Bespreking van de Radio Nord antenne.

Je kunt beneden
aan de straler de resonantie meten met dure spullen of bij radio Kootwijk hadden
ze neonlampjes met een tyrap aan de draad gemaakt. Als het lampje klapt of te fel is,
dan doe je die wat lager in de antennedraad.

Wat is dit nu voor onzin, je brengt de antenne gewoon in resonantie, dat kun je meten door de staande golf op te meten.
Ik kan mij niet voorstellen dat ze bij Kootwijk iets met touwtjes en een neonlampje in de antenne mast hadden hangen.
Een antenne ontwerp je eerst in simulatie programma zoals MMANA-GAL.

De afbeelding in jou start post is overigens gewoon een folded unipole antenna en komt hier vandaan: http://www.virhistory.com/navy/ant-shore.htm
Het de Nord LF antenna van het Amerikaanse kuststation NPG te Stockton.

Die Amerikanen hebben dat ontwerp gewoon gejat! Ze hebben zelfs de naam Nord overgenomen.

e: Verderop in deze thread de Amerikaanse bespreking van de 'Nord':
http://www.circuitsonline.net/forum/view/message/1734208#1734208

--
Door het weer naar beneden lopen van de antennestroom wordt het veld van de straler (natuurlijk straalt de mast ook) voor een groot deel gecancelled. Dat merk je door een heel lage stralingsweerstand.
Als het per se op deze manier moet, dan wel met de condensator of condensatoren LAAG, dus aan de onderkant van de 'tuidraden' of onderin de mast. Het eerste is natuurlijk handiger, en bovendien kun je dan de stroom wat verdelen over de condensatoren.

(De condensator bovenin, in de tekening van @D Tech, is zo ongeveer de slechtste oplossing. De stromen zijn dan zo gelijk mogelijk. De stralingsweerstand is dus bijna nul, en de verliezen maximaal. Aanpsssing is erg afhankelijk van de grondsoort: een middelmatige aarde levert ongeveer 50 ohm op; een betere aarde lager, een slechtere hoger.)

Maar hoe zit t nu met de radio nord antenne?
Wat is het stralende deel?
Ikzelf denk het vertikale deel dus de 37,5 mtr en de rest is topcap en draagt misschien nog iets bij aan het horizontale veld.

Het gedeelte wat het meest bijdraagt aan de straling in het vrije veld, dat is vanaf 10 golflengten is het verticale gedeelte waar de stroom hoog is.
De topcapaciteit draagt nauwelijks bij tot een betere afstraling omdat de stroom in dit gedeelte klein is.
Het gebruik van een topcapaciteit geeft een hogere stroom in het voedingspunt, in vergelijking met een verticale straler zonder topcapaciteit.
Doordat de stroom in het verticale vlak ligt, blijft het een verticale straler, zelfs wanneer daar horizontale draden aan zijn bevestigd.

Ik leg het blijkbaar onduidelijk uit.

• In de mast loopt de meeste stroom, laten we zeggen 'omhoog'. De mast straalt (verticaal gepolariseerd).
• In de draden, die bij de 'Nord' weer helemaal naar beneden lopen, loopt in totaal praktisch evenveel stroom, 'omlaag'. De draden stralen samen ook (verticaal gepolariseerd. Het horizontale aandeel van de draden samen zal ongeveer nul zijn als ze netjes over de windrichtingen verdeeld zijn).
• Mast en draden stralen dus bijna evenveel, maar helaas werken ze elkaar tegen
• Voor het veld dat overblijft heb je dus veel stroom nodig
• De stralingsweerstand is dus heel laag, en de verliezen zijn dus heel hoog (want aard- en andere weerstanden zijn dan in verhouding hoog).

