Monday, November 19, 2012

40m antenna test: end fed versus inverted v

The fairy tale of the poor performing end fed vertical

Last Friday I had a bad experience with my tried and trusted end fed vertical on 40m (actually a multi-band end fed for 10-20-40m). 

While listing around I stumbled upon Paul MM0ZBH on 40m. He is the one who recommended me the Sirio 4-element CB antenna for use on 10m. I was about to tell him how much I enjoyed the CQWW thanks to that beam. However he did not seem to hear me, even though I copied him with 58. After several attempts he was able to make out my call sign but there was not a chance for a decent QSO (report received: 33).

The multi-band end fed that I use is 12m long and has a coil at 10m from the network to make the wire resonant on 40m. I blamed this shorter wire for the lousy performance on that band. Frustrated I started looking at other possible antenna configurations for /P operations.

Inverted v
From all the available options the inverted v looked the most promising as it requires only one mast (as the end fed does), while you can still operate with a "full size" antenna (1/2L in this case). The inverted v would also be a candidate configuration for an 80m antenna. I do not have an 80m antenna at the moment and although I can get the 40m wire resonant on 80m when I work from my home (using the tuner of my IC-756P3), it is not a performer by any standard, nor does it help me when I am /P.

This weekend I was able to put something together that looked like it could work as an inverted v. I made the legs a bit longer so I could tune it to perfection. Today I was able to set the antenna up. It took me some fiddling to get it up in a way the Spiderbeam mast did not bend too sharply (the coax goes all the way up with this antenna, so you need to find a way that it does not pull the mast down). I decided to not use the last segment of the mast, so the top of the antenna was at about 11m. I roughly measured 11m from the mast to two opposite directions for the anchor points of the legs.
The Spiderbeam mast was fixed to the side of my car. To the other side of the car I fixed my extended Spieth mast (15m) with the multiband end fed on it. A lovely site: a car upgraded with impressive lengths of fibreglass and loads of wires. 

A-B test
Testing with an antenna switch I directly noticed differences in the received signals. I also saw that the inverted v was miraculously resonant on the whole 40m band, dipping around 7.150. How this can be, with the extra wire length I cut, I haven't figured out yet (wrong measurement surely).
The other thing I saw was that the end fed was not resonant by far. The FT-857 warned me for High SWR. This was peculiar... I had this once before when one of the wire ends attached to the coil broke. I took down the end fed to find... that the wire on the other end of the coil had broken (inside the shrink tube, hard to spot). This explains why Paul was unable to copy me: the antenna was 2m short and SWR was sky high.

Would this not have been the case I would not have started with the inverted v. Now however I got both antennas up (I temporarily fixed the end fed on the spot) - so I started testing any way.

19 OMs came to the rescue to provide me with a nice set of signal reports. The reports came in from DL, G, MM, I, HB9 and S5 - roughly from 300km to 1250km.
All OMs agreed on one point: the inverted v resulted in a stronger signal at the receivers end. The difference was not the same though. It varied from 2 s-points to "not a lot". Most of the times it was 6dB or 1 s-point difference. The same difference I saw on rx.

As the inverted v is a little less practical than the vertical end fed, I will test it a bit more before I decide whether to switch antennas for my /P operations. I am especially curious on how the difference in performance is on longer distances - as signal levels within Europe are hardly an issue worth the extra hassle.

Forgot to take pictures of the antenna park I created around my car. Will try to remember to do this next time.

To do
Next project: building the 80m version of the inverted v. With the nice results I got with the 40m version I will definitely add an 80m inverted v to my /P operating set. It will be nice to activate a PAFF or COTA-PA on 80m for the first time (for me).

