Delar av detta material kommer från en föreläsning av K1RF som anpassats av författaren till denna artikel till svenska förhållanden. Artikeln är skriven med ensamrätt för SK7BQ. Länka gärna till den men kopiera den inte! Syftet med artikeln är att den skall vara en kokbok för den som vill bygga sin egen EFHW-antenn eller köpa en bra sådan.

Jag rekommenderar att läsaren först tillgodogör sig artikeln om transmissionsledningar och baluner samt UNUN:er för att få relevant kunskap.

Om halvvågsantenner

En halvvågsantenn är ett resonant strålande element med en elektrisk längd på en halv våglängd. Total längd i meter är 142,3575/frekvensen i MHz. Matningspunkten påverkar antennens impedans. Hög ström och låg spänning fås i mitten, låg ström och hög spänning fås i ändarna.

Den vanligaste halvvågsantennen är den mittmatade dipolen med en nominell impedans på 72 ohm men i praktiken mellan 40 och 60 ohm i vanligt förekommande monteringsfall. En dipol är i grunden en enbandsantenn. Ibland används den på tredje övertonen med koaxialkabelmatning eller så används den på flera band med en balun, öppen stegmatning eller ladder line och en avstämningsenhet med stort avstämningsområde.

Om halvvågsdipolen matas mellan 30 % och 70 % av dess längd blir impedansen cirka 200 ohm och den kan användas på flera band med en avstämningsenhet. En 4:1 UNUN kan användas för detta ändamål, se här till exempel: https://www.dj0ip.de/off-center-fed-dipole/80m-ocf/ (på engelska)

Som du förhoppningsvis kommer ihåg från min artikel om transmissionsledningar och baluner samt UNUN:s så innebär 4:1 i impedansomsättning en lindningsomsättning på 2:1 när det gäller antalet lindningar på primär- och sekundärsidan på balunen.

Om halvvågsantennen matas i ändarna, en så kallad End Fed Half Wave eller EFHW på engelska blir matningspunkten väldigt högimpediv, någonstans mellan 2000 – 4000 ohm. Därför krävs en högimpediv anpassningsanordning. Antingen kan man använda en kopplingskrets för Zeppantenner med en avtappning eller, vanligare, en högimpediv UNUN med impedansomsättning på 49:1 eller 64:1. En sådan lösning medger att antennen kan användas på flera band. Den passar även bra för de numera så populära automatiska antennavstämningsenheterna då SWR inte går över cirka 3:1 vilket denna typ av avstämningsenheter klarar.

Vilka är fördelarna med en EFHW matad med en UNUN jämfört med andra antenner?

• Det är lätt att installera antennen, endast en hög punkt krävs, antennen kan slutta ned mot marken från denna
• Antennen kan dras på många olika sätt: horisontellt, inverterat V, inverterat L, sloper etc.
• Ingen hängande matarledning, anslutningspunkten är nära marken
• Minimal jordning eller minimalt motviktsnät krävs – koaxialmatning i sig själv kan tjäna som motvikt även om det bör undvikas
• Antennen är resonant på alla band från 80–10 m, inklusive 30 m, 17 m och 12 m, med låg SWR. Endast en automattuner behövs om alls någon.
• Endast en enkel längdjustering, inget beroende mellan olika frekvensband
• Antennen är likströmsjordad vilket innebär att statisk elektricitet inte byggs upp i antennen, bra vid portabelbruk och sommaråskväder
• Det är möjligt att förkorta antennen om utrymmet är begränsat

  ---

Att använda en EFHW på flera band

Om det går att impedansanpassa ett halvvågselement på alla övertoner så har vi en multibandsantenn. Observera att på grundfrekvensen är strålningsdiagrammet lika oavsett var antennen matas. Detta gäller inte på andra band där antennens strålningsdiagram påverkas för varje överton. Dessutom påverkas antennens strålningsdiagram på andra band än grundfrekvensen av var antennen matas.