De les is dus: Een topcapaciteit moet voor het beste resultaat horizontaal blijven. Maar daarvoor heb je niet altijd ruimte.
Als je dus een te korte antenne hebt, en je kunt als topcapciteit geeen horizontale draden gebruiken, maar alleen draden die naar beneden lopen, dan heb je een leuk optimaliseringsvraagstuk:

• Helemaal zonder topcap is de stralingsweerstand van alleen de mast erg laag.
• Maar met draden helemaal naar beneden is de stralingsweerstand van het totaal ook heel laag. Zéker als je ze (al of niet met afstemcondensatoren) aan aarde verbindt (rechtstreeks of via een voedingspunt maakt niet uit)!
• Ergens ligt dus een optimum. Waar dat ligt hangt van de hoogte van de mast af (in golflengten), en een beetje van de dikte; en natuurlijk ook van de mogelijkheden en de verliezen van de antennetuner.

Bij bakenzenders in het buitenland zie je dan ook vaak dat het bovenste gedeelte van de tuidraden tevens topcapaciteit is, maar nooit de hele lengte. In Nederland zijn de benodigde reikwijdten kleiner, en wordt helemaal geen topcap toegepast. Zelfs de verlengspoelen halen we er allemaal uit, omdat ze niet nodig zijn voor het gewenste bereik. Tunen doet de tuner wel.

Dat primitieve tekeningetje mist de mast isolator bovenin. Die heb ik wel getekend
de mast is enkel drager hier. Denk de twee andere varco's even weg. De clou van het
verhaal is dat je een golflengte van 500 mtr. kunt stoppen in een LC resonator die veel
korter is. Zodat de antenne, ook geschreven, zuiver ohms wordt. Waarom is dat zo moeilijk
te begrijpen ?? De uiteindelijke afstraling doet even niet ter zake.

Ergo, je maakt een dummy waar je een draad aan hangt...

Het maakt niet uit of je de mast zelf voedt, of dat je een aparte draad naar boven naast de mast, en ervan geïsoleerd, hebt. In beide gevallen is het voedingspatroon hetzelfde.

'Radio Nord' had trouwens volgens een andere beschrijving juist geen topisolator. De mast zélf werd gevoed op het punt waar ze '50 ohm aantroffen'; m.a.w. met een aftakking op de juiste hoogte.

The antenna was a inverted ground plane antenna where the pole was welded to the ships deck in the bottom and feeded from the transmitter at point where we found 50 ohm. The 4 heavy stay lines functioned as active elements and was tuned with large variable vacuum condensers in the bottom end. The condensers was placed in large orange metal boxes.

Dixit Lasse Karlsson

Door een paar wetenschappers en ontdekkers zijn we uit de pre-historie gekomen.
Beseft men dat hier ? Een wetenschapper werkt op 'onbekend terrein'. En als je hier
iets relatief onbekends toont: 'De clou van het verhaal is dat je een golflengte van 500 mtr.
kunt stoppen in een LC resonator die veel korter is.' Dan weet men zich geen raad omdat het
geen voor-betreden paden zijn !

Want nog steeds geen reactie gehad op dat aspect!

Waarom zeggen de geschoolde mensen hier (1e jaars fysica of natuurkunde) niet dit kan niet
resoneren op die lengte want f en c zijn constanten ? Want l=c/f ?

Anders gezegd: Hoe kan een rechte draad resoneren op een veel kleinere lengte dan normaal is?
Dus op 90 graden van de boogsinus ?

Met brugklas of 1ejaars voortgezet onderwijs. Kom op mensen anders..
Heeft er nog iemand enige observerende, onafhankelijk denkende, wetenschappelijke aanleg ?

Volgens mij had ik daar al op geantwoord in het kort, het wordt een dummy met een stuk draad.
De zg 'EH antenne' werkt op hetzelfde principe, een hoop hokus pokus wat neerkomt op een LC kring in resonantie en een stuk draad welke voor de afstraling zorgt.
In geval van EH is dat de buitenmantel van de coax.

