SGC SG-230, SG-235, SG-230PRO, SG-231 Reference

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S M A R T U N E R S®

f o r

S t e a l t h A n t e n n a s

SG-230	SG-230PRO	SG-235

SG-231

“No Compromise Communications”

Smartuners for Stealth Antennas

“N o Compromis e Communications”

SGC Inc. SGC Building, 13737 S.E. 26th St. Bellevue, WA. 98005 USA

P.O.Box 3526, 98009 Fax: 425-746-6384 or 746-7173 Tel: 425- 746-6310 or 1-800-259 7331 E-mail: SGCMKTG@aol.com Web site: http://www.sgcworld.com

Table of Contents

Introduction

Chapter 1 Tuner, Coupler, What is the Difference? 2

Chapter 2 Why an Antenna Coupler?	4
Chapter 3 Basic Antenna Theory	6
Long Antenna
Short Antenna
Antenna Radiation Patterns
Antenna Height and Radiation Angle
Chapter 4 Antenna Types - Theory	10
Vertical
End Fed Wire, or Marconi
Inverted L
Center Fed
Loop
Chapter 5 Practical Installations	14
Ground Systems
Flag Pole Vertical
Tree Mounted Verticle
Invisible L
Where is the Loop?
Center Fed Stealth Antenna
Tree Supported Delta Loop
Chapter 6 Indoor Antennas	22
Indoor Loops
Apartment Loop
Portable Loaded Loop
Attic Antennas
Chapter 7 Construction Techniques	25
Wire Antennas
Weather mounting the SGC Smartuners
Chapter 8 Conclusion	27
Glossary	28

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I n t r o d u c t i o n

Using the SGC Smartuners® in Antenna Restricted Locations

The purpose of this book is to assist those who must operate a High Frequency radio station from an antenna restricted environment. You will find that it is not necessary to install large obtrusive antenna systems to have effective HF communications. Of course the information contained here can be applied to non restricted environments as well. Even if you are not an experienced radio operator, you will find plenty of information to install an effective HF antenna system in any location or environment.

If you already have a working knowledge of HF antenna systems, we hope that this information will spark your interest in experimenting with different designs to optimize the performance of your installation. Using the SGC Smartuners® removes most of the tedious impedance matching circuit design and construction from your antenna experiments, and allows you to spend your time more effectively in trying different ideas and getting signal measurements and reports.

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C h a p t e r 1

Tuner, Coupler, What is the Difference?

Antenna couplers are placed at the antenna, and precisely match conditions of the antenna to the feed line. Antenna tuners are generally located at the transmitter output, at the radio end of the coaxial feed line. A tuner placed at the transmitter, fools a transmitter into working correctly. A coupler installed at the antenna feed point eliminates the most serious cause of feed line losses by providing a proper match of the antenna to the feed line. The Smartuner® is a true antenna coupler.

*typical antenna tuners do not have the wide impedance matching range that the SGC couplers offer.

The SGC Smartuner® series of automatic antenna couplers eliminates these challenges, and allows a single antenna to operate efficiently at any frequency in the HF and even VHF to 60 MHz. bands. Tuning is completely automatic, and very fast. The weather proof design allows mounting the Smartuner® at the antenna feed point, so the feed line (coax cable) always has a low SWR, and low loss.

Smartuner® Family

SG-230

SG-230PRO

SG-235

SG-231

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The SGC Smartuners® are general purpose antenna couplers which can be operated with any HF radio and almost any type of antenna configuration. The coupler network consists of a π (pi) or L type. It automatically selects appropriate algorithms that have been determined from the internal coupler measurements. It reads, and feeds this information back to the microprocessor. The initial (first time) tuning may take one to several seconds depending on the complexity of the tuning process for the particular antenna. After tuning the first time for a specific frequency and antenna, this information is entered in the non-volatile computer memory which will store up to 500 tuning solutions. When the same conditions are encountered again, re-tuning is accomplished within 10 milliseconds by recalling the information from the memory. Special software has been designed by SGC to allow accurate and fine tuning of the coupler.

	SGC Smartuner
	(side view)
		Ground bolt	To transmitter
Wire antenna		9 feet (2.8 meters)		PL – 259
				PL – 259
				Black—ground
Antenna output

	Large ground (counterpoise) system			Red + 12VDC
porcelain	or ground rods
connectors				Red/White—
				Red/White—
Diagram of Smartuner Installation				Smartlock

control line (optional)

Black/White— remote tuned indicator

The matching range of the Smartuner® is much greater than the conventional manual tuner, and offers much greater flexibility. Yes, it can probably tune up the proverbial “wet string” (make sure that you use salt in the water)! *most other couplers on the market do not have this tune from memory feature, and must retune each time that the frequency is changed.

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C h a p t e r 2

Why an antenna coupler?

The antennas outlined in this book are fed with an SGC Smartuner® . This offers many advantages over conventional antenna feed methods. Virtually all modern transmitters are designed to operate into a 50 ohm load. If the antenna presents some other value, the transmitter will not be able to deliver full power to the antenna, and may even shut down completely or be damaged by an improper load.

Some antennas by design, will offer close to the desired 50 Ohm load on the design frequency. The common dipole is a good example. The feed point impedance of the perfect dipole in free space is about 72 Ohms, and in a real installation may be closer to 50 Ohms. Such an antenna can be operated very efficiently without a tuner, and fed with coax cable, but only on the band for which it is designed.