10 comments:

  1. Hallo Lars,

    Interessant verhaal over de beide antennes. Wel is het zo dat de antenne met het meeste afstralend materiaal altijd beter zal werken.
    Zo'n EndFed (1/2 golf voor 20m)met verlengspoel voor 40m blijft voor 40m altijd een compromie. Alleen vanwege zijn eenvoud en handige ophanging aan mast of boom maakt deze antenne zo geliefd, maar dat betekend niet dat hij supergoed is. Er zijn betere en daar ben jij nu ook achter gekomen.
    (ik zou wel eens een test willen zien op 20m met een EndFed versus Inverted V)
    Succes,

    73 de Hans

    ReplyDelete
  2. Hallo Hans,
    Dat is natuurlijk een punt. Maar dat zal altijd een rol spelen bij antennes voor 40-80-160: hoeveel afstralend materiaal kun je effectief inzetten. Ik zie me niet snel met een 20+m mast in de weer. Een fullsize end fed in een boom zou kunnen maar daar worden niet alle beheeders vrolijk van.
    40m inverted v is daarentegen redelijk eenvoudig op te zetten. Ook een 80m versie zou moeten lukken fullsize met een mast van 12m. Dat wordt mijn volgende projectje.
    Dit weekend maar eens checken hoeveel koperdraad ik nog heb liggen.
    73, Lars.

    ReplyDelete
  3. Hallo Lars
    Op dit moment heb ik ook ongeveer zo'n setting, aan de ene kant van t huis heb ik een end-fed voor 10-40 (12M) opgehangen in een 8m hoge kerstboom als een inverted V. Aan de andere kant van het huis een zepp van 36 meter lang gevoed met symmetrische lijn en een LL tuner.
    Mijn ervaring op dit moment is dat de EF nagenoeg geen storing mee brengt en met name op de 40m band scheelt dat vaak wel 5 S-punten, terwijl zowel RX als TX tov de Zepp ik ongeveer de zelfde raporten krijg. Dus op dit moment opteer ik de Korte ENd FED tov de 36m lange Zepp, en 36 meter is best lang!

    vriendelijke groet,

    Jeroen HB9FXF

    ReplyDelete
    Replies
    1. Hallo Jeroen,
      Bedankt voor je reactie. De end fed is een mooie antenne. Lekker praktisch en met goede resultaten. Gebruik hem nu ongeveer zo'n 6 jaar in allerlei vormen op alle banden. Ik ben inmiddels wel afgestapt van de verkorte multiband-versie (12m) en heb met wat kunst- en vliegwerk 20m draad gespannen achter het huis. Werkt veel beter op 40m en nog steeds goed op 20m. Ook /P gebruik ik sinds een tijdje 20m draad min of meer vertikaal. Dat geeft mooie resultaten op 40m.
      73,
      Lars / PH0NO

      Delete
  4. Mooi verhaal, enkel het laatste deel klopt niet. Een lage SWR betekend niet meer of minder dan dat je tranceiver 50 Ohm ziet. Of je antenne daardoor afstraald of niet heeft er verder niets mee te maken. Immers een dummyload is ook 50 Ohm en loopt 1:1 maar stralen doet die niet.
    De kwaliteit van een antenne is niet af te meten aan SWR, daarom meet ik al heel lang geen SWR meer, als de tuner het 1:1 krijgt voor de tranceiver dan vind ik het best.
    De meeste multiband antennes kunnen daarom ook niet zonder tuner werken omdat 50 Ohm een utopia is. Neem een dipool voor meerdere banden, die is standaard optimaal 70 Ohm (geen 1:1 dus) en op hogere banden zeker niet.
    Men lost dit op met een tuner te gebruiken, maar stralen doen die antennes wel en hoe. Zo heb je ook de G5RV en ZS6BKW, die zetten ook een heel hard signaal neer, maar als je SWR gaat meten dan zou je denken dat het niets doet.

    Mijn advies, als het meer dan 1 band moet doen, vergeet SWR en koop een goede tuner en zeer goede coax of kippenladder :-)

    Groeten Bas,

    ON5HB.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Hallo Bas,

      Bedankt voor je reactie. Ik weet alleen niet precies waar je reactie naar verwijst. Ik zie niemand die iets meldt over het verband tussen swr en afstraling. Wel had ik bij deze test last van een endfed met breuk bij een spoel dus swr was initieel heel hoog (draad was veel te kort). En het viel me op dat de inverted v breed resonant was, wat ik niet verwacht had. Maar dat staat los van afstraling.

