ARCTICPEAK

~ LA8OKA Martin ~

G5RV ANTENNEN

G5RV

G5RV antennen er en myteomspunnet antenne som det hersker svært mange misforståelser om. For det første skal den ettersigende være en aldeles fremragende multibåndsantenne for alle bånd fra 80 m til 10 m, for det andre skal den være en aldeles utmerket DX-antenne på alle disse båndene.

Vi skal nå se litt på hvordan G5RV antennen faktisk oppfører seg, og da skal vi bruke G5RV Louis Varneys opprinnelige G5RV antenne som utgangspunkt. Det er en dipol på 31,1 meters lengde som er fødet på midten ved hjelp av en hjemmelaget stigefeeder. G5RV Louis Varney sin hjemmelagde stigefeeder har en impedans på ca. 525 ohm, mens moderne utgaver av G5RV gjerne blir laget med 450 ohms flatkabel. I praksis har ikke dette noe å si. Jeg skal komme tilbake til hvorfor impedansen på stigefeederen har så liten betydning senere, men først skal vi se på hvorfor G5RV antennen er konstruert som den er.

G5RV Louis Varney ønsket opprinnelig er dipolantenne med forsterkning for 20 m, han kom frem til at en dipol med en lengde på halvannen bølgelengde ville gi bra med forsterkning. Han regnet seg frem til at ved frekvensen 14150 kHz skulle denne lengden være 102.57 fot, eller 31.27 m, han forkortet lengden til 102 fot (eller 31.1 m) fordi han viste at han likevel måtte benytte en antennetuner. G5RV Louis Varney var klart over det faktum at en transmisjonslinje som er kuttet til å være en elektrisk halvbølge vil reflektere utgangsimpedansen tilbake til inngangen. Han regnet seg frem til at hans hjemmelagede stigefeeder skulle ha en lengde på 34 fot (eller 10,36 m) for å bli en elektrisk halvbølge på 14150 kHz.

En viktig ting å merke seg er at G5RV Louis Varney tenkte seg at man skulle føde G5RV antennen med 75 ohms flatkabel eller 75 ohms koaksialkabel. Denne kabelen skulle ikke gå rett i transceiveren, men til en antennetuner før den gikk til transceiveren. Med dette arrangementet var det mulig for G5RV Louis Varney å få G5RV antennen til å kjøre på alle bånd fra 80 m til 10 m. Ved å kortslutte stigefedderen i bunn fikk han også til å bruke antennen på 160 m.

Hvorfor en og en halv bølgelengde?

Ved en og en halv bølgelengde (1,5 λ) er impedansen til en dipol ganske lav, akkurat som når dipolen er en halv bølgelende (0,5 λ) lang. Dette gjør at det er lett å tilpasse impedansen til moderne sendere som typisk har en utgangsimpedans på 50 Ω. Impedansen til en halvbølgedipol i fritt rom er ca. 72 Ω og impedansen til en 1,5 bølgelengde dipol er ca. 106 Ω. I praksis blir gjerne impedansen litt lavere. Det er derfor en halvbølgedipol for 40 m som regel også går bra på 15 m. Det er også det samme som gjør seg gjeldene ved kvartbølgeantenner, derfor kan man som regel fint bruke en kvartbølgepisk laget for 2 m på 70 cm.

Hvorfor en transmisjonslinje på en halv bølgelende?

Transmisjonslinjer som er en halv bølgelengde lang har den egenskapen at de reflekterer impedansen på utgangen tilbake til inngangen på transmisjonslinjen uavhengig av transisjonslinjens egen impedans. I praksis har transmisjonslinjer alltid litt tap, slik at den reflekterte impedansen likevel blir litt annerledes enn impedansen på utgangen, men forskjellen mellom disse impedansene er ganske liten.

G5RV antennen i praktisk bruk.

Vi skal nå se på hvordan G5RV antennen fungerer som en multibåndsantenne ved å se på SWR-forholdet på de forskjellige båndene. Det er viktig å merke seg at dette er teoretiske beregninger som ikke tar høyde for at antennen blir påvirket av andre ting i antennens nærhet, slik som trær, busker, bygninger og lignende. SWR-forholdet presentert her vil derfor være forskjellig fra hva man vil måle på en virkelig G5RV antenne som henger ute i virkelige omgivelser. SWR-forholdet presentert her vil likevel være representativt for hva man kan forvente. Antennen her er simulert ved en høyde på 12 m over bakken fordi dette er litt høyere enn den laveste høyden man kan henge antennen på uten at flatkabelen blir liggende på bakken og fordi dette er en praktisk høyde. Her til lands er det ofte vanskelig å få til å henge wireantenner noe særlig høyere. Jeg har simulert G5RV antennen ved flere forskjellige høyder og trenden for SWR er den samme hele tiden, derfor er disse kurvene representative. Jeg har tatt utgangspunkt i en typisk kommersiell variant av G5RV antennen med en lengde på 31,1 m og med 10,36 m 450 ohms stigefeeder fødet med en 50 ohms koaks. Det er også viktig å notere seg at faktisk SWR på en virkelig G5RV antenne vil avhenge av lengden på koaksialkabelen som er brukt og tapet i denne.