Jag tar inte upp antennens strålningsdiagram på olika band utan hänvisar till en artikel som utreder detta grundligt: https://www.qsl.net/kk4obi/ Titta under EFHW för de olika monteringsfallen.

Konventionella 4:1 och 9:1 UNUNs

Dessa UNUN:s tillhör en kategori som brukar kallas ”transmissionsledningstransformatorer” eller transmission line transformers på engelska. Dessa tillverkas genom att linda bifilärt eller med fler trådar, med koaxialkabel eller med så kallad stripline kabel, en flat kabel som består av två ledare med dielektrikum mellan ledarna på en kärna som har hög permeabilitet. I elektromagnetism är permeabiliteten förmågan hos ett material att uppehålla skapandet av ett magnetiskt fält i sig själv. Med andra ord, det är graden av magnetisering som ett material får som svar på ett pålagt magnetfält. Permeabilitet brukar skrivas som μ.

4:1 UNUN:s med en utimpedans på 200 ohm används typiskt till dipoler som inte matas i centrum, som till exempel den kända Windomantennen, Zeppantenner eller vertikalantenner med en längd av 13,1 m för främst 80 – 20 m. De kan också användas för icke-resonanta trådantenner med slumpmässig längd.

9:1 UNUN:s med en utimpedans på 450 ohm används typiskt för icke-resonanta trådantenner av slumpmässig längd.

Observera att på låga frekvenser kräver dessa UNUN:s som alla transformatorer tillräcklig primärinduktans. Därför är materialval och därmed vilken kärna man väljer kritiskt, vi skall titta mer på det längre fram i artikeln.

Transmissionsledningstransformatorer kännetecknas av stor bandbredd (1–54 MHz i regel), hög effekttålighet (2–5 kW) och hög verkningsgrad.

En högimpediv UNUN krävs för EFHW antennen

Det krävs en hög impedansomsättning, 49:1 eller 64:1, vilket inte är lämpligt för transmissionsledningstransformatorer. Den praktiska gränsen för deras omsättning ligger på 16:1. En UNUN för en EFHW antenn använder en eller flera toroidkärnor av ferrit, typ 43 eller 52, inte järnpulverkärnor som 1:4 och 1:9 UNUN:s i regel använder. Järnpulverkärnorna har alldeles för låg permeabilitet och lämpar sig inte i den här användningen. Den bandbredd som en högimpediv UNUN får är ungefär 10:1, alltså 3–30 MHz. Det går alltså inte att täcka in 160 – 10 m med en antenn, förslagsvis gör du en antenn för lågbanden 1,8 – 3,8 MHz och en andra antenn för 5–30 MHz, alternativt utelämnar du 160 m. Denna typ av UNUN har mindre bandbredd än 4:1 och 9:1 varianterna och sämre verkningsgrad men den fungerar ändå tillräckligt bra i de flesta tillämpningar.

Två viktiga parametrar när vi bygger en högimpediv UNUJN är primärinduktans och verkningsgrad

Om primärinduktans

• Om primärinduktansen är för liten vid den lägsta frekvens som UNUN:en konstrueras för blir missanpassningen stor vid låga frekvenser vilket innebär höga förluster och hög SWR.

• Om primärinduktansen tvärtom är för hög så lider de högsta frekvenserna av det och missanpassningen blir stor vid höga frekvenser med hög SWR som följd.

• En tumregel: Den induktiva reaktansen XL skall vara 88 ohm – 200 ohm vid den lägsta frekvens som skall användas. XL = 6.28 * f * L där XL är induktiv reaktans i ohm, f är frekvensen i MHz och L är induktans i Detta motsvarar 4–9 H vid 3,5 MHz eller 2–4,5 H vid 7 MHz.
• Toroidkärnans primärinduktans ökar med den fysiska storleken på toroidkärnan. Två FT-140 toroidkärnor har ungefär samma primärinduktans som en FT-240 toroidkärna för samma antal lindningsvarv.
• Primärinduktansen är proportionell mot det antal toroidkärnor som används