      Overigens ontwerp ik zelf antennas altijd het liefst zo dat ze én goed afstralen én resonant zijn - evt via trafo (zoals bij hoogohmige endfed). Is voor /P antennes in mijn ervaring goed te doen. Tuner heb ik alleen mee voor noodgevallen.

      Deze test was 5 jaar geleden. Inmiddels zijn mijn favoriete antennes op 40m /P een 20m lange endfed (vertikaal over t algemeen) of een full size delta loop. Die laatste kost iets meer ruimte en tijd om op te zetten maar de resultaten lijken erg goed.
      De inverted v gebruik ik ook nog wel /P maar met name op 80m.
      73,
      Lars

      Delete
    2. Toch wel, ik zal het even aanhalen: "This explains why Paul was unable to copy me: the antenna was 2m short and SWR was sky high."
      Dus vraag ik me nog steeds af waar je resonant aan afleid?
      Resonantie kan je namelijk niet afleiden aan de SWR, dat zijn twee gescheiden zaken, helaas door veel amateurs gekoppeld als waarde om te bepalen of iets resonant is.
      Om te weten welke SWR mogelijk goed is, ik zeg expres mogelijk, moet je eerst weten welke impedantie een antenne moet hebben alvorens te meten.
      Zo is een dipool geijkt 70 Ohm, dus dippen op 50 Ohm betekend dat die resonant gaat zijn op de verkeerde freq. Hetzelfde met een EndFed/Langdraad, ik weet niet wat de impedantie is maar een ander probleem is dat de balun de werkelijke waarde maskeerd waardoor je niet kan bepalen of die resonant is of niet. Resonant is namelijk wel degelijk de afstraling, maar niet de SWR.
      Zelf ben ik een liefhebber van tuners, die veranderen de fase waardoor je in feite een spijker resonant kan maken....echter een spijker heeft een kleine straler dus zal de afstraling zelf miniem zijn :-)

      Delete
  5. Hallo Bas,

    Ok. Bedankt voor de aanvulling. Ik geloof niet dat we het oneens zijn.

    Voor de duidelijkheid: die opmerking ging over een antenne die gebroken bleek. SWR was zo hoog dat de radio vermogen terugschakelde en ik heb het resulterende stralingsdiagram van de gebroken antenne niet gemodelleerd maar ik verwacht er weinig van. Nog even los van wat er in de coax verloren ging op dat moment.
    In dat geval was de swr dus wel een goede indicator dat er iets mis was en er weinig effectieve straling was (en Paul me dus niet kon horen).
    Of het origineel (voor de breuk) volledig resonant was, is een aanname. Ik heb wel sterk de overtuiging dat hij zo ontworpen is - wetende wie hem ontworpen heeft - maar ik heb hem niet zelf gemodelleerd (deze antenne was geen zelfbouw) en inmiddels ook niet meer in gebruik.

    Vwb. Resonantie/Impedantie: zelf ontwerp ik antennes via 4nec, waarna impedantie voor het praktisch bouwen een bekende (te verwachten) parameter is. Hierbij maak ik al vroeg afwegingen tussen gewenste straling (patroon, dbi) en gewenste impedantie bijvoorbeeld. Ik mik vaak op 50 ohm impedantie voor gemak omdat ik coax het handigst vind /P maar ik heb ook andere waarden gewerkt (en dan een matching trafo). Mijn ervaringen met deze modellen en de vertaling naar de praktijk zijn over het algemeen goed (los van meetfouten of constructiefouten etc).
    Sinds ik een vna heb, kan ik bij bouwen en testen beter zien hoe een antenne zich gedraagt en of dat overeen komt met wat ik uit het ontwerp verwacht. Dat had ik in 2012 allemaal nog niet. Toen waren de uitkomsten van testen nog wat onvoorspelbaarder.

