het radiocafé is dat we een leerzame technische cabaretachtige voorstelling geven. Het moet absoluut geen cursusavond worden. Gerard weet het echter leuk te brengen met zijn rode appeltje en weet hiermee op duidelijke wijze de werking van de raamantenne te verklaren.

Wat de raamantennes betreft moest ik terugdenken aan de dag in 1949 dat ik mij opgaf als leerling van het Amsterdams Radio Instituut een school voor de opleiding Radio Telegrafist. Tijdens de deze cursus kon dan ook examen gedaan worden als radiotechnicus en later het NRG-diploma behaald worden. Het hoofddoel van deze school onder leiding van de heer Broertjes was de opleiding tot radiotelegrafist. Er werd mij verteld dat het in verband met de verwachte moeilijke berekeningen het verstandig zou zijn om eerst een jaar hoofdrekenlessen te nemen. Er waren in die tijd nog geen zakjapanners wel logaritmetafel boeken en Rietz rekenlinialen. Onhandige dingen die trouwens niet altijd direct bruikbaar waren als er meerdere berekening gemaakt moesten worden.

De extra lessen rekenen leek mij wel wat!! Daar leerde ik zaken waar ik nooit eerder aan had gedacht. Bijvoorbeeld, dat als iemand wat vertelt, hij nooit er bij nadenkt welke van de 26 letters van het alfabet hij moet gebruiken om vlot te kunnen spreken. Bedenk daarbij dat er maar negen cijfers zijn, waar de meeste mensen nauwelijks weg mee weten. De gehele opleiding op de avondschool zou vier jaar duren. Vier avonden per week van 19.00 uur tot 22.00 uur en zaterdagmiddag praktijk. Eind 1952 behaalde ik de diploma’s en kon gelijk in april 1953 in militaire dienst. Waar ik na de militaire opleiding instructeur radiotechniek werd in de Hojel kazerne en uiteindelijk eindigde in een communicatiefunctie bij de vaste staf van kolonel Küchler in de Koudehorn kazerne te Haarlem.

Opvallend is, dat ik de laatste tijd veel vragen krijg van leden over de raamantenne. Het is begrijpelijk een handig instrument als het onmogelijk blijkt om een dakantenne aan te brengen. Dat een met draad omwikkelde ferrietstaaf ook niet altijd met succes ontvangst kan garanderen schreef iemand, die meer radiostations kan ontvangen als hij slechts zijn vinger op de antenne-ingang van zijn toestel houdt.

Een gunstige raamantenne voor de middengolf is een houten raam met vier latten van 40 centimeter omwikkeld met 14 windingen geïsoleerd koperdraad met een diameter van ongeveer 0,4 mm. Litzedraad, zegt men, zou beter zijn, maar een niet goed gesoldeerd draadje zorgt er voor een condensator te zijn,die een negatieve invloed heeft op de werking en het geeft trouwens ook weinig ontvangstverbetering.

De werking is vrij eenvoudig, in beide horizontale delen van het raam is de opgewekte stroom door de magnetische golven van het zendstation in de dezelfde richting. Met gevolg dat zij opgeteld elkaar opheffen in welke stand het raam ook staat. Met andere woorden de beide horizontale delen doen niet mee. We moeten ons dus alleen bepalen tot de verticale. Zodra er een faseverschil bestaat tussen de in de verticale delen opgewekte spanningen, zal als gevolg hiervan een stroom door de raamantenne vloeien.

Als het raam met de open zijde gericht staat op het zendstation dan staan de beide verticale delen van het raam als verticale antennes op de zelfde afstand van dat station. Ook dan zijn de opgewekte stromen aan elkaar gelijk en ook deze werken elkaar tegen. Wordt het raam echter gedraaid dan staan de verticale delen ieder op een verschillende afstand van het zendstation en zal er door de golfvorm van het magnetische veld een verschil van stromen ontstaan, zodat er dan een kringstroom door de raamwindingen gaat lopen. Staat het raam dan ten opzichte van de eerst situatie 90 graden gedraaid en de verticale zijden in een lijngericht op het station dan zal deze kringstroom het grootst zijn.

Daar het de verticale zijden zijn die voor de ontvangst zorgen, worden de ramen vaak verticaal groter gemaakt dan de horizontale breedte alhoewel de onderlinge afstand van de verticale zijden belangrijk is voor een maximale energie opbrengst.

Het zal voor radio-ontvangst niet zo belangrijk zijn om het juiste maximum in te kunnen stellen maar als we met het raam de positie van het station willen vast stellen is het nodig het punt te vinden waarbij de ontvangst het sterks is. Het is echter beter om op minimale sterkte te peilen omdat de veranderingen van de geïnduceerde stroom bij de maxima klein zijn en het menselijk oor verschillen in geluidssterkte van minder dan 30% niet kan onderscheiden en het volstrekte maximum derhalve zeer moeilijk is te bepalen.

