Radialen bij een ¼‑golf verticale antenne

Theorie, praktijk en metingen – PD0G

Inleiding

Verticale antennes zijn populair onder radioamateurs vanwege hun eenvoudige constructie en lage stralingshoek, met name voor DX‑verkeer. De uiteindelijke prestaties worden echter in sterke mate bepaald door het radiaalsysteem. In dit artikel worden theorie en praktijk samengebracht: waarom vier verhoogde radialen in veel gevallen verrassend goed presteren, hoe dit zich verhoudt tot grondradialen, en welke conclusies daaruit volgen op basis van eigen metingen en ervaringen.

Grondgemonteerde ¼‑golf verticales

Bij een klassieke grondgemonteerde verticale antenne vormt de aarde een essentieel deel van het antennesysteem. De radialen fungeren hierbij als tegenpool (return path) voor de antennestroom. Omdat de aarde geen ideale geleider is, ontstaan er verliezen die alleen kunnen worden verminderd door het gebruik van veel radialen.

Belangrijke observaties uit theorie en praktijk:

Het aantal radialen is belangrijker dan hun exacte lengte.
Veel korte radialen zijn effectiever dan een paar lange.
Radialen hoeven bij grondmontage niet resonant te zijn.

Praktische richtlijnen:

4 radialen: werkt, maar met duidelijke grondverliezen
16 radialen: bruikbaar, maar nog merkbare verliezen
30 radialen: circa 90% van ideaal
60+ radialen: benadert een vrijwel ideaal grondvlak

Verhoogde ¼‑golf verticales

Wanneer een verticale antenne verhoogd wordt opgesteld (bijvoorbeeld op een mast of dak), verandert het werkingsprincipe fundamenteel. De radialen vormen nu zelf de tegenpool en zijn niet langer afhankelijk van de geleidbaarheid van de aarde.

Kenmerken van verhoogde systemen:

Radialen moeten resonant zijn (ongeveer ¼‑golf).
Het systeem is gevoeliger voor asymmetrie en omgeving.
Met relatief weinig radialen kan een hoge efficiëntie worden bereikt.

Ervaringen en algemeen geaccepteerde vuistregels:

1 radiaal: werkt, maar zeer omgeving‑gevoelig
2 radialen: functioneel, maar asymmetrisch patroon
3 radialen: duidelijk beter
4 radialen: het praktische optimum
Meer dan 4: afnemende meeropbrengst

Theorie: verhoogd versus grondradialen

Uit studies en publicaties van onder andere Rudy Severns (N6LF) – bekend van zijn bijdragen aan het ARRL Antenna Book – blijkt:

Verhoogde radialen zijn elektrisch resonant en dragen actief bij aan het stralingsproces.
Grondradialen koppelen sterk aan de aarde en lijden onder grondverliezen.
Onder gunstige omstandigheden kan een systeem met vier verhoogde radialen een efficiëntie benaderen die vergelijkbaar is met die van tientallen grondradialen.

Daarbij geldt wel: verhoogde systemen vereisen zorgvuldige mechanische en elektrische symmetrie. Kleine afwijkingen in lengte, hoogte of omgeving kunnen merkbare effecten hebben.

Praktijkervaring en metingen (PD0G)

In de praktijk zijn diverse radiaalsets gebouwd en getest voor onder andere de 10‑ en 20‑meterband. Hierbij zijn resonantie, bandbreedte en efficiëntie onderzocht met behulp van een VNA.

Een opvallende waarneming tijdens testen op 10 meter:

Twee radialen waren bewust iets verschillend afgestemd.
Eén radiaal was resonant rond 28,1 MHz, de andere rond 28,7 MHz.
Op de VNA waren twee duidelijke SWR‑dips zichtbaar.

Dit toont aan dat:

Elke radiaal zich gedraagt als een afzonderlijke resonante tak.
Meerdere, iets verschillend afgestemde radialen samen een bredere bruikbare bandbreedte opleveren.

Deze techniek staat bekend als stagger tuning en is bijzonder geschikt voor brede banden zoals de 10‑meterband (28–29,7 MHz).

Asymmetrie en bandbreedte

Waar vaak wordt gestreefd naar perfecte symmetrie, laten metingen zien dat lichte asymmetrie niet per definitie nadelig is. In sommige gevallen kan dit juist leiden tot:

Grotere bandbreedte
Minder scherpe resonantie
Praktischer inzet over een hele band

Dit sluit aan bij theoretische modellen en publicaties van N6LF en andere onderzoekers.

Mythe versus praktijk

Mythe: hoe meer radialen, hoe beter – altijd.

Praktijk:

Bij grondgemonteerde verticals geldt inderdaad: meer radialen betekent minder grondverlies en dus hogere efficiëntie.
Bij verhoogde systemen werken radialen fundamenteel anders. Ze zijn resonant en maken actief deel uit van het stralende systeem.
Met vier verhoogde radialen is de stroomverdeling in de praktijk al vrijwel optimaal.
Extra radialen leveren daarna nauwelijks meetbare winst op en kunnen de afstemming zelfs complexer maken.

Deze nuance verklaart waarom uitspraken over ‘te weinig radialen’ vaak context missen: het type opstelling is bepalend.

Wat zegt Rudy Severns (N6LF) en het ARRL Antenna Book?

Rudy Severns (N6LF), bekend van zijn bijdragen aan het ARRL Antenna Book, heeft uitgebreid geschreven over radiaalstromen en efficiëntie van verticale antennes. Samengevat uit zijn publicaties:

Verhoogde radialen functioneren als tegenpoolelementen, niet als verliesreductie zoals grondradialen.
Bij voldoende hoogte en goede symmetrie:
- 2 radialen werken
- 3 radialen presteren duidelijk beter
- 4 radialen benaderen het optimum
Meer radialen veranderen het stralingsdiagram en de veldsterkte nauwelijks.
Grondradialen daarentegen koppelen sterk aan de aarde en profiteren wél van grote aantallen om aardverliezen te beperken.

Deze conclusies sluiten nauw aan bij zowel NEC-modellen als praktijkmetingen.

Bouw van resonante radialen

Voor compacte en praktische opstellingen zijn verkorte radialen toegepast met behulp van spoelen. De radialen bestaan uit aluminium buis, voorzien van een spoel (oranje) om de elektrische lengte exact op ¼-golf te brengen. Na afstemming wordt de spoel mechanisch beschermd met krimpkous.

Deze constructie maakt het mogelijk om:

Radialen compact te houden
Exact af te stemmen per band
Mechanisch robuuste sets te bouwen

Conclusie

Vier verhoogde radialen zijn in veel situaties voldoende voor een efficiënt systeem.
Grondgemonteerde antennes profiteren vooral van veel radialen.
Asymmetrie kan, mits bewust toegepast, leiden tot grotere bandbreedte.
Meten, vergelijken en documenteren is essentieel – theorie alleen is niet genoeg.

Deze inzichten vormen de basis voor het lopende Zero‑G antenneproject van PD0G, waarin modulaire radiaalsets per band en praktische afstemming centraal staan.

Reacties, meetresultaten en aanvullingen van andere zendamateurs zijn van harte welkom.