80 m SWR
På 80 m kan man se at SWR er litt høyt, men dersom man er heldig klarer tuneren som er innebygget i mange moderne transceivere å tune antennen på dette båndet. Slike tunere takler vanligvis ett SWR forhold på 3 uten problemer. Her er SWR litt høyere enn 3, men på grunn av tap i koaksialkabelen som fører inn til transceiveren vil SWR forholdet sett fra transceiveren se lavere ut. Dersom tuneren ikke klarer å tune antennen kan man forsøke å bytte til en dårligere eller lengre koaksialkabel, da tapet i koaksen gir ett lavere SWR.

40 m SWR
På 40 m er SWR svært høyt, og mange tunere (spesielt de som er innebygget i moderne transceivere) vil få problemer med å tune antennen på dette båndet. Men antennen har lavt SWR på ca. 7,8 MHz og ved heldige omstendigheter kan man få så lavt SWR at man kan få tunet antennen på dette båndet.

30 m SWR
På 30 m er SWR ekstremt høyt, og det er kun noen få tunere som vil klare å tune antennen på dette båndet.

20 m SWR
På 20 m er SWR innenfor det de fleste tunere skal kunne klare, og det bør ikke være noe problem å få tunet antennen på dette båndet.

17 m SWR
På 17 m er igjen SWR ekstremt høyt.

15 m SWR
På 15 m er også SWR høyt, men ved ca. 20 MHz er SWR lavt og ved litt heldige omstendigheter kan SWR bli så lavt på 15 m at man kan tune antennen på dette båndet.

12 m SWR
På 12 m er SWR såpass lavt at de fleste tunere bør kunne klare å tune antennen på dette båndet.

10 m SWR
På 10 m er også SWR så høyt at mange tunere vil få problemer med å tune antennen på dette båndet.

Mange henger G5RV antennen opp som en invertert V antenne til tross for at G5RV Louis Varney spesifiserte at den skal henges opp flatt. Årsaken til at mange likevel henger opp G5RV antennen som invertert V er ikke vanskelig å forstå siden dette er den mest praktiske måten å henge denne type antenner opp på. Vi skal nå se på samme SWR analysen som vi har gjort, men denne gangen med G5RV antennen som invertert V. Antennehøyden er også denne gang satt til 12 m for senter på antennen.

80 m SWR Inv-V
På 80 m er SWR ganske høyt når G5RV antennen er satt opp som en invertert V.

40 m SWR Inv-V
På 40 m er også SWR ganske høyt når antennen er hengt opp som en invertert V.

SWR 30 m Inv-V
På 30 m har vi også i denne konfigurasjonen ekstremt høyt SWR.

SWR 20 m Inv-V
På 20 m har vi fått litt lavere SWR med G5RV antennen satt opp som invertert V.

17 m SWR Inv-V
På 17 m er SWR ekstremt høyt.

15 m SWR Inv-V
På 15 m er SWR høyt, men ved litt heldige omstendigheter kan man få SWR så lavt at tuneren klarer oppgaven.

SWR 12 m Inv-V
På 12 m har vi ett SWR som de fleste tunere vil klare å tune.

SWR 10 m Inv-V
På 10 m er SWR ekstremt høyt.

Vi har nå sett litt på hva slags SWR forhold vi kan forvente på G5RV antennen ved to forskjellige konfigurasjoner, nemlig med G5RV antennen hengende flatt og med G5RV antennen hengende som invertert V. Vi skal nå se litt på utstrålingen vi kan forvente fra G5RV antennen på de forskjellige båndene. Vi begynner med utstrålingen fra en G5RV antenne som henger flatt 12 m over bakken. Det er viktig å merke seg at dette er teoretiske beregninger som ikke tar høyde for at antennen blir påvirket av andre ting i antennens nærhet, slik som trær, busker, bygninger og lignende. Utstrålingen presentert her vil derfor være forskjellig fra hva man kan vil måle på en virkelig G5RV antenne som henger ute i virkelige omgivelser. Det er også viktig å merke seg at utstrålingen presentert her kun gjelder for en bestemt høyde, ved å forandre antennehøyden vil utstrålingen forandre seg svært mye.

Man vil ha større utbytte av denne analysen dersom man leser "Halvbølgedipolen - Dens oppførsel i fritt rom og over jord" først.

G5RV antennen
På simuleringene nedenfor henger antennen slik. På enkelte av simuleringene har jeg vridd antennen litt for at utstrålingen skal komme klarere frem.

Utstråling 80 m
På 80 m er utstrålingen omtrent som for en lavt hengene halvbølgedipol og vi har en utstråling som er gunstig for forbindelser innenlands.

Utstråling 40 m
På 40 m er utstrålingen omtrent som for en halvbølgedipol som henger på middels høyde, og vi kan se at G5RV antennen nå begynner å bli mer retningsvirkende.