Resonant Dipole

1/2 wavelength on operating frequency


insulator				insulator

50 ohm cable

One solution to this challenge is to provide one antenna for each band of operation. This might be a good solution if you only work on one or two bands, but is very difficult or impossible to do from many restricted locations. Some specially designed antennas such as trapped antennas can operate on more than one band, and offer some solution to the frequency agility problem. The downside is that traps are often inefficient, and you are stuck with the design length and installation restrictions of the particular antenna.

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insulator				insulator

50 ohm cable

Cat Whisker Antenna

Four dipole antennas fed with a single feed line provides

four band coverage but is not well suited to restricted environments.

It is possible to extend the coverage of a dipole or other type of antenna by installing a conventional manual tuner in the feed line, but efficiency falls off rapidly as the SWR on the feed line increases. This type of installation may allow for effective operation across one band, and even good operation on the third harmonic, but will provide poor results at some other frequencies. This is not to say that the tuner cannot provide a 50 Ohm load to the transmitter; it probably will; the trouble is that the feed line will be operating at a very high SWR, and system loss will be unacceptable.

An antenna such as a dipole can be fed with open wire or ladder line similar to the familiar 300 Ohm TV antenna lead in wire with good efficiency, as the feed line loss is less at high SWR. Still, you must manually tune the system each time that you change bands. This type of feed line must be routed away from conductive objects, and cannot be buried.

							4 Bands with 1 antenna
				15	M		Does not allow full band coverage on 80 M
	M		&	15		M	Does not allow full band coverage on 80 M
80	M	40	&		10	M
80		40			10

Traps

50 ohm

Coax

Trap Antenna

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C h a p t e r 3

Basic Antenna Theory and Facts.

It is the job of the antenna to radiate the electrical energy from your transmitter as electromagnetic radio wave. It is important to remember that even the best antenna coupler cannot perform well without a good antenna. It is the job of the Smartuner® to match the antenna to the transmitter. It is the job of the antenna to radiate the energy.

Almost any conductive object can be made to radiate some electromagnetic energy, some will do so far more effectively than others. While it is true that the SGC Smartuner® will match the load of an 8 ft. antenna to your transmitter at 1.8 MHz., the efficiency of the antenna will be very poor. How poor? Consider this example:

Long Antenna

Frequency = 1.8 MHz. Antenna: Dipole, Length: 240 ft. efficiency: nearly 100% effective radiated power with 100 watt transmitter: 90 watts. This means that all but about 10 watts from the transmitter is being radiated by the antenna. Now take a look at what happens with a very short antenna.

Short Antenna

Frequency = 1.8 MHz. Antenna: Steel whip Length 8 ft. Efficiency: about 2% Effective radiated power with 100 watt transmitter: About 2 watts!

As you can see, there is more to the antenna question than just getting the antenna ‘tuned’. Very short antennas will not work efficiently on the lower bands. Of course this is an extreme and somewhat simplified example, and electrically short antennas can provide useful radiation. Just keep in mind as you select the antenna for your location, that it is usually best to use the largest radiator that your installation will accommodate.

Antenna Radiation Patterns:

Along with efficient operation of an antenna, it is also a good practice to design for the desired radiation pattern.

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This is a complex subject when working with frequency agile antenna systems, as the characteristics of a given antenna are dependent on its frequency of operation.

For example:

The classic dipole antenna is said to have strongest radiation broadside to the wire, and a slight null off the ends. This is true only when the following conditions are met.

maximum radiation

dipole	minimum radiation

Dipole Radiation Pattern Antenna
The antenna is 1/2 wavelength above ground. For example, a dipole
for the forty meter band would require a height of 20 meters.
Antennas closer to the ground will tend to be more omni directional.
The antenna is operated on the design frequency. The antennas that we will be
discussing will be for operation across the HF spectrum. The radiation pattern
will be different on each frequency!
The antenna is in the clear, without obstruction from nearby conductive
objects. Most antennas that are installed in a restrictive environment will be
affected by nearby house wiring, power lines, and other objects. This will dis-
tort the natural radiation pattern of a given antenna.	7
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Very long wires will exhibit a different radiation pattern. Wires that are more than a few wavelengths long will exhibit some directivity near the end of the wire. This can be true even if the wire is close to earth.

An example of this situation would be a 200 ft. wire operating on the 10 meter band. This antenna would be fairly directive off the ends of the wire, and would have a null off the sides. This could be a real advantage if it is considered in the design and orientation of the antenna.

Very Long Antenna

200' wire

SMARTUNER	maximum radiation

		The end result of the above factors is that radiation patterns for your antenna
		may be predicted only in a general way, and will be different on each band.
		It is possible to design your antenna for a desired radiation pattern on a partic-
		ular band, or perhaps even 2 bands if you like. Additional information is avail-
		able in the ARRL Antenna Handbook. There are also antenna modeling pro-
		grams available for your PC that will allow you to analyze different antenna
		types. However, antennas described in this book will offer effective communi-
		cations in almost all situations. You should keep in mind that it may be better
		to design for highest efficiency than for any specific radiation pattern.
		Antenna Height and Radiation Angle
		Antenna height above ground has a lot to do with the way an antenna will per-
		form. It may or may not be worth extra time and effort to get the antenna high
		above the ground. This depends upon the coverage that you need.
		If you are interested in working stations out to about 500 miles on the 40 and
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