Zo moeilijk is dat niet

Sorry D-tech, ik had niet in de gaten dat je de werking niet begreep. Bij zo'n eenvoudig principe (een afgestemde kring) verbaast me dat. Ik begrijp dan ook niet dat je dit 'onbekend' noemt. Voor jouw antenne hier vlak boven ('resoneert op 200m') hoef je niet eens een antenneboek te hebben; hij staat gewoon in de Wiki :

One usually constructs the folded-unipole from an existing monopole antenna by shorting out the base insulator, thus connecting the tower directly to the ground system. Then a series of vertical wires, typically four to eight, are installed from an attachment near the top of the tower, kept a constant distance from the tower by structural members containing insulators, then attached together near the bottom of the tower. The resulting skirt connects to the tower top and remains insulated throughout its entire length. The wires of the skirt connect at the feed-point near the bottom.

Er staat '4 tot 8', maar met jouw één draad heb je het prototype.

Zowel bij jouw antenne als bij de 'Nord' heb je een afgestemde seriekring: zelfinductie in mast en/of draden, capaciteit in de condensator. Iedere doorgewone raamantenne (in het Nederlands tegenwoordig 'loop antenne' genoemd) werkt op dezelfde manier.

Bij raamantennes moet je, om nog zoveel mogelijk afstraling te hebben, in elk geval de oppervlakte van het raam (de 'loop') zo groot mogelijk hebben. Jouw antenne zal als LC-kring wel in resonantie komen, maar heeft nauwelijks oppervlakte en straalt dus slecht.
Anders uitgelegd: doordat de op- en neergaande stromen elkaar bijna totaal opheffen, is de stralingsweerstand zeer laag - zoals eerder hierboven al gezegd.

Dat deze antennes niet vaak beschreven worden komt doordat ze relatief slecht werken. Met evenveel ruimte en draad kun je meer bereiken.
De Nord-antenne werkt altijd nog beter dan 'jouw' antenne, doordat a) de stromen daar minder gelijk zijn (de afstemcondensatoren zitten op de juiste plaats) en b) minder dicht bij elkaar lopen (de oppervlakte is zo groot mogelijk gemaakt).

e: Dit is leuk. In dit patent zie je de 'Nord-antenne uitgelegd.

'Jouw' antenne staat er ook bij, compleet met een uitleg van hoe je die afstemt met een condensator.
Let wel op dat die condensator dus NIET bovenin moet, maar onderin. Aan welke kant (voedingskant of de andere kant) maakt voor het rendement niet uit, maar zo laag mogelijk.

Op 24 juni 2015 18:21:03 schreef D Tech:

Want nog steeds geen reactie gehad op dat aspect!

Lezen ! lengte=c/f En kleine c is hier de lichtsnelheid !!
Als lengte en f hier bekend zijn, wat betekent dat met 'c' hier ??

Men kan hier niet zien dat 'c' hier op 1/10 van de normale snelheid is ??
De formule is even simpel als de wet van ohm!
Nu wel duidelijk ? Of het slecht straalt doet hier niet terzake !

Waarom zou die c hier gelijk moeten zijn aan de lichtsnelheid in vacuüm?
Je stemt een LC-kring af. Zelfinductie van de draad en mast, capaciteit van de condensator.

Hier voor me ligt een spoel van 100 windingen op een buis van 5 cm dik; ongeveer 10 cm lang. Met 60 pF stemt de spoel af op 1500 kHz, dus 200 meter. Volgens jouw redenatie is 'c' nu dus nog veel kleiner.

Dat is dus ook een magische antenne. Dat hij slecht straalt doet even niet ter zake!

@D Tech,

Natuurkundig gezien is een zendantenne precies hetzelfde als een ontvangantenne. Het enige verschil zit in de te verwerken vermogens.
Mijn kristalontanger op de middengolf deed het prima met een 20 meter draadje.
Was toen of is de lichtsnelheid voor mijn antenne 20m x 1007kHz?
En verandert de lichtsnelheid als ik mijn ontvanger op een ander station afstem?

Ja, maar dat draadje resoneerde zelf niet. Het lijkt erop dat @D Tech's probleem is dat iets dat kleiner is dan een kwart golf, toch resonant kan zijn.
Maar dat geldt natuurlijk voor alle afgestemde kringen, en dus ook voor alle kleine afgestemde antennes, zoals ook zend-raamantennes.