Om verkningsgrad på UNUN:en

• Bra konstruktioner bör ha en verkningsgrad på 80 – 90 % eller mer

• För den signalstyrka du presterar hos motstationen har verkningsgraden i UNUN:en liten betydelse
  

• För den effekt som förloras i toroidkärnan eller toroidkärnorna har verkningsgraden i UNUN:en enorm betydelse

• Vid 50 W kontinuerligt tillförd effekt till en toroid eller flera toroider med 75 % verkningsgrad avges 12,5 W i toroiden eller toroiderna. Vid 85 % verkningsgrad avges endast 7,5 W, 60 % av den effekt som går förlorad vid 75 % verkningsgrad. CW har 44% duty cycle jämfört med kontinuerligt tillförd effekt och SSB 25 % duty cycle jämfört med kontinuerligt tillförd effekt.

Måtten i ovanstående ritning är i fot som markeras med en ’ och tum som markeras med två ’’ enligt amerikansk standard. För att gå från fot (feet, förkortat ft) till meter skall du multiplicera med 0,3048 då 1 fot = 0,3048 m, för att gå från tum (inch) till millimeter skall du multiplicera med 25,4 då 1 tum = 25,4 mm. Antennen skall alltså ha en längd på 134 fot eller 40,84 m om du vill köra 80 – 10 m och 67 fot eller 20,42 m om du vill köra 40 – 10 m. 14 gauge syftar på American Wire Gauge #14, förkortat 14 AWG som är ett måttsystem för rund entrådig ledare i USA, se https://en.wikipedia.org/wiki/American_wire_gauge. Observera att även i Europa går det att få tag på kabel och emaljerad koppartråd enligt AWG.

Notera att primärlindningens två varv skall tvinnas ihop med sekundärlindningen, röd färg är primärlindningen och blå färg är sekundärlindningen. Titta på nummersättningen som indikerar hur varven räknas. Primärlindningen skall ha två varv och sekundärlindningen sju varv. I bilden anges också hur mycket tråd som går åt för de olika lindningarna. Håll tråden sträckt när du lindar och fördela lindningsvarven med lika avstånd mellan varje enligt bilden.

Använder du flera toroidkärnor ovanpå varandra som föreslås i bilden ovan limmar du ihop dem med epoxilim och lägger lämpligen en lagom tung bok ovanpå tills limmet torkar. Använd absolut inte eltejp på lindningarna, se längre ned i artikeln.

Färdiglindad UNUN med två stycken FT-240-43 toroider, 84–88 % verkningsgrad, 80–10 m, 85 W kontinuerlig effekt, 212 W CW, 340 W SSB

Motvikt för EFHW-antennen

• Den ström som flyter till antennens ändpunkt måste utjämnas vid ändpunkten med samma ström som flyter till jord eller en motvikt av något slag.
• Trots vad en del tillverkare försöker tuta i dig så har alltid en halvvågs ändmatad antenn en motvikt. Om du inte tillhandahåller en så tjänar skärmen i koaxialkabeln som motvikt.
• För en uppspänd eller utlagd radial är den ideala längden ¼ våglängd. Det innebär lägst impedans vid den gemensamma matningspunkten. Detta gör att störst andel effekt skickas in i antennen och att strömmarna på koaxialkabelns utsida minimeras. På grund av att matningsimpedansen på en ändmatad halvvågsantenn är hög kan du klara dig med en betydligt kortare motvikt.
• Ju högre impedansen är på din motvikt desto mer ström kommer att flyta på utsidan av koaxialkabelns skärm. Många klarar sig med att endast använda koaxialkabelns skärm som motvikt, vilket en del tillverkare annonserar som ”ingen motvikt behövs”.
• Om du är nära ett metallstaket så anslut jord till det, ett sådant staket är en utmärkt motvikt.
• Har du flera radialer så får du ett utmärkt motviktsnät med minimala strömmar i koaxialkabelns skärm.

Behövs en strömbalun?

Inte om du har ett bra motviktsnät. Beroende på hur bra ditt motviktsnät är delar sig strömmen mellan motviktsnätet och koaxialkabelns skärm.

