Magnetna Loop antena

Magnetna Loop antena (Loop - zanka) ima proti ostalim "normalnim" antenam dosti prednosti. Magnetne antene so se dolga leta uporabljale samo v vojaški radiotehniki. Spadajo med antene z zanko in se za oddajne svrhe uporabljajo od približno leta 1957.
Na internetu je najti dosti opisov oddajnih in sprejemnih Loop anten za različna območja.

Aktivna antena za DRM ⁽¹⁾

Shema aktivne Loop antene

Vedno nimamo možnosti postaviti zunanjo anteno zaradi njene velikosti ali kakšnih drugih razlogov. Rešitev je mala antena z dvostopenskim ojačevalnikom. Tu predstavljena antena je sestavljena iz oklopljene zanke z dodatno teleskopsko anteno. Premer zanke ni večji kot 30 cm. Oklop je na zgornjem delu prekinjen. Navadna raztegljiva teleskopska antena dolžine cca 75 cm dopolnjuje karakteristiko antene. Oklopljena magnetna zanka je zelo neobčutljiva na električne motnje v bližini, medtem ko električna (teleskopska) antena daje po potrebi večjo napetost signala. Zanka ima usmerjeno karakteristiko z dvema vrhoma po dolžini zanke. Torej lahko z obračanjem antene poiščemo smer, kjer je najmanj motenj in največji signal. Teleskopska antena ima krožno karakteristiko brez vsake usmerjenosti. Če je uporabljena skupaj z zanko, se oba signala seštevata. Zaradi faznega pomika med električnim in magnetnim poljem se oba seštevata in dobimo en sam maksimum. Za dober minimum v drugi smeri moramo dolžino električne antene nastaviti na potrebno dolžino, tako da sta obe napetosti enaki. Najboljša usmerjenost je dosežena pri dolžini teleskopske anntene cca 40 cm, kar moramo ugotoviti eksperimentalno.
Vezje ni kritično za izdelavo. Za povezavo s sprejemnikom služi štiri žilni ploščat kabel, ki obenem napaja ojačevalnik s 5V napetostjo. Razpored žic je: masa, antena (signal), masa, napajanje. Torej signalni vod je med dvema masama in ima približno 100 Ohmov impedance. Tako se izognemo uporabi koaksialnega kabla, vendar ne smemo pretiravati z dolžino ploščatega kabla.
Antena daje v primerjavi z dolgo žično anteno zelo male napetosti signala. To pomanjkljivost odpravimo z dvostopenjskim ojačevalnikom. Meja smiselnega ojačanja je dosežena ko se pojavi razločen šum prvega tranzistorja. V tem ojačevalniku to še ni doseženo, kljub mali anteni so atmosferski šumi nad šumom prvega tranzistorja. Druga meja ojačanja obstaja pri mogočem prekrmiljenju. Pri treh stopnjah ojačevalnika se pojavi močno prekrmiljenje zadnjega tranzistorja. To opazimo tako, da ne obstoja praktično nobena prosta frekvenca na celotnem obsegu. Dve stopnji ojačanja sta dovolj pri tej anteni.
Obe stopnji uporabljata povratno vezavo za nastavitev delovne točke in za zmanjšanje popačenja. Vhodna stopnja je nastavljena na višjo ohmsko upornost, medtem ko ima izhodna stopnja 150 Ohmov kolektorski upor zaradi večjega izkrmiljenja.
Aktivna antena kaže približno iste rezultate kot 10 m dolga zunanja antena. V določenih primerih je zaradi njene usmerjenosti celo boljša od zunanje žične antene. Za srednje valove moramo napraviti zanko z več ovoji in večjim premerom. Če v kakšnem iskalniku poiščemo pod: "magnet loop antenna", bomo našli dosti primerov gradnje te antene za vsa mogoča območja in področja uporabe.
Tranzistorji uporabljeni v obeh stopnjah niso kritični. Lahko uporabimo tudi malošumne NF tranzistorje BC548, ker današnji NF tranzistorji delajo nekje do 100 MHz in še višje.

Dimenzije tranzistorja

Jaz sem uporabil tranzistorje BFR96 zato, ker jih je najlažje montirati v QaD tehniki. Izdelan ojačevalnik je na spodnji sliki.

"Quick and Dirty" izdelan VF ojačevalnik

Ploščica bi bila lahko manjša kot je (cca 45 X 65 mm), vendar velikost ni pomembna, saj je v ohišju pod anteno dovolj prostora.

Ploščica velikosti 42 X 22 mm, kjer je možnost uporabe raličnih tranzistorjrev (BFR96, BF199, BF494....).

