Magnetic Loop UBA-OST

1 april 2011  Deel 1 Wat is een Magnetic Loop? ON4RK Ronny  Deel 2 Metingen aan verschillende modellen ON5UE Danny  Deel 3 Wat kunnen we doen voor Alexander?

Geschiedenis

 K.Patterson van de Army Signal Corps ontwikkelde de magnetic loop voor het leger ten tijde van de Vietnam Oorlog. Dit was in 1967.

 Het was daar een succesvolle antenne. Klein en gemakkelijk te transporteren.

 In maart 1968 verscheen een artikel in QST waarin men de ARRL’s poging beschreef om een gelijkwaardige antenne te maken en te testen.  Ze gebruikten aluminium buis en de eerste testen waren allesbehalve overtuigend. Nadien bleek dit te wijten aan de hoge overgangsweerstand van de aluminium verbindingen.

 Daardoor viel de interesse voor deze antenne wat stil. Enkele hams deden echter verder met hun experimenten. Uit hun gepubliceerde artikelen bleek steevast dat ze een hoge weerstand introduceerden en alzo een slechte efficienty verkregen. Niettemin rapporteerden ze een goede performantie.

 Er bestonden ook geen wiskundige onderbouwde formules die de Ham’s konden gebruiken bij hun experimenten. Daardoor kon men de resultaten ook niet echt toetsen. Bij een propagatie zal een slechte antenne ook werken.

 Nu is deze antenne veel beter beschreven en gekend.

Waarom gebruiken we een magnetic loop?

 Wie in de stad, op een flat of een studio woont kan wegens gebruik aan ruimte meestal geen dekametrische antenne opstellen. De magnetic loop met een diameter van 1 tot 3 m is hier een valabele oplossing.  Hij is richtingsgevoelig en zijn rendement doet weinig onder tegenover een dipool.

 Hij dient ook niet te hoog opgesteld te worden. Het kan al vanaf een goeie meter. Kan op een simpele steun zowel op een conventioneel als op een plat dak geplaatst worden.

 Als ontvangstantenne is hij ruisarm wat in de stad zeker een pluspunt is.

      Het is een multiband antenne.

Het is ook een Stealth antenne. Bij moeilijke buren kan je hem ergens wegmoffelen.

Ook binnenshuis onder de dakpannen doet hij nog zijn werk.

Kan zowel verticaal als horizontaal opgesteld worden, wat als flatbewoner ook een voordeel is. Kan ook vlug opgezet worden en snel opgeborgen worden.

Kan natuurlijk niet concureren met een beam.

Soorten loops

 Loop antennes komen voor in verschillende vormen en soorten 

volle golflengte resonante loops

  Cubiqual quad Tilted folded loop T2FD 

kleine loops met een omtrek minder dan 1/3 van de golflengte of de magnetische loop.

Antennetheorie

 Wanneer een parallel-LC-kring door HF-energie aangedreven wordt krijgen we een electrisch veld over de condensator C en een magnetisch veld over de spoel L. We krijgen een elektromagnetisch induktie-veld in de omgeving van de kring.

  Het bestaat uit een electrisch veld dat afneemt met de derde macht tot de afstand van de kring. En een magnetisch veld die afneemt met de tweede macht van de afstand. Er is geen noemenswaardig stralingsveld rond zo’n kring.

 Als we de structuur van de C en de L wijzigen (uittrekken) bij een zelfde LC waarde dan ontstaat er een elektromagnetische straling die zich voortplant in de ruimte. Zo een stralende kring noemt men een antenne.

 De uitgerokken C bevindt zich over de ganse lengte van de draad (spoel).

 De sterkte van het stralingsveld neemt af met de eerste macht van de afstand. Dus veel trager dan het induktieveld die vlug verdwijnt.  In de onmiddellijke omgeving is het induktieveld veel groter dan het stralingsveld. We hebben er belang bij om de verliezen van dit veld zo klein mogelijk te houden.

 Er ontstaat een capacitieve koppeling tussen antenne en de grond als de antenne te laag hangt. Er wordt electrische energie ontrokken wat het effectieve stralingsveld doet verkleinen.

  De afstand tot de grond bepaalt ook de stralingshoek van de antenne.



Bij een dipool op 1/4

λ

is de opstralingshoek veel groter dan bij 1/2

λ

.



Een lagere opstralingshoek is ook goed voor DX.