Det går utmärkt att använda en strömbalun men den måste installeras vid stationen på koaxialkabeln och inte vid UNUN:en. Om du installerar en strömbalun vid UNUN:en får du garanterat ingen motvikt och antennen fungerar inte!

Ferritmaterial

Det är avgörande att välja rätt material i toroidkärnan när du bygger din UNUN. Tabellen visar de vanligaste materialen:

• Permeabiliteten består i själva verket av en induktiv komponent (uttalas my-primm) och en resistiv komponent (uttalas my-biss) (som ger förluster).
• Induktansen avtar i regel med frekvensen
• Använd aldrig järnpulverkärnor till en EFHW UNUN, permeabiliteten är alldeles för låg!

Kompensationskondensator på 100 pF

• En 100 pF kompensationskondensator är en del av anpassningskretsen för UNUN:en. Den skall placeras över primärlindningen på UNUN:en för att förbättra UNUN:ens egenskaper på höga frekvenser. Typiskt blir SWR högre än 3:1 för 12 m och 10 m om kondensatorn utelämnas, med kondensator runt 2:1.
• Kondensatorn kompenserar huvudsakligen för UNUN:ens primära läckinduktans.
• Värdet 100 pF fungerar bra för de flesta UNUN:s, små eller stora, för låg eller hög effekt.
• Använd en keramisk skivkondensator med blått hölje ”blue cap” på 3 kV eller mer. Dessa kondensatorer tål en hög ström och de måste tåla åtskilliga ampere RF-ström.

• Spänningståligheten kan ökas genom att koppla två stycken 200 pF kondensatorer i serie. Strömtåligheten kan ökas genom att koppla två stycken 47 pF kondensatorer parallellt.

• För QRP-effekter räcker en så kallad ”silver mica” 100 pF 500 V kondensator eller en kondensator som klarar 1 kV fint.
• Inköpsställe för 100 pF kondensatorer med hög spänningstålighet:
  • Leta efter 100 pF capacitor, ”blue cap” 3 kV eller mer på eBay
  • com artikelnummer 81-DHR4E4C221K2BB (220pF, koppla två i serie. Keramiska skivkondensatorer som tål 15 kV vardera.

    ---

Vad gör den lilla kompensationsspolen som man kan se på vissa kommersiella EFHW-antenner?

• Den lilla spolen som används i vissa kommersiella antenner används för att kompensera resonanspunkten på de högre banden.
• Spolen är på ungefär 1.5 H med 6 varv på 1,25 tums yttre diameter PVC-rör positionerad 1,981 m från matningspunkten oavsett om det är en EFHW för 80 m eller 40 m. Se också denna video på YouTube https://www.youtube.com/watch?v=Z7-FYm6r5jc (på engelska).

• Spolen sänker resonanspunkten mer med ökande frekvens:
  • 80M – 22 kHz
  • 40M – 57 kHz
  • 20M – 170 kHz
  • 15M – 400 kHz
  • 10M – 1 MHz

• Rekommendation: använd spolen om du främst kör CW eller digitala transmissionssätt, använd den inte om du främst kör SSB. Alternativt kan du utesluta spolen och använda automattunern i rigen eller en separat sådan.

  ---

Vad gör jag om resonanspunkten är för låg för SSB på 80 m?

Om resonanspunkten är för låg på 80 m för SSB-delen så kan du sätta in en kondensator mitt i antennledningen på 250 – 500 pF. En ”blue cap” keramisk högspänningskondensator som nämnts tidigare fungerar. Denna kondensator har liten effekt på de högre frekvensbanden.

Vad gör jag om jag inte har plats för en ”full size” EFHW?

Då kan du tillverka en förkortad variant enligt nedan. Bilden är hämtad från Radcom, RSGB:s medlemstidskrift, ur en artikel av PA1ZP i februarinumret 2016, ”A Three or Five Band End Fed Antenna”. 34 H-spolen består av 90 varv 1 mm emaljerad koppartråd (AWG #18) på en kärna av 19 mm PVC-rör. 110  H-spolen är på 260 varv med samma tråd och spolstomme. Justera den långa antenndelen först för de höga frekvenserna och sedan den korta antenndelen för det lägsta frekvensbandet.