@D Tech, is het probleem misschien dat je geen zelfinductie wilt zien in rechte geleiders? Maar iedere geleider heeft zelfinductie. Oprollen tot een spoel is niet essentieel, alleen maar meestal handig vanwege de afmetingen.

De rechte draad en de rechte mast hebben natuurlijk ook zelfinductie, en de condensator stemt die totale zelfinductie af op 1500 kHz.
Als je nog steeds gelooft dat de mast in jouw antenne (over de Nord gaat dit allang niet meer, geloof ik) niet meedoet: probeer het eens met een houten mast, of zet een isolator rechts van de condensator. Als je gelijk hebt, mag dit niets uitmaken.

--
Rd12tf (hieronder): Woei. Dit heeft echt niets met Frankenstein te maken?
Nog iets: Als jij 'massa' maakt, is dat ook echt massa, zie ik... 1 kg?

Heel erg kleine antenne voor 7MHz, véél kleiner dan 40m, toch resoneert zij!
(Verbinding met Engeland mee gemaakt.)

@Fet,
Nee, 0,5 kg afstemcondensator/massa

[Bericht gewijzigd door Rd12tf op zondag 28 juni 2015 14:13:52 (12%)

Die f.e.t. begint nu vervelend te worden met zijn haantjes ego.
Hij schreef:
'Waarom zou die c hier gelijk moeten zijn aan de lichtsnelheid in vacuüm?' - 98 % van de lezers
is zich niet bewust dat de lichtsnelheid van elektriciteit enorm verlaagd is in bepaalde circuits.
Jij kan dit effect niet verklaren
Hij schreef:
'Volgens jouw redenatie is 'c' nu dus nog veel kleiner.'
- Klinkt als het beweerde (nog steeds) betwijfelen (!)
Hij schreef:
Dat hij slecht straalt doet even niet ter zake! - Plagiaat hier.
Hij schreef:
'Ja, maar dat draadje resoneerde zelf niet.' Fout ! Die draad gedraagt zich nu als een exacte 90 graden sinusboog dus als een 1/4 golf! Dit wist men al 100 jaar geleden.
Die Nord antenne resoneert op een kleinere golflengte maar op dezelfde frequentie !
Om het beeld nu nog duidelijker te maken.
Want Darwinistisch kuddegedrag verzet zich tegen alle onbekende.
Hij schreef:
'@D Tech, is het probleem misschien dat je geen zelfinductie wilt zien in rechte geleiders?'
Hier kan ik slechts het hoofd schudden. Zijn ego doet hem in e.o.a delerium brengen ?
Volgens mij ben jij geen zendamateur maar i.o.a. would be ?

Kijk dit is maar een 'walkie talkie' lolbroekerij forum. Op veel serieuzere technisch wetenschappelijke
forums is dit bericht passender. Maar ik dacht ik zal het toch proberen wat diepgang te
brengen wat de paar wetenschappers deden en ons uit de pre-historie gehaald hebben.

Er zijn nog veel meer voorbeelden die tot aannames zijn geworden waar niemand een diepgaande
verklaring voor kan geven. Maar dan gaan we hier niet doen.
En f.e.t. het zou zo voorspelbaar zijn dat je het laatste woord wil hebben,
maar je kunt je zelf toch niet tegen houden.

Op 2 juli 2015 18:44:08 schreef D Tech:
Die f.e.t. begint nu vervelend te worden met zijn haantjes ego.

Pardon?

Hi D Tech,

Deze tekst heb ik vandaag ook aan een ander forum gebruiker laten zien.
Het lijkt normaal te worden, bepaald gedrag te gaan vertonen...
Dus, als ik weer zoiets tegen kom, plaats ik onderstaande tekst.
Per gebruiker maar 1x en ik reageer er verder niet meer op
Als de forum bewakers hier moeite mee hebben, dan stop ik met het plaatsen van deze tekst.

--------------------
Zal ik jou eens proberen te helpen?
Probeer een een cursus of een boek te lezen over sociale vaardigheden...

