Voor de meeste amateurradiostations is 50-ohmcoax de passende verbinding tussen zendontvanger en antenne. Hoeveel signaal onderweg verloren gaat, hangt vooral af van frequentie, kabellengte en constructie. Connectoren en buitenmontage bepalen mede de betrouwbaarheid. Een lage staandegolfverhouding, meestal SWR genoemd, bewijst niet dat veel zendvermogen de antenne bereikt.
Wat gebeurt er in een coaxkabel?
Een coaxkabel bestaat uit twee geleiders met dezelfde lengteas: een binnengeleider en een buitengeleider die daar rondomheen ligt. Tussen beide zit isolatiemateriaal, het diëlektricum. Dat kan bijvoorbeeld massief polyethyleen of kunststofschuim zijn. De buitengeleider bestaat uit metaalvlechtwerk, folie of een metalen buis; een kunststof buitenmantel beschermt de kabel tegen zijn omgeving.
Het radiosignaal bestaat uit een elektromagnetische golf die langs de kabel loopt. Bij de gewenste werking bevinden de elektrische en magnetische velden zich vrijwel geheel tussen de geleiders. De binnengeleider en de binnenzijde van de buitengeleider voeren daarbij tegengestelde stromen. Coax is daardoor langs een metalen mast te leggen zonder de sterke beïnvloeding die bij een open voedingslijn kan ontstaan.
Afscherming en demping beschrijven verschillende eigenschappen. Afscherming beperkt de uitwisseling van elektromagnetische energie tussen kabel en omgeving; demping geeft aan hoeveel signaal tijdens de overdracht verloren gaat. Een kabel kan weinig demping hebben en toch onvoldoende afschermen, bijvoorbeeld door een beschadigde buitengeleider. Andersom garandeert een dubbele afscherming niet dat ook het kabelverlies laag is.
Waarom gebruiken radioamateurs 50 ohm?
De aanduiding 50 ohm beschrijft de karakteristieke impedantie: de verhouding tussen spanning en stroom van één voortplantende golf. Het gaat dus niet om de weerstand die een multimeter tussen de kabeluiteinden meet. Bij een losse, intacte kabel hoort de binnengeleider van begin tot einde een lage gelijkstroomweerstand te hebben. Tussen binnengeleider en buitengeleider hoort juist geen geleidende verbinding te bestaan.
De afmetingen van de geleiders en het isolatiemateriaal bepalen samen deze impedantie. Een uniforme 50-ohmkabel behoudt zijn karakteristieke impedantie als hij langer wordt, binnen het frequentiegebied waarvoor hij is ontworpen. Meer meters betekenen wel meer demping en vertraging. Wordt de kabel geplet of scherp geknikt, dan verandert plaatselijk de geometrie en kan daar een ongewenste reflectie ontstaan.
Voor amateurradio is 50 ohm vooral een afspraak die apparatuur onderling laat samenwerken. Veel zendontvangers, filters, vermogensmeters en antenneaansluitingen zijn daarop ingericht. Het is geen natuurconstante en ook geen garantie voor de laagste demping. De antenne zelf moet bovendien een geschikte voedingsimpedantie hebben of via een aanpassingsnetwerk passend worden gemaakt.
Kan 75-ohmkabel ook worden gebruikt?
Coax van 75 ohm, bekend van televisie-installaties, is niet per definitie onbruikbaar voor amateurradio. Bij één overgang van 50 naar 75 ohm wordt vier procent van het invallende vermogen teruggekaatst; daarbij hoort een SWR van 1,5 : 1. Dat lijkt overzichtelijk, maar een stuk 75-ohmkabel tussen twee 50-ohmaansluitingen heeft twee overgangen. Hun gezamenlijke effect hangt af van frequentie en elektrische lengte.
Een halve elektrische golflengte verliesloze kabel herhaalt de aangesloten impedantie aan zijn ingang, terwijl een kwartgolflengte die impedantie transformeert. Met 75-ohmcoax zijn daardoor bruikbare aanpassingen en faselijnen te bouwen. Dat vraagt wel een berekening en een controlemeting. Voor een gewone antenneverbinding tussen 50-ohmcomponenten voorkomt kabel met dezelfde impedantie dit extra ontwerpwerk.
Demping: hoeveel vermogen blijft over?
