a homebrew hf quad antenna for 14 mhz - vvarc.net

A  Homebrew  HF  Quad  Antenna  for  14MHz  

By  Dave,  M0TAZ  –  dave@m0taz.co.uk  

  1  

The  objective  was  to  build  a  simple  2  element  quad  that  I  could  use  portable  or  on  contests  away  from  home.  The  antenna  needed  to  be  portable,  cheap,  light  and  easy  to  construct  on  the  day  of  use.  I  needed  to  be  able  to  pack  the  antenna  down  and  transport  to  site  by  car.  

Firstly  lets  deal  with  the  questions  why  a  quad,  this  is  simply  down  to  dimensions  and  performance.    I  have  used  a  Quad  antenna  on  144  MHz  in  the  past,  and  always  been  very  happy  with  the  gain  v  boom  length.  They  may  be  a  little  more  complicated  to  construct,  but  the  performance  has  always  compensated.    I  also  noticed  that  Quad  antennas  seem  to  have  fallen  out  of  fashion,  with  very  few  commercial  built  antennas  available  today.  

The  basic  calculations  I  had  made  suggested  the  spreader  arms  needed  to  be  at  least  4m  long.  To  meet  my  portable  objectives  the  quad  needed  to  fold  down  when  not  in  use,  so  I  decided  to  use  lightweight  4m  fishing  poles  as  the  spreaders.  A  quick  look  on  an  Internet  auction  site  soon  secured  8  x  roach  poles  from  a  fishing  supplier.  

Once  I  received  the  roach  poles  I  ordered  some  exhaust  clamps  that  would  fit  over  the  base  of  the  roach  pole,  and  mount  these  to  the  Perspex  plate.  In  my  case  25mm  Exhaust  clamps  was  ideal,  and  I  needed  2  for  each  pole  (16  clamps  in  total)  

The  roach  poles  needed  to  connect  to  a  plate,  and  for  my  proof  of  concept  I  decided  to  use  a  Perspex  plate,  4mm  thick  300mm  x  210mm  was  readily  available  online.    I  also  looked  at  various  brackets;  I  wanted  something  that  would  connect  the  boom  to  the  Perspex  plate.  

Once  again  the  Internet  offered  various  brackets,  I  decided  to  use  a  TV  Aerial  Pole  bracket.  

These  could  be  purchased,  and  with  a  little  modification  I  was  happy  these  could  be  pressed  into  service.  

Stage  one  was  to  find  a  nice  open  space  to  test  the  basic  construction.  I  drilled  out  the  Perspex  sheet  which  was  not  without  its  problems,  as  Perspex  is  rather  brittle  and  one  of  the  sheets  fractured  towards  the  end  of  the  drilling.  I  had  ordered  spare  sheets,  and  I  found  various  methods  helped,  such  as  a  pilot  hole  followed  by  the  correct  size  drill.  I  also  noted  you  can  purchase  drills  specifically  for  drilling  plastic,  but  as  this  was  not  something  I  tried.  

A  Homebrew  HF  Quad  Antenna  for  14MHz  

By  Dave,  M0TAZ  –  dave@m0taz.co.uk  

  2  

Perspex  drilled  and  centre  brackets  mounted  -­‐        Roach  poles  mounted  

Roach  poles  retracted  -­‐                                                            Fully  extended  with  antenna  wire.  

I  calculated  that  the  reflector  would  be  3.97m  per  pole,  and  the  driven  element  would  be  3.77m.  The  antenna  wire  (standard  bell  /  speaker  wire)  would  then  simply  form  a  square  around  the  roach  pole,  with  its  size  dictated  by  the  square  formed  by  the  poles.  The  calcualtions  suggested  with  would  need  22.5m  of  wire  of  the  reflector  and  21.3m  for  the  driven  element.  The  boom  length  would  be  around  3.4  meters.  

In  the  first  instance,  I  used  simple  swaged  poles  to  test  the  construction.  The  antenna  was  fed  with  50  Ohm  coax  for  the  test,  and  this  provided  a  close  match  to  14.2  Mhz.  I  read  the  boom  length  can  be  much  longer,  sometimes  4.5  meters  but  this  was  not  an  option  for  my  car  friendly  version.  

The  basic  antenna  construction  worked,  for  testing  the  antenna  was  little  more  than  5  metes  above  the  ground.  The  antenna  had  some  gain,  and  when  orientated  to  the  side  of  a  station  in  most  instances  they  would  disappear  into  the  noise.  The  gain  on  the  back  was  less  than  the  gain  on  the  front,  so  at  this  stage  I  was  happy  to  call  the  proof  of  concept  a  success.  

A  Homebrew  HF  Quad  Antenna  for  14MHz  

By  Dave,  M0TAZ  –  dave@m0taz.co.uk  

  3  

Stage  2  was  finding  some  more  robust  centre  plates  and  boom  that  could  still  meet  the  portable  objectives.  I  decided  to  use  Aluminium  plate  5mm  210  x  210  mm  and  a  boom  that  was  Aluminium  round  tube  25mm  10  SWG  x  5  meters.  

I  could  then  re-­‐use  all  the  previous  brackets  and  clamps  to  form  a  more  robust  solution.  

Centre  plate  with  boom  mounted                                              -­‐                                        Centre  plate  with  roach  poles  mounted  

Having  re-­‐assembled  with  the  new  centre  plates  the  quad  is  much  more  rigid,  although  I  think  alternative  poles  may  be  required  for  a  semi-­‐permanent  installation.  The  roach  poles  are  built  for  a  price,  and  I  would  expect  degrade  with  exposure  to  UV  for  any  prolonged  time.    

Antenna  testing  

A  Homebrew  HF  Quad  Antenna  for  14MHz  

By  Dave,  M0TAZ  –  dave@m0taz.co.uk  

  4  

Antenna  feed:  The  coax  feeds  the  driven  element  in  the  centre  bottom  of  the  loop,  and  this  needs  some  strain  relief.  This  can  be  achieved  by  dropping  a  length  of  fishing  wire  from  the  boom  to  the  coax  connection  join,  and  transferring  any  weight  onto  the  boom.  

I  noticed  my  match  was  close  to  50  Ohms,  but  much  will  depend  on  your  boom  length  and  wire  dimensions.    The  antenna  also  provided  a  handy  match  on  28  MHz,  not  sure  how  efficient  but  I  did  manage  to  work  a  W6  and  W7  west  coast!  

Limited  testing  showed  it  out  preformed  another  hams  3e  beam  and  on  side  by  side  testing,  the  S/N  ratio  was  noticeably  better  on  the  Quad.        

Inventory  and  cost  

£40  –  8x  4m  roach  poles  

£8  –    2x  plate  5mm  210x  210  mm  

£15  –  2x  centre  boom  support  brackets  

£6    -­‐  25mm  Exhaust  clamps  

£16  –  25mm  10  SWG  tube  5  meters  

£12  –  100m  speaker  wire.  

Total  cost  £97.