Mini-Whip antena ⁽²⁾

Pogled iz obeh strani


Antena se dobro obnese na vseh frekvencah kratkega vala. Je mala, odporna na veter in komaj opazna na strehi.

Prenosna antena z ojačevalnikom ⁽³⁾

Prihaja čas dopustov in potrebna mi je priročna prenosna antena za na pot. Imam sprejemnik kitajske proizvodnje TECSUN PL-390, ki se za takšne prilike zelo dobro obnese. Je majhen in ima vgrajene akumulatorje.

Frekvenčna področja:
FM: 87.00 - 108.00 MHz
KV: 2300KHz - 21950KHz
SV: 522 - 1620kHz
DV: 153KHz - 513KHz
Sprejemnik ima zelo visoko vhodno občutljivost:
FM < 3µV
KV < 20µV
SV < 1mv/m
DV < 10mv/m
pet širin AM filtra (6, 4, 3, 2, 1 kHz)
Ima velik LCD Display
vgrajena dva zvočnika
funkcijo budilke
Sleep-Timmer od 1do 120 minut
priključek za zunanjo FM & AM anteno
Line In vtičnico
vtičnico za slušalke
DC 5V USB priključek za polnjenje akumulatorjev
550 spominskih mest za postaje
LCD ekran prikazuje: frekvenco, S/N vrednost, jakost signala, temperaturo, čas in stanje baterij
ima sedem možnosti izbire postaj: Easy Tuning Mode (ETM), Auto Scan za vsa področja, avtomatsko prednastavitev rasterja frekvenc, Jog dial ročna nastavitev postaj, ročna nastavitev rasterja frekvenc, možnost direktne nastavitve frekvenc v spomin, avtomatsko shranjevanje v spomin
pogon na tri AA baterije ali Ni-MH akumulatorje
velikost 18 x 8 x 2,5 cm (Š x V x G) teža z akumulatorji 360 g

V reviji ELEKTOR je bil objavljen članek o aktivni anteni uporabni ravno za tak primer. Željeno bi bilo narediti čudežno anteno: majhna, kompaktna in dosti boljša od svojih velikih različic. Na žalost takšna čudežna antena ne obstaja in se moramo zadovoljiti s kompromisi. To ni niti tako hudo, če smo z rezultati zadovoljni in odgovarjajo našim kriterijem. Od vseh znanih različic je najbolj kompaktna in najlažja za ravnanje kratka antenska palica. Če je ta palica teleskopska, se jo da sestaviti in je sestavljena dolga le kakih 10 cm. Kompaktnejše ne gre, vendar ima ta kompaktnost dosti slabosti. Takšna 50 cm dolga teleskopska antena je dosti krajša od četrtine valovne dolžine (n. pr. za 49m band (5900–6200 kHz) je to celih 12 metrov) in je njena sevalna upornost dosti višja in zato je prilagoditev na nizko vhodno impedanco sprejemnika problematična. Če priključimo takšno anteno na antenski vhod sprejemnika, bo zaradi neprilagojenosti ostalo zelo malo že tako slabega VF signala dobljenega iz etra. Druga pomanjkljivost je da 50cm dolga antena prestreže znatno manj signala, kot fizično večja antena. Ta dva problema kličeta po možnosti elektronskega podaljšanja antene, ki bi imel vsaj naslednje značilnosti: visoka vhodna upornost, nizka izhodna upornost in razmeroma visoko ojačanje. Ker znajo biti na kratkovalovnem območju tudi zelo močni signali, mora biti tudi aktivna antena neobčutljiva na takšne signale. In na kraju, če mora delati na celotnem KV območju, mora biti tudi zelo širokopasovna.

Shema elektronskega dela aktivne antene Čeprav ti podani pogoji niso preveč lahki, se jih da rešiti sorazmerno enostavno. Pogled na shemo nam pokaže da je uporabljenih le malo elementov, par uporov, kondenzatorjev in dva FET-a. Uporaba FET-ov prepreči da bi zaradi nelinearnosti ojačevalnika prišlo do prevelikih intermodulacijskih produktov, sploh če so v režimu z velikim tokom Draina. S tem se linearnost še poveča.
Iz sheme vidimo da je zelo kratka antena (50cm) priključena preko C1 (10pF) na G1 dual-gate-MOSFET-a T1 (BF961). Zaradi zelo visoke vhodne impedance in nizke vhodne kapacitivnosti ta tranzistor komaj kaj obremenjuje anteno. Razen tega ta do zelo visokih frekvenc uporaben tranzistor poskrbi tudi za potrebno ojačanje. Ker veliko ojačanje bolj škodi kakor koristi, je v tem vezju omejeno na 5 do 10 dB. Če je potrebno ali željeno večje ojačanje zmanjšamo upor R2 in s tem povečamo napetost na G2, vendar obstaja velika možnost intermodulacije in prekrmiljenja. Z napetostjo na G2 moramo najti kompromis med ojačanjem in stabilnim delovanjem. Ko je T1 prilagodil anteno in ojačal signal, ostane še samo problem s prilagoditvijo na 50 ohmski vhod sprejemnika. To vlogo ima VHF-JFET T2, ki je nastavljen za velik tok skozi Drain. Preko C4 in izhodne vtičnice speljemo s pomočjo 50 ohmskega koaksialnega kabla na antensko vhod sprejemnika.