Kabelverlies ontstaat voornamelijk in de metalen geleiders en het isolatiemateriaal. Door het skineffect loopt hoogfrequente stroom vooral dicht langs het metaaloppervlak. Naarmate de frequentie stijgt, wordt die stroomvoerende laag dunner en neemt de effectieve weerstand toe. Ook het diëlektricum zet een deel van de veldenergie om in warmte, zodat echte coaxkabels doorgaans meer verliezen bij hogere frequenties.
Fabrikanten geven demping meestal op in decibel per honderd meter, voor verschillende frequenties. Voor een uniforme, goed aangepaste kabel schaalt het verlies in decibel evenredig met de lengte. Twintig meter heeft dus een vijfde van het opgegeven verlies per honderd meter. Controleer de eenheid: een specificatie per honderd voet betreft ongeveer 30,5 meter en is niet rechtstreeks vergelijkbaar.
Een verlies van 1 dB laat ongeveer 79 procent van het ingangsvermogen over. Bij 3 dB blijft ongeveer de helft beschikbaar en bij 6 dB ongeveer een kwart. Het zijn vermogensverhoudingen, geen percentages die je rechtstreeks van het aantal decibels afleest. Honderd watt aan het begin van een aangepaste verbinding met 3 dB verlies levert dus ongeveer vijftig watt aan het einde.
Neem als rekenvoorbeeld een kabel die op 144 MHz 6 dB per honderd meter verliest. Over 25 meter bedraagt de demping 1,5 dB, zodat van honderd watt ongeveer 70,8 watt de aangesloten belasting bereikt. De overige 29,2 watt verdwijnt hoofdzakelijk als warmte. Verliezen in losse adapters en gevolgen van een niet-passende antenne zijn in deze berekening nog niet meegenomen.
Eerst een verliesbudget, dan een kabel
Een verliesbudget maakt de keuze concreet: hoeveel demping is voor deze verbinding aanvaardbaar? Stel dat hoogstens 1 dB kabelverlies over 25 meter wordt toegestaan. Dan mag de kabel op de gekozen frequentie maximaal 4 dB per honderd meter verliezen. Die grens van 1 dB is hier een ontwerpkeuze, geen algemene norm voor ieder amateurstation.
Reken met de volledige kabelroute, inclusief masthoogte, bochten, een druiplus en bewegingsruimte voor een draaibare antenne. Bij veertig meter route vraagt hetzelfde budget een kabel van maximaal 2,5 dB per honderd meter. Moeten schakelaars, connectoren en een overspanningsbegrenzer binnen diezelfde 1 dB blijven, dan moet de kabel nog minder verliezen. Een gunstige productnaam vervangt die optelsom niet.
SWR is geen rendementsmeter
Wanneer de antenne-impedantie niet overeenkomt met de karakteristieke impedantie van de kabel, loopt een deel van de golf terug. De heenlopende en teruglopende golf veroorzaken samen spanningsmaxima en spanningsminima. Hun verhouding wordt beschreven met de staandegolfverhouding, in het Engels standing wave ratio. SWR zegt daarmee iets over aanpassing, maar niet rechtstreeks over hoeveel vermogen uiteindelijk als radiogolf wordt uitgestraald.
Bij een SWR van 2 : 1 aan het voedingspunt wordt ongeveer 11 procent van het daar invallende vermogen gereflecteerd. Bij 3 : 1 is dat 25 procent. Die percentages zijn niet automatisch het totale vermogensverlies van het station. Teruglopende energie kan opnieuw worden gereflecteerd, terwijl de kabel en het aanpassingsnetwerk bij iedere passage energie in warmte omzetten.
Een lage SWR kan zelfs een defect verhullen. Een verliesrijke kabel dempt zowel de golf naar de antenne als de terugkerende reflectie, waardoor de meter bij de zender een gunstiger verhouding ziet. Ook een goed passende dummyload geeft een lage SWR, terwijl die juist bedoeld is om zendvermogen in warmte om te zetten. De meter beoordeelt geen antennerendement.
De plaats van de antennetuner
Een antennetuner past de impedantie aan die de zender te zien krijgt. Staat hij naast de radio, dan kan de SWR tussen radio en tuner laag worden, terwijl de coax naar de antenne sterk onaangepast blijft. Het extra verlies door die mismatch verdwijnt daarmee niet. Een rustige meter in de radiohoek vertelt dus niet het hele verhaal.
Bij plaatsing aan het antennevoedingspunt kan de tuner de lange coax wel met ongeveer 50 ohm afsluiten. Daardoor hoeft de voedingslijn niet onder dezelfde ongunstige aanpassingscondities te werken. De tuner heeft zelf nog steeds verliezen en grenzen aan spanning, stroom en afstembereik. Ook maakt hij een slecht stralende antenne niet vanzelf efficiënt: aanpassing en stralingsrendement blijven afzonderlijke eigenschappen.
