Metingen en experimenten met een zelf gebouwde magnetic loop antenne.
PA2ION (augustus 2005)

Experimentele opzet

• Eis afmeting: loopantenne die op het dak van een personenauto te vervoeren is. Keuze loopdiameter: 1.54m.
• Testen uitvoeren op de frequentiebanden (14) – 7 – 3.5 MHz.
• Verliezen laag houden door gebruik van koperbuis met grotere diameter, een beperkte wanddikte vanwege buigmogelijkheden.
• Antenneconstructie omgeven met zo min mogelijk metaal delen, b.v.k. dus hout en kunststof.
• Testen met laag vermogen zodat geen hoge eisen aan de condensator worden gesteld en vonkoverslag optreedt.
  
• Resultaten loop op de 40m band vergelijken met een dipool op 7 meter hoogte.
  
  

Samenvatting uitvoering

Tijdens vakantie in augustus 2005 zijn met een net gereed gekomen loopantenne van 1.54m diameter testen uitgevoerd op een stahoogte van slechts 1 meter. Dit geschiedde met maximaal 9 watt zenderoutput omdat niet over een high voltage condensator beschikt kon worden. Theoretisch effectief uitgestraald vermogen was slechts 3 watt voor de 40m band en 0.4 watt voor de 80m band!.
Diverse radioverbindingen zijn tot stand gekomen op de 40m band met G-GM-GD-GI-DL stations en op de 80m band met PA stations in meerdere richtingen. Uit rapporten van buitenlandse radiostations op 40m bleek dat de signalen van de loop antenne ongeveer 1 S-punt zwakker waren dan die van de 40m dipool, wat op basis van de berekende stralingsefficiëntie verhouding van deze antennes wel ongeveer klopt.
Tijdens ontvangt kan door te draaien duidelijk een richtingsgevoeligheid voor binnenkomende signalen waargenomen worden op de 40 m band.
Handmatig intunen van de condensator is dé bottle neck bij gebruik van dit type antenne: een gepriegel en onveilig.

Het uitvoeren van de experimenten heeft veel geleerd en geeft stof tot nadenken over hoe een relatief kleine verandering van een capaciteit nauwkeurig en reproduceerbaar en - vooral veilig - kan worden uitgevoerd.

Door onverwachte onderbreking van de vakantie zijn de proeven voor de 20m band helaas niet meer uitgevoerd .

Materialen

• Koperbuis op rol van 5m lengte, diameter 15mm en aan de buitenkant bekleed met wit PVC. In sommige zaken zijn rollen koperbuis tot 50m lengte verkrijgbaar.
  
• 3 PVC buizen van 1m lengte en 32mm diameter en 2 drieweg koppelstukken hiervoor.
• Aardklem
• Divers klein materiaal: bindbandjes, tape, installatie koperdraad, kroonsteen
• Condensator, was niet geschikt voor heel hoge spanning (plaatafstand hier: <0.5mm)
  
  

Antenneopbouw

De 1.54m koper loop:
Deze liet zich door trekken en duwen met voet en hand in telkens kleine stapjes in vorm brengen. Met 6 piketpaaltjes was tevoren de omtrek van een cirkel van 1.50m aangegeven.

Aan de twee einden van de koperen lus werden twee keer twee snoeren gesoldeerd door gebruik van een soldeerbrander. Op die positie is ook een hard houten plankje gefixeerd waaraan met bindbandjes de condensator wordt gefixeerd die wordt verbonden aan beide loopeinden.

PVC pijpen zijn in combinatie met twee drieweg stukken geplaatst om het zachte koper door een stevige constructie stabiel te houden.

Halverwege de koperen lus is een stukje PVC bekleding verwijderd en is daar een aardklem geplaatst. De aardklem wordt met een kort draadje verbonden met de buitenmantel van de coaxkabel die naar de zender.

Kleine koperen loop:
De omtrek daarvan is 1/5 van de grote koperen loop.

Hiervoor zijn twee lengtes van 1.50m gestript installatiedraad aan één kant verbonden aan de kop van een schroefboor machine en de andere kant vast gezet. De draden zijn in elkaar gedraaid tot voldoende stevigheid was verkregen. Om de 10 cm zijn de getwiste draden gesoldeerd. Een lengte van 95 cm getwist draad is omgebogen tot een cirkel. Één kant is bevestigd aan de binnenader van de eerder genoemde coaxkabel, de andere kant is verbonden met de aardklem.

Beneden staat een foto van de loopantenne in de testopstelling.

Berekening van eigenschappen v/d loopantenne

Om vooraf enig idee over het gedrag van de loopantenne te krijgen is gekeken wat andere amateurs aan ervaringen hebben opgedaan. Daartoe zijn ook berekeningen uitgevoerd met het calculator programma van KI6GD:


Boven: berekende data v. Magnetic Loop Antenna met diam. 1.5m, koperbuis diam. 15mm

Metingen SWR op de 80m band

Extra vermogensverliezen treden op bij misaanpassing van de antenne m.b.t. de transmissielijn. Een maat voor het vermogensverlies is de waarde van de staande golf verhouding (SWR = standard wave ratio) . Bij SWR>2 beginnen de verliezen significant te worden. Bij SWR>= 4 wordt een verlies van 50 % benaderd en waarbij de antenne wordt geacht niet meer geschikt te zijn voor zenden.

Onderstaande grafiek geeft resultaten weer van SWR metingen als functie van de frequentie in een populair deel van de 80m band waar regelmatig PA station worden aangetroffen.

Uit de gegevens kan worden afgeleid dat de bandbreedte ongeveer 24kHz bedraagt wanneer een verlies van 50% (3dB) als maatstaf gehanteerd wordt. Over ca. 12 kHz bandbreedte is het verlies hooguit 10%. De gemeten bandbreedte op 80m lijkt(!) daarmee gunstiger dan gevonden door berekening (4kHz).

Conclusie

Loop: Een leuke antenne om mee te experimenteren.
Tunen - kleine bandbreedtes en even van frequentie veranderen: de procedure van tunen bepaalt mede het plezier!
Bij kleinbehuisden zal de meerwaarde van een magnetic loop antenne waarschijnlijk gaan spelen bij toepassingen in de 40 en de 80m band mits de omtrek van de loop niet ver onder de kwart lengte van 20m komt.

Waarschuwing

Blijf op afstand van werkende zendantennes!
Uit eigen berekeningen is geconcludeerd dat bij ‘iets hogere’ vermogens veelal een veiligheidsafstand van meer dan 6 meter moet worden aanghouden: EM velden vlakbij magnetic loop antennes kunnen ver boven toelaatbare waarden komen!

Grafiek: resultaten SWR metingen aan de home made magnetic loop antenne

Foto: Magnetic Loop antenne 1.50m in de testopstelling