Kan jag använda min 80 – 10 m EFHW på 160 m?

Ja men då krävs ett bra motviktsnät för att det skall fungera. Hur man gör beskrivs bäst i denna video (på engelska): https://www.youtube.com/watch?v=u_SFS5FlM-w

Se till att ventilera kapslingen för din UNUN!

Om du ventilerar din kapsling för din UNUN så utjämnas temperatur och tryck och kondens inne i kapslingen minimeras. Dessutom kyls UNUN:en ner vilket är bra för verkningsgraden.

För upp till 100 W effekt räcker två små hål som borras i lådan, cirka 1,6 mm så att inte insekter kan ta sig in.

Kör du 500 W eller mer rekommenderas särskilda ventilatorer. Amphenol har en typ som används i en del kommersiella UNUN:s för ventilation och tryckutjämning, Amphenol VENT-PS1YBK-N8001

Skall jag använda 1, 2 eller kanske 3 toroider?

• Primärinduktansen är proportionell mot antalet toroider du använder i en UNUN. Däremot kan du inte bara lägga till fler toroider för större effekttålighet. Du måste också hålla ett öga på verkningsgrad och primärinduktans. Både verkningsgraden och primärinduktansen är beroende av vilket ferritmaterial du väljer.
• Mer än en toroid förbättrar i regel verkningsgraden:
• En FT240-43 med två varv på primärsidan och 14 varv på sekundärsidan har en verkningsgrad på 66,5% på 80 m och har otillräcklig primärinduktans och därför högt SWR. En 100 W rig på CW som matar en antenn med denna UNUN ger att 14,7 Watt förloras i UNUN:en som värme, alldeles för dåligt.
• Två stycken FT240-43 kärnor med 2 varv på primärsidan och 14 varv på sekundärsidan har en verkningsgrad på 83,25%. En 100 W rig på CW som matar en antenn med denna UNUN ger att 7,4 W (3,7 W per toroid) förloras i UNUN:en som har bra primärinduktans och lågt SWR vilket gör att den inte blir varm.
• Slutsats: var inte en Snålänning utan spendera lite extra på en bra UNUN eller balun för bättre prestanda, det lönar sig!

  ---

Rekommenderade UNUN-konfigurationer

Anmärkningar till tabellen ovan:

Alla UNUN:er som listas ovan har mer än 80 % verkningsgrad och tillräcklig primärinduktans. Kostnaden för toroidkärnorna och hur svårt det är att linda har tagits hänsyn till i de grönmarkerade rekommendationerna.

100 pF kondensatorn skall tåla minst 3 kV för 100 W rigar och minst 6 kV för hög effekt. En ”silver mica” kondensator som tål 500 V – 1 kV kan användas för QRP-effekter, maximalt 5 W CW / 10 W SSB.

Vanliga fel som den som själv lindar sina UNUN:s gör:

• Använd inte fel material för toroiderna! Håll dig borta från “type 61” toroider med ferritkärna och alla järnpulverkärnor som -2 och -6. Primärinduktansen för dessa material är för liten och din UNUN kommer inte att fungera.
• Låt bli eltejpen! Det försämrar prestanda genom att introducera ett luftgap mellan lindningstråden och toroiden. Ferrittoroider som används i UNUN:s för EFHW-antenner har väldigt hög resistivitet.
• Håll rätt på lindningsvarven, räkna inte fel! Ett varv är varv som passerar insidan på toroiden inklusive varvet när du byter sida på toroiden.
• Installera inte din EFHW-antenn på en metallmast! Placera UNUN:en i toppen av masten, inte i botten med antennen längs masten. Låt antennen slutta från toppen av masten ut i terrängen.
• Använder du en strömbalun så skall den inte sitta alldeles intill din UNUN då fungerar inte antennen då motvikten elimineras av strömbalunen. En strömbalun skall alltid placeras i omedelbar anslutning till rigen om du använder den tillsammans med en EFHW-antenn.
• Förvirring kring vilka antenner som lämpar sig för 4:1 och 9:1 UNUN:er. Dessa UNUN:er används för icke-resonanta antenner, inte till EFHW-antenner.
• Se upp med att mata in för mycket effekt i en underdimensionerad UNUN! Många tillverkare överdriver effekttåligheten. För hög effekt i en underdimensionerad UNUN får till resultat att toroiden överhettas och SWR stiger då Curietemperaturen närmar sig. Toroiden återhämtar sig dock efter avkylning. Kör du digitala moder måste du överdimensionera, kör inte QRP FT8 med en UNUN som inte klarar minst 100 W kontinuerligt. Duty cycle är högre för digitala moder än för SSB och CW. Rekommendationen är att du ser till att din UNUN klarar minst 100 W för QRP och minst 500 W för en ordinär 100 W station. Kör du 1 kW så rekommenderas kommersiella UNUN:s av hög kvalitet för minst 3 kW eller mer.

  ---

Inköpsställen

För den som inte är försedd med en välfylld skrotlåda eller är flitig på elektronikloppisar är Sverige tyvärr att betrakta som ett U-land när det gäller komponenter och material för elektronik och elektromekanik. Det finns snart inga komponentfirmor kvar och alla riktar sig till industrin med stora minimiorder som regel. Toroider är ungefär dubbelt så dyra från de svenska leverantörer jag hittat som de priser som gäller hos de källor jag anger men tull och svensk moms samt frakt tillkommer på de amerikanska priserna. Det blir trots allt ändå billigare än att köpa i Sverige. I Tyskland finns åtskilligt fler firmor som säljer det som behövs för antennbyggen men jag tar inte upp de firmorna då de flesta har problem med tyskan och de som driver dessa firmor i regel är äldre gentlemän med ytterst begränsade kunskaper i engelska. De vänder sig i regel enbart till en tysk kundkrets men säljer på export. Då måste man kunna tyska för att klara ut alla detaljer kring köpet i regel. Därför tar jag bara upp amerikanska inköpskällor. Det är möjligt att det finns inköpsställen inom EU, använd i så fall dem hellre än från USA och numera Storbritannien då du annars åker på svensk moms och tull som du slipper om du handlar inom EU. Å andra sidan är utbudet i USA betydligt större och det kan löna sig att gå ihop om en beställning för att dela på kostnaderna. Jag har inte orkat leta igenom alla tänkbara inköpskällor utan anger några som är kända för mig.

Kommersiella EFHW-antenner och UNUN:s för EFHW-antenner

Följande rekommenderas:

https://myantennas.com/wp/

https://www.hyendcompany.nl/

https://www.gwhip.co.uk/

https://www.lnrprecision.com  (EndfedZ antennas)

https://qrpguys.com/  (QRP till låg kostnad) Deras EFHW No Tuner Antenna innehåller dock en toroid med för låg primärinduktans på 80 m och 40 m och har därmed dålig verkningsgrad, rekommenderas inte

Rekommenderas inte:

http://www.mfjenterprises.com/  MFJ198XXP Allt från MFJ är tvärtemot vad många säger inte skräp men man måste granska varje pryl och denna antenn är undermålig.

Det mesta på eBay är skräp, billigt är i regel skräp, i synnerhet när det gäller kritiska komponenter. Se upp för rena förfalskningar! Det förekommer ofta förfalskningar av elektroniska komponenter. Var inte blåögd, är det för billigt är det inte äkta eller så är det skräp. Det går aldrig att köpa nya kvalitetskomponenter för en struntsumma. De rekommendationer du får i denna artikel skall garantera att du får fullgod kvalitet på det som du lättast inhandlar på eBay då man kan köpa komponenter av god kvalitet till bra pris på eBay men man måste veta vad man letar efter och vad som kännetecknar komponenter med hög kvalitet.

Lycka till med dina antennbyggen de AA7G / SM5LWC, Gert