Welke kabel past bij welke amateurband?
Kortegolf: verlies afwegen tegen gewicht en soepelheid
Voor een draagbaar kortegolfstation met slechts enkele meters voedingslijn kan een soepele kabel uit de RG-58-klasse voldoende zijn. Deze kabels zijn ongeveer vijf millimeter dik, maar de precieze uitvoering verschilt. Een permanente verbinding over grotere afstand of met hoger gemiddeld zendvermogen kan om een dikkere kabel vragen. RG-213, doorgaans ongeveer tien millimeter dik, is een voorbeeld van zo’n robuustere constructie.
De kabelnaam alleen is onvoldoende voor een besluit. Controleer demping op de gebruikte band, afscherming, materiaal, vermogensgrens en geschiktheid voor buitengebruik. Bij een niet-resonante multibandantenne kan lange coax met een hoge SWR veel verliezen. Een gebalanceerde open voedingslijn met een geschikt aanpassingsnetwerk kan dan gunstiger zijn, maar vraagt meer afstand tot metaal en een andere aanleg. (ARRL)
Twee meter en zeventig centimeter: elke meter telt
Op 144 MHz en vooral rond 430 MHz wordt kabeldemping doorgaans zwaarder meegewogen. Voor langere routes komen bijvoorbeeld schuimcoax van zeven tot elf millimeter of nog grotere voedingskabels in aanmerking. De uitvoering moet het verliesbudget aantoonbaar halen. Een korte dunne verbinding is niet hetzelfde probleem als tientallen meters van dezelfde kabel langs een mast en door een woning.
Routeverkorting kan direct helpen: tien meter minder kabel betekent tien meter minder demping. Bij nog hogere frequenties kan het zinvol zijn de zendontvanger of frequentieomzetter dichter bij de antenne te plaatsen. Dat verplaatst wel apparatuur naar een plek waar voeding, weerbescherming en onderhoud geregeld moeten worden. Een elektrisch voordeel kan dus een praktische complicatie opleveren.
Er bestaat geen universele kabelbandbreedte die simpelweg ophoudt zodra de demping 3 dB bereikt. Dat punt verschuift immers met de kabellengte. De bruikbaarheid hangt af van het toegestane verlies, reflecties, vermogensbelasting en het frequentiebereik van kabel en connectoren. Een losse dempingswaarde zonder bijbehorende lengte en frequentie vertelt daarom te weinig.
Ontvangst en zendvermogen vragen eigen controles
Bij ontvangst verzwakt de kabel het gewenste signaal en voegt hij thermische ruis toe. Onder standaardreferentieomstandigheden verslechtert 1 dB verlies vóór de ontvanger het systeemruisgetal met 1 dB; dat getal beschrijft de toegevoegde ruis. Vooral bij zwakke VHF- en UHF-signalen kan dat merkbaar zijn. Een ruisarme voorversterker bij de antenne versterkt het signaal voordat de lange kabel het verzwakt, maar moet sterke signalen aankunnen en tijdens zenden beschermd zijn.
Op kortegolf ligt de atmosferische en door menselijke apparatuur veroorzaakte ruis vaak boven de eigen ontvangerruis. Een beperkte kabeldemping kan dan minder invloed hebben op de hoorbare signaal-ruisverhouding dan bij ontvangst in een ruisarme omgeving. Dat maakt de kabel niet verliesvrij. Voor zenden blijft dezelfde demping gelden, ook wanneer het ontvangstverschil nauwelijks opvalt.
De vermogensgrens van een kabel hangt onder meer af van frequentie, omgevingstemperatuur, SWR en gemiddelde zendduur. Honderd watt piekvermogen bij enkelzijbandspraak, of SSB, belast de kabel thermisch anders dan honderd watt continue draaggolf. Een slechte connector kan bovendien plaatselijk warmer worden dan de rest van de lijn. Controleer daarom het volledige traject, niet alleen het vermogensgetal op de kabelspecificatie.
Kabellengte en verkortingsfactor
Een radiogolf beweegt in coax langzamer dan licht in vacuüm. De verhouding tussen beide snelheden heet de verkortingsfactor, vaak aangeduid als VF. Bij massief polyethyleen ligt die veelal rond 0,66; schuimconstructies hebben doorgaans een hogere waarde. Een signaal met een golflengte van één meter in vrije ruimte heeft in zo’n kabel een golflengte van ongeveer 66 centimeter.