Voor 10, 15 en 10 m is dit goed te doen.

 Voor 40, 80 en 160 m kan een doorsnee amateur dit niet waarmaken.

 Om de electrische verliezen tegen te gaan zouden we een antenne moeten bouwen met minimaal electrisch veld. Dit kunnen we door dit in te sluiten in een capaciteit C.

 Het inductie-veld moet terug groot zijn anders geen straling.

 We komen terug op de volgende configuratie.

 Het stralingsveld is hier overwegend magnetisch vandaar de naam .

 Het electrisch veld is veel kleiner en dus weinig koppeling met aarde of omgeving. Hierdoor kan de antenne laag opgesteld worden.

 De maximale straling gebeurt in het vlak van de lus, rondom in alle richtingen. Stelt men de antenne verticaal op dan straalt hij onder alle hoeken. Aldus kan hij dan zowel voor korte als voor lange afstand gebruikt worden.

 Loodrecht op het vlak is de straling minimaal.

Eigenschappen van een magnetische antenne.

 Stralingsweerstand  Verliesweerstand  Vorm van de loop  Doeltreffendheid  Rendement  Kwaliteitsfactor  L/C-verhouding  Doeltreffendheid

Stralingsweerstand

 Equivalent schema  C = de afstemcondensator  L = de inductie van de antenne  RL = de verliesweerstand  RR = de radiated resistance of stralingsweerstand

Verliesweerstand

 Bij gebruik van aluminium verhoogt RL met 160%

Rendement

 De efficiëntie van een antenne is de verhouding tussen het uitgestraald vermogen en het toegevoerd vermogen.

Kwaliteitsfaktor

 De verliezen in de condensator dienen ook klein te zijn.

 Niet eenvoudig daar de condensator afstembaar moet zijn.

  Kwaliteitsfactor Q is ongeveer 1000 bij de magnetische loop.

Dus ook zeer smalbandig – enkele kilohertz – we moeten altijd afstellen naar de werkfrequentie.

 Sommige condensatoren gebruiken sleepcontacten. Deze zijn niet te gebruiken wegens te hoge verliesweerstand. De ‘Split Stator’ of ‘Vlindercondensator’ is het enige te gebruiken type buiten de luchtledige types.

 De afstand tussen de platen moet ook groot zijn. 100W in de antenne steken kan spanningen opwekken van 5.000 V over de condensator. 5 à 10 mm afhankelijk het type C.

L/C - verhouding

Vorm van de loop

     Cirkelvormig, achthoek, vierkant,...

Opp. Cirkel = 0,785m ² Opp. Achthoek = 0,744m² Opp. Vierkant = 0,616m² Cirkel & achthoek beste keus

Doeltreffendheid

 Hoe presteren deze antennes ten opzichte van andere antennes?

 De magnetic loop kan ook best radialen gebruiken om een betere reflectie te krijgen. De lengte van de radialen is 2x de diameter van de loop.

Vergelijking met een Yagi

 Vergelijking met een dipoolantenne

 Doeltreffendheid in de HF-banden

 Enkele voordelen

 Binnenhuisopstelling

Matching Circuits

 Voor een single band antenne is de capacitieve koppeling een zeer goede oplossing. Een SWR van 1.0:1 is mogelijk

 De Gamma Match.  Dit is eigenlijk een autotransformator.

 SWR van 1,1:1  Is gemakkelijk te maken, robust en goedkoop

  Koppeling lus.

Ingewikkelder te maken. Veel gebruikt bij commerciële antennes.

 SWR 2.0:1 over meerdere banden.

 De diameter van de koppellus is ongeveer 1/5 van de diameter van de antenne

Capaciteit

 Vacuum capaciteit  Duurste stuk van de antenne  Tegenwoordig vlot te verkrijgen op beurzen of via het internet

Split Stator - en Butterfly Capaciteit

http://www.qsl.net/mnqrp/Loop/Mag_Loops.htm

ON4CEQ Tony

De loop van Lier

Trombone capaciteit

Magnetic Loop Calculators

Literatuur

 Small High Efficiency Antennas by Ted Hart, W5QJR  Small Magnetic Loops from antenneX   Theorie van de magnetische antenne Gaston Bertels CQ-QSO 08-9/93 Magnetic Loop Antenna’s door ON4CEQ Tony  Richtbare magnetische antenne ON7TD Daniel  Magnetantennen, DJ1UGA Hans