    Bedankt voor het reageren en beste wensen vast voor 2018.

    73,
    Lars / PH0NO

    ReplyDelete
    Replies
    1. Dag Lars,

      Tuurlijk, als je SWR ineens van 1:1 naar 1:3 gaat, ja dat is een indicatie van problemen. Daar ben ik het absoluut mee eens.
      Maar het ontwerpen met programma's, sorry ik doe daar niet aan mee.
      Op de HTS vroeger was het eerste wat je te horen kreeg: Je kan alles berekenen maar in praktijk klopt er geen jota van!

      Ik ben dat nooit vergeten. Ik daag je uit, modeleer eens een G5RV, kijk wat voor mooie zaken eruit komen aan "slechte" waarden....bouw hem dan eens. Je gaat ervan verschieten hoe slecht die lijkt maar niet is.
      50 Ohm is een Utopia, buiten een 1/4 GPA is er eigenlijk geen enkele antenne 50 Ohm, het dus als uitgangspunt nemen geeft per definitie een antenne die minder goed is dan als je dat loslaat.

      Nog sterker, toen ik mijn eerste HF tranceiver kocht vroeg ik wat een goede antenne was....het advies G5RV....
      Daar ik jaren antennes gebouwd had op VHF/UHF vond ik dit ontwerp maar belachelijk. En ik ben er over gaan lezen, de SWR's gingen alle kanten op en ik kon me niet voorstellen dat die antenne zou werken.
      Men gaf aan dat bepaalde banden wegens SWR 1:40 onwerkbaar zouden zijn!
      Dus heb ik dat ding 2 jaar op de plank laten liggen, zo'n idioot ontwerp kon niet werken!!!!
      Wel omdat ik toch op 80m uit wou komen en geen volle-dipool kon spannen, kwam een paar meter te kort, heb ik dat ding dan toch maar opgehangen.
      En inderdaad, met de interne-tuner kon ik maar een paar banden doen.....maar wel knal en knal hard! Raar want SWR zonder tuner was tegen 1:3!
      Toch heel hard....maar goed, dan een betere tuner gekocht die de "slechte banden" wel kon tunen...ook daar werkte de antenne wel degelijk.
      Iedereen zei dat het een slechte antenne is, maar is niet zo, verre van.
      Ik heb per ongeluk een paar zaken gedaan die cruciaal zijn: 1 Aircell7 gebruikt / 2 Ferriet clamps gebruikt op de kabel als mantelstroomfilter.
      En zo werk ik nu nog steeds en pomp er dik 1KW in, geeft geen krimp en signalen zijn loei hard.

      Met veel plezier ga ik het met je testen, maar ik wil geen andere antenne meer, gebruik die op alles van 80m tot en met 6m, gaat perfect!

      SWR? Kan me niet meer schelen....is voor de tuner.

      Beste wensen voor 2018 aan jou en je familie!

      Bas - ON5HB.

      Delete
    2. Hallo Bas,

      Daarover verschillen we dan duidelijk van mening.
      Mijn ervaringen met modelleren, bouwen, meten en praktijktesten (A/B testen op basis van referentie-antenne) zijn goed. Lokale situatie bepaalt uiteindelijk het werkelijke gedrag maar relatief gezien (bij gelijkblijvende omgeving) klopt het aardig.

      Zelf geloof ik overigens alleen in de mate van effectiviteit van een antenne als je hem real-time en met voldoende datapunten kunt vergelijken tegen een andere ("bekende") over verschillende afstanden. Condx zijn zo dynamisch dat er met enkelvoudige resultaten weinig te zeggen is. Zo heb ik op een mobiele antenne geweldige verbindingen gemaakt.

      Zo zie je maar. Ieder zijn aanpak. En zolang we er verbindingen mee maken prima toch.

      Bedankt voor je aanvullingen op de blog. Leuk om te zien dat zo'n artikel nog "leeft".

      73,
      Lars / PH0NO

      Delete