Voor een kwartgolftransformator of faselijn is dat verschil bepalend. Een kwart golflengte op 145 MHz is in vrije ruimte ongeveer 51,7 centimeter en in kabel met VF 0,66 ongeveer 34,1 centimeter. Dit is een berekende uitgangswaarde, geen gegarandeerde eindmaat inclusief connectoren. Een nauwkeurig afgestemd stuk wordt na montage gemeten en zo nodig bijgesteld.
Een gewone, goed aangepaste antenneverbinding hoeft niet op een veelvoud van een halve golflengte te worden geknipt. Bij een niet-aangepaste antenne verandert de kabellengte wel de ingangsimpedantie die de zender ziet. De antennebelasting zelf wordt daarmee niet verbeterd. Voor de gewone voedingslijn zijn een korte, praktisch bruikbare route en goede montage nuttiger uitgangspunten dan een willekeurige kniplengte.
Connectoren en buitenmontage
Een connector moet niet alleen mechanisch passen, maar ook elektrisch aansluiten bij kabel, frequentie en vermogen. De bekende PL-259 met SO-239 wordt veel op kortegolf gebruikt, maar heeft geen overal constante karakteristieke impedantie. N-connectoren zijn ontworpen met een beter gecontroleerde coaxiale geometrie. Ook daarbij bepalen de uitvoering en montage of de verbinding de gewenste prestaties haalt.
Let op de impedantievariant: BNC en N bestaan zowel voor 50 als voor 75 ohm. Bij N mogen die uitvoeringen niet achteloos worden gekoppeld, omdat de contactafmetingen verschillen en beschadiging kan ontstaan. De gekozen kabelconnector moet ook passen bij binnengeleider, isolatiediameter en afschermconstructie. Alleen dezelfde buitendiameter hebben is daarvoor niet voldoende.
Vocht en mechanische belasting kunnen een aanvankelijk goede installatie aantasten. Een scherpe knik of strak aangetrokken kabelbinder kan het isolatiemateriaal vervormen, terwijl water via een slechte afdichting verder in de kabel kan trekken. Respecteer de minimale buigradius en gebruik geschikte trekontlasting. Een zwarte buitenmantel bewijst op zichzelf niet dat de kabel uv-bestendig of geschikt voor ingraven is.
Bij een draaibare antenne moet de kabellus alle bewegingen kunnen volgen zonder trekken, schuren of overmatig buigen. Buitenconnectoren vragen een afdichting die bij het betreffende systeem hoort. Een druiplus vóór de gebouwinvoer laat aflopend water onder het invoerpunt afdruipen. Zo blijft een elektrische verbinding ook na regen, wind en onderhoud zo veel mogelijk dezelfde verbinding.
Aarding en overspanningsbeveiliging
De antennekabel kan overspanningen het gebouw binnenbrengen. Afscherming, mast, overspanningsbeveiliging en de aardingsvoorzieningen van het gebouw moeten daarom als samenhangende installatie worden ontworpen. Een afzonderlijke aardpen zonder passende verbinding met de bestaande aardingsvoorziening kan gevaarlijke spanningsverschillen veroorzaken. Laat de uitvoering beoordelen door een deskundige; een losse coaxbegrenzer geeft geen garantie tegen schade door bliksem en maakt werken tijdens onweer niet veilig.
Als de coax zelf gaat meestralen
Over de buitenzijde van de buitengeleider kan een andere stroom lopen dan de normale retourstroom aan de binnenzijde. Deze mantelstroom maakt de voedingslijn onbedoeld onderdeel van de antenne. Dat kan optreden bij het voeden van een symmetrische antenne met coax, maar ook bij onvoldoende tegengewicht of koppeling met de omgeving. Mogelijke gevolgen zijn storing in apparatuur en een veranderd stralingspatroon.
Een goed gekozen stroomchoke kan die buitenstroom onderdrukken zonder de gewenste signaaloverdracht binnen de kabel te blokkeren. De werking hangt af van frequentie, constructie en belasting; zomaar wat coax oprollen is geen betrouwbare breedbandoplossing. Een lage SWR sluit mantelstroom bovendien niet uit. Een choke en de veiligheidsaarding hebben verschillende taken en vervangen elkaar niet.
