previous arrow
next arrow
Slider

wappen1

Login

The pa0rdt-Mini-Whip

Roelof Bakker, PA0RDT

 

History.

After several fruitless attempts to make an active loop work in a city environment, it was found that the electric field from local noise sources was contained within the house.

The magnetic field of local noise sources was not contained inside the house, making weak signal reception at LF impossible.

Hence an electric field antenna was called for.

Tests were performed using an active whip antenna, designed by G4COL.

Results were encouraging and the whip length could be reduced from 100 cm to 30 cm without loss of performance.

It became clear that at LF an active whip is a capacitance coupled to the electric field.

 

The pa0rdt-Mini-Whip.

If it is accepted that a whip is a capacitance coupled to the electric field, shape becomes irrelevant, as long as the required capacitance is available.

In practice the “whip” can be e.g. a small piece of copper clad printed circuit board.

A small die-cast aluminium box can also be used, with the buffer amplifier mounted inside.

Following this line of thought, tests have been performed to find the optimum dimension for the pa0rdt-Mini-Whip.

To prevent receiver overload, maximum output has been set to about – 20 dBm.

The buffer amplifier has been optimised for good strong signal handling performance.

Acknowledgment goes to Steve Ratzlaff, AA7U, who was so kind to conduct IMD measurements on the buffer amplifier and suggested circuit modifications to improve strong signal handling performance.

 

Specifications:

Frequency range: 10 kHz – 30 MHz
Power: 12 – 15 volts at 50 mA.
Second order output intercept point: > + 70 dBm.
Third order output intercept point: > + 30 dBm.
Maximum output power: in excess of – 15 dBm
Dimensions: Length: 100 mm, diameter: 40 mm
Connectors: RF: BNC
Power: Cinch, centre pin is V+
Feed line: 50 – 100 ohm coaxial cable up to 100 metre long.

 

Circuit diagram of the pa0rdt-Mini-Whip.

mini whip

 

Construction.

The pa0rdt-Mini-Whip uses commonly available materials.

A single sided printed circuit board is mounted inside a 10 cm long piece of 40 mm drain pipe (white), using end-caps.

One of the end-caps carries an insulated BNC connector onto which the PCB is soldered.

Half of the PCB is the actual antenna; the other half contains the buffer-amplifier, using “Amateur Surface Mounted Construction”.

 

PCB-layout.

 

mini whip2

The traces are cut using a Dremel tool.

 

 

Power Feed Unit circuit diagram.

 

mini whip3

 

Power is fed to the pa0rdt-Mini-Whip via the coaxial feed line.

A Power Feed unit couples the power trough the coaxial feed line to the pa0rdt-Mini-Whip.

A second coaxial cable couples the signal to the receiver.

 

Installation is straightforward:

 

mini whip4

 

 Mini-whip © antenne

Omdat het me maar niet lukte fatsoenlijke signalen op de 160m band (op een wereldontvanger met sprietantenne ) te ontvangen ben ik op zoek gegaan naar een eenvoudige actieve ontvangst antenne.

Bij mijn zoektocht stuitte ik al gauw op de mini-whip van Roelof Bakker:

Uit experimenten van Roelof, PA0RDT, is gebleken dat een (korte) staafantenne succesvol vervangen kan worden door een kopervlak op een printplaat.

Het kopervlak hoeft niet groot te zijn; een vlak(je) van 35 x 40 mm geeft een prima resultaat.

Sterker nog, als het vlak te groot wordt (>35 x 50 mm) kan er makkelijk storing als gevolg van 3e –orde intermodulatieproducten ontstaan.

Op VLF en MF/HF werkt het kopervlak als een capaciteit die signalen opvangt uit het elektrische veld.

Door van dit principe gebruik te maken heeft hij een actieve ontvangantenne ontwikkeld die werkt tussen 10 kHz en 20 MHz.

De antenne bestaat uit het antennegedeelte met HF-versterker op één printje die d.m.v. een coaxkabel met het andere deel, de voedingsprint, verbonden wordt.

De 12..15 VDC voedingsspanning wordt via de kern van de coaxkabel aan de HF-versterker aangeboden.

Scheiding van DC en HF signalen gebeurt door twee condensatoren van 470 nF.

De antenne met HF-versterker is klein genoeg om deze in b.v. een stuk PVC-afvoerpijp van de bouwmarkt in te bouwen zodat een actieve (mast)kop ontstaat.

De 5 onderdeeltjes van de Power Supply Unit (PSU) kunnen op een apart printje gesoldeerd worden.

De PSU wordt uit een netadaptertje gevoed (Houdt het strooiveld weg).

Fig. 2 laat het elektrische schema van mijn versie van de mini-whip zien.

Het 10 μH spoeltje tussen gate van de 2N7000 FET en de antenne zorgt er samen voor met de ingangscapaciteit dat er resonantie van de seriekring ergens boven de 20 MHz optreedt.

Hierdoor wordt het effect dat de mini-whip op hogere frequenties als gewone antenne, met bijbehorende –grote- verliezen, gaat werken enigszins verminderd.

 

mini whip5

Fig. 1 Opbouw mini-whip

 

mini whip6

Fig. 2 Schema van de antenne (CU-plate) en voorversterker

 

mini whip7

 

Fig. 3 De Power Supply Unit (PSU), netadapter niet afgebeeld

 

Een goede werking van de schakeling wordt alleen buitenshuis gegarandeerd.

Het stoorniveau binnenshuis is te groot terwijl de signaalniveau’s te klein zijn.

Hoe verder de antenne van bebouwing verwijderd is hoe beter.

Optimaal is een afstand van zo’n 100 meter.

Onze Hollandse doorsneetuinen zijn tussen 10 en 20 meter lang dus die 100 meter zal meestal niet lukken.

Desondanks presteert de mini-whip in op zo’n 10 meter van het huis redelijk goed.

Belangrijk is verder dat de actieve “kop” op een niet-geleidende staaf/mast gemonteerd moet worden (b.v. PVC-pijp) en zover mogelijk van metalen voorwerpen verwijderd blijft.

De door mij gebouwde mini-whip wijkt op een aantal punten af van het originele ontwerp van PA0RDT.

Zo heb ik als FET de 2N7000 i.p.v. J310 gebruikt.

Een 2N3866 werd gebruikt i.p.v. de 2N5109. Verder zijn de 1M weerstanden vervangen door steeds 2 stuks van 2M2 parallel te plaatsen ( 2 x 2M2 //).

Voor het verbinden van de actieve schakeling met de PSU heb ik zo’n 10 meter gesplitst 93 twinax coax gebruikt.

Voor deze toepassing zal het overigens niet veel uitmaken of er 50, 75 of 93 coax kabel gebruikt wordt.

 

mini whip8

Fig. 4 Het antennevlak(je) is hier goed zichtbaar

 

mini whip9

Fig. 5 De mini-whip in (witte) PVC-pijp

 

mini whip10

 

mini whip11

Fig. 7 Testopstelling met D2935 Philips ontvanger

 

Op 14 mei heb ik de mini-whip aan de tand gevoeld, in combinatie met een D2935 wereldontvanger uit 1988. De mini-whip stond op een pvc-pijp op slechts 5 meter afstand van de bebouwing (zie fig. 6).

 

 

 

 

 

Go to top