Tiskanina za anteno, pogled iz obeh strani

Še delam

Loop antena narejena s 3D tiskalnikom

Zgornja antena se sicer zelo dobro obnese, vendar nima možnosti selekcije signala po smeri oddajnika. Zaradi dobrih izkušenj z Loop anteno, ki sem jo uporabil v reakcijskem sprejemniku, sem se odločil narediti samo anteno brez sprejemnika za SV in KV območje.

clip_image002.jpg (37477 bytes)

Kar hitro je bila ideja narisana v Sketchup-u.

clip_image004.jpg (14395 bytes)

Sledilo je tiskanje vseh delov s 3D tiskalnikom. Rezultati so na spodnji sliki. Večji plastični obroč je pokrov 10mm kanala za elektro instalacije, ki je samo zvit v krog in prilepljen na nosilec.

clip_image004.jpg (14395 bytes)

Zunanji obroč ima premer 30cm, na njega sem navil 18 navojev pletenice 45 X 0,04mm Cul/S. Na 5 navoju je odcep. Cela ta tuljava z 18 navoji služi za sprejem srednjih valov (cca 500 - 1800kHz) medtem, ko služi odcep za spodnji del kratkega vala.(cca1,8 - 6,5MHz). Na manjši obroč premera 10cm sem navil dva navoja iste žice, ki služi za zgornji del kratkega vala (cca7 - 26MHz). Na manjšem obroču je še 1 navoj, ki služi za povezavo s koaksialnim kablom na sprejemnik.

Vse tri tuljave se uglšujejo z varikap diodo BB510 po zgornji shemi. Potrošnja tega vezja je minimalna tako, da napajanje z 12V (23A) baterijo zdrži zelo dolgo. BB510 lahko zamenjamo tudi z BB112 ali 1SV149. Baterija, potenciometer, preklopnik in stikalo so vsi postavljeni v škatlico, ki služi za podnožje cele antene.

Loop antenna for reception of medium and short waves. The antenna is tuned by varicap diode BB510. Instead it can be used BB112 1SV149 or similar varicap diode with High capacitance.
The entire frequency band is divided into three parts: 500 - 1800 kHz, 1800kHz - 7MHz, 6,8MHZ - 28MHz.The coils are wound with 45 X 0,04 Cu/S litz. With this litz is reached a bigt Q factor and good selectivity and directivity, so we can turn it in to the direction of a weaker signal for better reception of this and elemination of annoying stronger signal.
The larger ring is made of a cover of a 10mm wide cable channel and here is wound18 turns with tap at 5. On a smaller ring is a 2 turns coil + 1 turn as link to receiver.

Alle Teile sind mit dem 3D-Drucker gedruckt, mit der Ausnahme des Rings, der ist Kabelkanaldeckel dem aus Elektroladen. Der Außenring hat einen Durchmesser von 30 cm während der kleine innere 10 cm hat. Auf dem äußeren Kreis wickelte Ich 18 Wicklungen mit Litze 45 x 0,04mm Lack-Seide, Anzapfung bei der 5. Windung. Dies ist die Spule für den MW-Bereich (ca. 500 kHz - 1800k Hz), während die Anzapfung den unteren KW-Bereich (ca. 1,8 MHz - 6,5 MHz) bringt. Auf dem kleinen Ring sind 2 Windungen für den oberen KW-Bereich (ca. 6,5 MHz - 28 MHz) und 1 Windung getrennt als Kopplung zum Empfänger. Für die Abstimmung verwende Ich eine Kapazitätsdiode BB510 (SMD). Man kann auch eine ähnliche (fast gleiche) BB112 oder 1SV149 einsetzen.

Še slika antene priključene na sprejemnik Tecsun PL-390 v polnem sijaju.

antena1el.gif (57616 bytes)

Za to anteno sem prejel drugo nagrado na razpisu nemške firme AK-MODUL BUS za izgradnjo Loop anten. Objavljena je tukaj.

⁽¹⁾ B. Kainka

⁽²⁾PA0RDT Miniwhip antenna

⁽³⁾Elektor 4/2000