Meten vóór en na de montage
Controleer een losse kabel eerst zonder aangesloten apparatuur of antenne. Een multimeter kan onderbrekingen en kortsluiting aantonen, maar bewijst niet dat de kabel op 430 MHz weinig verliest. Bij een aangesloten antenne kan een lage gelijkstroomweerstand overigens onderdeel van het ontwerp zijn. Trek daarom geen conclusie over een kabelkortsluiting zolang de andere onderdelen nog zijn aangesloten.
Een vectornetwerkanalysator kan reflectie en overdracht over een frequentiegebied meten. Met twee meetpoorten wordt de doorgifte, aangeduid als S21, gebruikt om het invoegverlies te bepalen. De kalibratie moet aansluiten bij de kabeluiteinden, zodat duidelijk is welke connectoren en adapters worden meegemeten. Voor het lokaliseren van een knik of slechte verbinding kan een tijddomeinmeting helpen, mits de verkortingsfactor juist is ingesteld.
Bewaar de meetresultaten van een nieuwe installatie. Een latere verandering na regen of mastwerk geeft dan een aanwijzing die een eenmalige SWR-meting niet biedt. Meten bij de antenne helpt bovendien om haar gedrag te onderscheiden van de invloed van de voedingslijn. Een vastgelegde uitgangsmeting maakt onderhoud minder afhankelijk van herinneringen aan hoe de meter vroeger ongeveer stond.
Conclusie
Een bruikbare coaxkeuze begint met frequentie, volledige routelengte en toegestaan verlies, en eindigt bij connectoren, montage en controlemetingen. Vijftig ohm maakt de aansluiting op gangbare amateurradioapparatuur voorspelbaar, maar zegt niets over de hoeveelheid demping. Het loont daarom om aanpassing en verlies afzonderlijk te beoordelen. Een kabel die op beide punten voldoet en mechanisch goed is aangelegd, geeft een betrouwbaarder resultaat dan een installatie die uitsluitend op een lage SWR is beoordeeld.
Bronnen en meer informatie
- Ellingson, Steven W. (2018). Electromagnetics, Volume 1. Blacksburg: VT Publishing. DOI 10.21061/electromagnetics-vol-1. ISBN 978-0-9979201-8-5.
- Ellingson, Steven W. (2020). Electromagnetics, Volume 2. Blacksburg: Virginia Tech Publishing. DOI 10.21061/electromagnetics-vol-2. ISBN 978-1-949373-91-2.
- American Radio Relay League (2023). The ARRL Antenna Book for Radio Communications. 25e editie. Newington: ARRL. ISBN 978-1-62595-176-2.
- Walraven, Darrin (2006). Understanding SWR by Example. QST, november. Newington: American Radio Relay League. ISSN 0033-4812.
- Friis, Harald T. (1944). Noise Figures of Radio Receivers. Proceedings of the IRE, 32(7), 419–422. Institute of Radio Engineers. DOI 10.1109/JRPROC.1944.232049.
- Constantin, Andreea; Tamas, Razvan D. (2020). Evaluation and Impact Reduction of Common Mode Currents on Antenna Feeders in Radiation Measurements. Sensors, 20(14), 3893. MDPI. DOI 10.3390/s20143893.
- Silver, H. Ward (2021). Grounding and Bonding for the Radio Amateur. Tweede editie. Newington: American Radio Relay League. ISBN 978-1-62595-149-6.
- International Electrotechnical Commission (2006). IEC 61169-16:2006. Radio-frequency connectors. Part 16: Sectional specification. RF coaxial connectors with inner diameter of outer conductor 7 mm (0,276 in) with screw coupling. Characteristics impedance 50 ohms (75 ohms) (type N). Genève: IEC. ISBN 978-2-8322-3782-3.
- International Electrotechnical Commission (2024). IEC 61196-1-113:2024. Coaxial communication cables. Part 1-113: Electrical test methods. Test for attenuation constant. Genève: IEC. ISBN 978-2-8322-9739-1.
- International Electrotechnical Commission (2024). IEC 62305-4:2024. Protection against lightning. Part 4: Electrical and electronic systems within structures. Genève: IEC. ISBN 978-2-8322-7933-5.
- Jargon, Jeffrey A., en anderen (2023). Physical Models and Dimensional Traceability of 2.4 mm Coaxial Airline Standards for Determining Systematic Uncertainties of Calibrated Scattering-Parameters. NIST Technical Note 2255. Boulder: National Institute of Standards and Technology. DOI 10.6028/NIST.TN.2255.