Een wiki pagina hierover
https://nl.wikipedia.org/wiki/Sociale_vaardigheid

Hier nog wat algemeenheden hierover.
https://www.managementsite.nl/kennisbank/sociale-vaardigheden

Ik hoop dat het je helpt
--------------------

Gegroet,
Blackdog

Ach, hoogfrequent techniek is niet iedereen gegeven...
DTech niet in ieder geval.
Het toeval wil dat ik FET persoonlijk ken, haantjesgedrag hoort daar niet bij.

Op 2 juli 2015 18:44:08 schreef D Tech:
....
Hij schreef:
'Ja, maar dat draadje resoneerde zelf niet.' Fout ! Die draad gedraagt zich nu als een exacte 90 graden sinusboog dus als een 1/4 golf! Dit wist men al 100 jaar geleden.
....

Dat kan je gerust vergeten.
Dat draadje maakt deel uit van de afstemkring van de kristalontvanger. Het draadje resoneert gewoon mee met de LC-trillingskring en dat is uiteraard niet de eigen trillingsfrequentie van dat draadje. Zo simpel is dat.
De spanning op de draad (ontvangantenne) is overal vrijwel gelijk aan elkaar. Op de draad is geen staande golf oid.
Ook zendantennes zijn gekoppeld aan LC-trillingskringen en maken dus deel uit van deze trillingskringen.

PS:
Ik ken @FET niet, maar als je echt iets wijzer wilt worden in de electronica/electrotechniek, lees dan zijn stukjes.
Voor mij is @FET een autoriteit die mijn respect heeft verdiend door zijn kennis.

Het toeval wil dat we juist gisteren en vandaag (nu ja, ik dan vandaag niet, ik ben vrij) bezig zijn met de nieuwe antenne voor locator SO. Die werkt op 330 kHz, en de antenne is 22 m hoog. Daarbij hebben we dan toch voldoende bandbreedte om de roepletters met toonmodulatie uit te zenden.
--
Intussen begrijp ik nog steeds niet wat nu het probleem is. Op alle gerichte vragen om dat boven water te krijgen, hebben we nog geen antwoord gehad.
Probeer intussen de zaken wat gescheiden te houden:

• De 'Nord' is een afgestemde kring en straalt zo goed mogelijk (condensator aan het einde van de 'tuidraad');
• De 'D Tech' is een afgestemde kring en straalt zo min mogelijk (condensator precies halverwege de stroomkring, zodat de velden elkaar zo goed als opheffen);
• De 'ohm pi' is een losse draad die niet afgestemd is - hier zit alle afstemming in de ontvanger.
  Zo'n draadje gedraagt zich als een condensator, afhankelijk van hoogte en draaddikte 8 à 10 pF/m ongeveer.

Gevonden!

Het heeft even geduurd, maar ik heb het artikel gevonden waarvan ik wist dat ik het ergens gezien had.
Ik beweerde niet voor niets dat de US Marine zowel de antenne als zelfs de naam 'Nord' had overgenomen van het zendschip. Dat mag dan grappig klinken, maar het is wel waar.

Dit komt uit een langer verhaal over antennes door Cpt. Paul H. Lee, voor amateurs gepubliceerd in een reeks artikelen in 'CQ' in 1968 en 1969. Dit stuk stond in augustus 1968.
Let op, Lee beschrijft dus de marine- en amateurtoepassing; het schip wordt maar eventjes genoemd.

De gegeven uitleg hebben we hierboven natuurlijk ook al gezien (afgestemde kring, folded unipole, et cetera), maar het is leuk de originele tekst weer terug te zien. Ik moest wel verder terug zoeken dan ik dacht.
Een scan is beroerd (tekst is flets grijs op donkergeel verkleurd papier), dus ik tik het even over.