Als we het raam zo draaien dat het op maximale ontvangstrichting het zendstation is gezet en met een zeer gevoelige meter de stroom gemeten wordt dan zal deze uitslag als we het raam draaien steeds minder worden. Is het raam 90 graden gedraaid dan zal de meter op 0 staan. Waaruit blijkt dat in deze stand van het raam waarbij dus het raamvlak loodrecht staat op de richting van het zendend station geen stroom in de raamkring loopt. Stel dat in de maximum ontvangst een stroom gemeten wordt van 2 µA dan zal als we het raamvlak in de stand 90 graden plaatsen, dus loodrecht op de inkomende golf geen stroom gemeten worden. Draaien we het raam terug naar 45 graden dan wordt een stroom gemeten van 2 x cos 45 graden  = 2 x 1/2V2 = 1,4 µA.

Draaien weer verder terug naar de maximum ontvangststand dan is de sterkte van de stroom weer 2 µA. De verandering is van 1,4 tot 2 dus slechts 0,6. Hieruit blijkt dat de verandering vanaf het minimum op 90 graden tot aan 45 graden aanzienlijk meer dan twee keer groter is.
Men hoort daarom bij het naderen van het minimum de ontvangen seinen veel sterker veranderen dan nabij het maximum. Het is dus betrouwbaarder en gemakkelijker om op een minimum geluidssterkte te peilen dan op een maximum. Handig dus om de pijl knop van de antenne bediening 90 graden terug vast te zetten. Dan wijst deze het ontvangen station aan.

Voor het gebruik van radiogolven wordt meestal een afstemcondensator van 470 pF parallel aangesloten op het raam. Wordt het raam slechts gebruikt om peilingen te verrichten is het beter deze condensator niet te gebruiken. Een peilstation zal in hoofdzaak morsesignalen uitzenden zonder modulatie A1A of gemoduleerd met een laagfrequent toon van 1000 Hz A2A. Omroepstations verzorgen gemoduleerde uitzendingen en daar wordt het meest naar geluisterd. Gebruiken we een raamantenne dan is dat standaard gewoonlijk een te wikkelen vierkant met een omtrek van 1600 mm en voor de middengolfontvangst omwikkeld met 22 meter 0,4 mm geïsoleerd koperdraad. Dat zijn 14 windingen. Met een spatie van 5 mm. Op een breedte van 100 mm. Met de veel door zendamateurs gebruikte vuistregelformule komen we dan uit op 148 µH.

De maten voor de formule moeten in millimeters en de omtrek brengen we terug naar een cirkel gedeeld door 2 Pi. De straal is dan 254 mm. Formule a = straal in mm b = wikkel breedte in mm  en n = aantal windingen.

Laatst kreeg ik een vraag waarom juist gekozen wordt voor een raam van 40 x 40 cm. Het is moeilijk daar een antwoord op te geven, maar volgens mij heeft het met een natuurlijk evenwicht te maken. De derde machtswortel van de wikkelomtrek maal 10 is dan gelijk aan de inwendige diagonaal van het vierkant. Bij een raam van 40 x 40 is dat rekening houdend met de dikte van de gebruikte latjes, ongeveer 54 cm. Let er maar eens op dat ook honingraatspoelen vrijwel altijd de zelfde wikkeldiameter hebben.

Raamantennes werden vroeger veel gebruikt in Franse radio modulateurs, waarin een A441 werd gebruikt als frequentiewisselaar, de antenne diende dan gelijktijdig als antenne-ingangsspoel. Zie het radiocaféverslag van 31 mei 2011.

Deze avond werd er gesproken door Gerard Tel, een vervolg op een eerdere lezing over diverse raamantennes. Gerard had meegenomen een aantal zelfgebouwde proefmodellen waarmee demonstraties kunnen worden gedaan om te laten horen hoe deze radiogolven ontvangen. Opvallend de test waarbij een raamantenne niet galvanisch verbonden met een radiotoestel, toch kan zorgen voor een sterke ontvangstboost. Nu hebben de meeste radio’s zelf al inwendig, middels een ferrietstaaf, die antennesignalen oppakt. Maar deze extra versterking werd toch met verbazing beluisterd, ook voor mij was dat een nieuwe ervaring.

De grote hoeveelheid aan diverse raamantennes die op de tafel stonden uitgestald daar werd een duidelijke uitleg over gegeven en werd uitvoerig mee gedemonstreerd. Al ben je  zelf thuis er ook mee bezig met deze onderzoekingen dan zijn er toch altijd wel weer zaken waarvan je nog niet op de hoogte blijkt te zijn. Met andere woorden men steekt er toch altijd wel weer wat van op tijdens zo’n voordracht.

Een handige constructie en leuk om daar wat proeven mij uit te voeren. Het aantal windingen is te tellen en de diameter van de spoel is gemakkelijk te schatten. Met bovenstaande formule moet het aantal µH te berekenen zijn (geschat 62 µH).

Ook meegebracht een zogenoemde hoepelantenne die in de handel nog te koop is. Een keurig afgewerkt geheel, dat altijd handig is om bij de hand te hebben.

Weer een leuke en tevens leerzame avond! Op de website van Gerard Tel is zeer uitgebreid terug te vinden wat er allemaal behandeld en besproken is.

Download de presentatie van de eerste lezing en de tweede lezing in PDF-formaat.

Piet van Schagen, radiotechnicus.