Utstråling 30 m
På 30 m har utstrålingen begynt å strekke seg ut og antennens retningsvirkning vil nå begynne å gjøre seg gjeldende.

Utstråling 20 m
På 20 m har utstrålingen begynt å dele seg inn i flere lober, de nederste lobene er ganske gunstige for DX-kjøring.

Utstråling 17 m
På 17 m ser vi den samme trenden som på 20 m, men lobene er her noe skarpere.

Utstråling 15 m
På 15 m har utstrålingen fått enda flere lober, og vi har fått noen store lober med en høy utgangsvinkel, disse lobene "stjeler" en del av forsterkningen fra lobene med lav utgangsvinkel. Det er lobene med lav utgangsvinkel som er mest gunstige for DX-kjøring.

Utstråling 12 m
På 12 m har det meste av utstrålingen en ganske lav utgangsvinkel og dette er svært gunstig for DX-kjøring.

Utstråling 10 m
På 10 m er utstrålingen ganske rotete med lober i alle retninger, noen av lobene har ganske mye forsterkning på lave utgangsvinkler og egner seg derfor for DX-kjøring, men lobene med høye utgangsvinkler ødelegger en del.

Vi skal nå se på hvordan utstrålingen endrer seg ved å henge opp den samme G5RV antennen som invertert V.

G5RV Inv-V
På simuleringene nedenfor henger antennen slik. På enkelte av simuleringene har jeg vridd antennen litt for at utstrålingen skal komme klarere frem.

Utstråling 80 m Inv-V
På 80 m er utstrålingen stort sett uforandret i forhold til når G5RV antennen henger flatt, men antennens forsterkning har minket en god del.

Utstråling 40 m Inv-V
På 40 m er utstrålingen blitt mye mer kuleformet og forsterkningen har minket her også. Dette skyldes i hovedsak at G5RV antennens gjennomsnittshøyde over bakken blir mye mindre når man henger den opp som en invertert V.

Utstråling 30 m Inv-V
På 30 m ser vi at trenden fortsetter, retningsvirkningen er nesten borte og forsterkningen er mindre.

Utstråling 20 m Inv-V
På 20 m ser vi at utstrålingen har fått en stor lobe som går rett oppover, dette kunne vært ganske gunstig for innenlands kontakter på 80 m, men er svært ugunstig på 20 m hvor man ikke kan regne med refleksjoner fra atmosfæren på så høye vinkler.

Utstråling 17 m Inv-V
På 17 m ser vi akkurat det samme som på 20 m, den eneste forskjellen er at lobene er blitt litt skarpere.

Utstråling 15 m Inv-V
På 15 m ser vi den samme trenden som på 20 m og 17 m, altfor mye av utstrålingen går rett opp.

Utstråling 12 m Inv-V
På 12 m har vi samme trenden som på 20 m, 17 m og 15 m, men vi har i tillegg fått enda flere lober med høye utgangsvinkler.

Utstråling 10 m Inv-V
På 10 m ligner utstrålingen ganske mye på den vi har på 12 m.

Konklusjon

Når vi ser på SWR analysene på G5RV antennen ser vi raskt at G5RV antennen ikke er særlig godt egnet som en multibåndsantenne sammen med moderne transceivere med innebygget antennetuner fordi SWR-forholdet svært ofte er langt høyere enn de 3 i SWR som slike tunere typisk klarer. På 20 m fungerer antennen godt med lavt SWR og ganske høy forsterkning, det er heller ikke overraskende siden G5RV antennen opprinnelige ble konstruert for nettopp dette båndet. Men fordi stigefeederen på en halv bølgelengde ikke er en impedanstilpassning, men kun reflekterer antennens impedans er den strengt tatt ikke nødvendig. Stigefeederens eneste misjon på G5RV antennen er at den begrenser tapet i transmisjonslinjen p.g.a. høyt SWR fordi stigefeederen har lavere tap enn en koaksialkabel når man bruker antennen på andre bånd enn 20 m. På 20m gjør matingen med stigefeeder det slik at antennens SWR båndbredde faktisk blir mindre!

En 1,5 λ dipol fødet direkte med koaksialkabel vil fungere bedre på 20 m enn G5RV antennen. Dersom man ønsker en 1,5 λ dipol med lavt SWR vil det være mye bedre å erstatte den halve bølgelengden med stigefeeder med en kvartbølgetransformator med en impedans på 75 ohm. F.eks. kan man benytte RG-59 til å lage en slik kvartbølgetransformator.

En hvilket som helst ledning på samme lengde, men fødet hele veien fra antennen til antennetuneren med stigefeeder vil fungere bedre som mulitibåndsantenne enn G5RV antennen. En windomantenne vil i de aller fleste tilfeller være å foretrekke fremfor en G5RV antenne dersom man trenger en multibåndsantenne.

73 de LA8OKA Martin

Back to ARCTICPEAK main page.

Denne siden ble sist oppdatert  02.11.15