--
NORD
There is yet another type of short vertical antenna which has recently come into use. This is the NORD®.
The original NORD was designed for shipboard use, for radio broadcasting in the m.f. band in European waters. It has since been built for shore use at high power, in the l.f. band. To date, NORDs are in use at Naval Communication Stations in Japan, Guam, Philippines, Hawaii and Annapolis, Md., providing l.f. multichannel transmitting capability.

A schematic of the NORD is shown in fig. 24. A center tower is used, with its base grounded. The tower is fed by the folded unipole method, with a feed wire going to the top of the tower. The upper set of guys (three of them) is connected to the tower, and they extend out to three short perimeter towers, where they are secured to strain insulators. From these the cables drop down to tuning units which consist of capacitors.
For sake of clarity in fig. 24, the perimeter towers are not shown.
The NORD is basically nothing but three over-coupled tuned circuits with a common element, the center tower.

The purpose of the NORD for l.f. is to provide sufficient bandwidth for multichannel teletype transmissions, while still retaining reasonable radiation efficiency. The electrically short series fed tower cannot do this at high power. Its Q is very high and its bandwidth is limited. Also, with top-loading, the top-loading guys are corona-limited due to the very high voltages which are developed on them.
The NORD has no such problems. By adjustment of the capacitors Ca, Cb, and Cc, optimum bandwidth and/or efficiency can be obtained, with reasonable input impedance being provided by the folded unipole feed.
For Naval l.f. purposes we require bandwidth. For amateur c.w. and voice at h.f., efficiency is paramount. The NORD can fulfill both of these, by suitable adjustment, in a tradeoff of efficiency for bandwidth or vice versa. By going to the NORD at l.f. we have rid ourselves of the high voltage helix with its inherent losses, and its bandwidth limitations.
The input coupling unit with the NORD can be nothing but low loss capacitors. In fact, in the high power NORDs vacuum capacitors are used throughout.

A full-size NORD, designed for 50 to 150 kc, now in use, has dimensions as follows:

Height of center tower - 450'
Height of perimeter towers - 150'
Spacing of center to perimeter towers - 500'

For use on 2 and 4 mc by amateurs, the NORD would not have to be so short electrically. It could have the following dimensions:

Height of center element - 30'
Height of perimeter supports - 10'
Spacing of center to perimeter - 33'

This antenna would have excellent efficiency on both bands. Guy tuning capacitor values would have to be determined by experiment, but should be of at least 1500 mmf total capacity, adjustable in steps, with a portion variable. The input impedance at the feed point will be R + jXL of a reasonable value, and this can be matched to coaxial line by a simple capacitor network.
The antenna is tuned by connecting an impedance bridge to the input, then starting with the guy tuning capacitors at minimum they are brought up in value simultaneously until a good R + jXL is obtained. It may be possible to obtain 50 + jXL, in which case only a series capacitor will be required for matching to the line.
Heavy ground busses must be used to link perimeter tuning units with the center tower.
--

Dit is interessante info FET! Mooi dat je dit met ons wilt delen.
Eerder dacht ik dat deze Nord antenne een inefficiënte radiator was, maar dat blijkt in deze info niet echt het geval te zijn.
Hier wordt gesproken over een goed rendement, hoewel dat moeilijk is in te schatten, het ontbreekt aan getallen die daar iets over kunnen bevestigen.
Een methode om daar achter te kunnen komen is om dit model in één van de vele antenne simulatie programma's te simuleren of door dit ontwerp gewoon in de praktijk na te bouwen.

In één van mijn vorige antenne ontwerpen gebruikte ik een afstem condensator van 25pF die tussen het einde van de draad antenne en de aarde was aangesloten.
Een goede swr verhouding kon ik zo uit stemmen, dat was bij een drie kwart ingedraaide condensator (zeg zón 18pF).
Die antenne was een omgekeerde L antenne met aan het einde dus een varco naar de aarde.
Dat lijkt een beetje op die Nord antenne hoewel deze drie draden bovenin naar beneden heeft en drie varco's heeft.
Nu gebruik ik dat niet meer, ik heb nu een (verkorte) dipool antenne en heb niets meer te maken met de aarde omdat dit een geheel symmetrische antenne is;).