Projecten

Hoofdstuk

 

Paragraaf

LOOPANTENNE
Inleiding
Niet ieder experiment levert een bruikbaar eindproduct op, maar je kunt er wel van leren! Dit loopantenne experiment geeft een goede indruk van de meetfouten welke kunnen ontstaan bij het toekennen van grote waarden aan beschikbare apparatuur zoals de FA-NWT-01 en onvoldoende kennis bij de gebruiker.
Wat er aan vooraf ging. Op nieuwjaarsdag (2012) ontdekte ik dat door de storm de feeder van mijn korte golf dipool bovenaan was afgebroken. Het was geen weer om direct het dak op te gaan voor reparatie, waardoor ik besefte dat ik in geval van nood toch een antenne ontbeerde! Dit voorval was de directe aanleiding om me te verdiepen in wat ik als antennen met eenvoudige middelen uit de shack en junkbox kon maken. Met als uitgangspunten het soepel kunnen afstemmen, een lage SWR en me niet druk moeten maken over "verliezen, zelfinductie en stralingsweerstand" van de antenne.
Het eerste idee. De keuze viel op het fabriceren van een magnetisch loopantenne. Het idee was om een binnenhuisantenne te maken waarbij de loop zou bestaan uit stukken coaxkabel welke als test- en koppelstukken al in de shack voorhanden waren. Nu wist ik ook ineens waar ik dat luidsprekerboxje, dat ik al die tijd had bewaard, voor kon gebruiken! Hierin moest de afstemcondensator komen en aan de zijkanten twee SO-239 pluggen waarop ik dan de verschillende lengtes coax kon aansluiten (zie foto 1).
foto 1.
De in- en uitkoppeling. Wat is nu de beste manier voor het koppelen van deze loop met mijn FT-897? In oude aantekeningen ontdekte ik een schema waarbij een ringkern werd gebruikt in plaats van een grote koppellus of gammamatch. De grote vraag was hoe ik nu het een en ander aan elkaar moest verbinden.
Eerste opzet. Voor afstemming vond ik nog in mijn junkbox een variabele condensator met ruime plaatafstand (30 – 150 pf) en één van het splitstator type (8 – 16 pf), welke ik als fijn afstemming kon gebruiken. Een dikke coaxkabel RG-213, welke een maximale piek werkspanning van 5 kVolt tussen binnenader en afscherming kan verdragen, diende als loop.

Bij mijn eerste probeersel werd volgens figuur 1 de afstemcondensator C1,2 en de secundaire wikkeling, van 8 windingen op een rode poederijzer ringkern van 4,5 cm rond, kruiselings met de coaxkabel verbonden. Dat wil zeggen de linkerzijde de afstemcondensatoren aan de binnenader en de rechterzijde aan de afscherming.

figuur 1.
De linkerzijde van de secundaire wikkeling (van 8 windingen) aan de afscherming en de rechterzijde aan de binnenader van de coax. De primaire koppellus bestond uit 3 windingen. Helaas bleek bij een eerste test, met een coax stuk van 1,49 meter lengte, dat de SWR niet veel lager uit kwam dan 1 op 2,3, . . . .veel te hoog dus! (zie ook foto 2) Zelfs een variabele condensator (8 - 80 pf) in serie met de in/uit koppelwikkeling bracht ook géén verbetering, integendeel zelfs.

Foto 2. De testopstelling.
Tweede opzet. Bij de tweede opzet werd weer iets anders geprobeerd: Ik verving de rode poederijzer kern met onbekende specificaties door twee ronde ferriet ringkernen van 36 mm uit de junkbox. Volgens een datasheet was een ringkern met paarse kleur met een µi van circa 80 optimaal bruikbaar in het frequentiegebied van 1,5 – 12 MHz en de gele ringkern met een µi van 24 voor het bereik van 3 – 40 MHz. Voor de trafo T1 gebruikte ik deze ferriet ringkernen op elkaar gestapeld. Hiermee hoopte ik, zonder het echt te weten, dat bij maximaal 100 Watt uit mijn FT897 alles naar behoren zou blijven werken! De afstemcondensatoren C1 en C2 werden nu aan de linker en aan de rechterzijde met de afscherming verbonden en de secundaire wikkeling op de ringkern trafo werd aan beide zijde met de binnenader verbonden (zie figuur 2).
De zo gevormde parallelle afstemkring bestaat dus uit de afscherming van de coaxkabel als zelfinductie (spoel) en de variabele condensatoren C1 en C2. Naar mijn idee moest het ook werken als de koppellus “vast” en capacitief werd gekoppeld met de afscherming van de coaxkabel. Met andere woorden ik gebruik nu de binnenader van de coax als koppellus.

De buitenzijde van de coax (afscherming) bepaalt dan als spoel L samen met de condensatoren de afstemming van deze loopantenne en vangt tevens de magnetische component van het antennesignaal op. Zo kon ik afzien van een extra koppellus en/of gammamatch!


Figuur 2. Schema tweede opzet.
Wel verwacht kreeg ik als eerste commentaar te horen dat de koppellus nu wel erg vast gekoppeld is. De demping daarvan zou kunnen zorgen voor een relatief lage Q van de kring. Als oplossing voor het verminderen van deze vermeende demping besloot ik daarna in serie met de “loop” nog een extra zelfinductie van 2x 1,5 µH op te nemen. De Q in de afstemkring zou dan hoger worden en deze hogere “kringstroom” zou ook door de Loop lopen. Dat dit dan ten koste zou gaan van het frequentiebereik nam ik op de koop toe. De uiteindelijke schakeling wordt in figuur 3 weergegeven. Met het gedeeltelijk kortsluiten met Sk2 van de spoel L2 kon ik het afstembereik nog wat beďnvloeden. Mijn streven was om de 40m t/m 17m banden binnen het afstembereik te houden met dezelfde lengte coaxkabel van 1,5 meter lengte. Het leek mij verder nuttig te weten wat het effect is van:
  1. Inschakelbare vaste condensatoren parallel aan de afstemcondensator (C1 en C2).
  2. De extra capaciteit van de PL-pluggen en koppelstukken en coaxkabel.
  3. De lengte van de coaxkabel op het afstembereik.
  4. Het in twee windingen gebruiken van de langere stukken coaxkabel.
  5. Invloed van de tap in de primaire wikkeling.

Figuur 3. Schema uiteindelijke schakeling.
Legenda

C1: 8 - 16 pF, splitstator

C2:30 -150 pF, variabele condensator

C3: 158 pF, hoogspanning ≥ 5 kV
(alleen tijdens testfase met L2A aangesloten!)

L: lengte coaxkabel, zie tabel 3

L2: circa 3 µH, met tap halverwege,
(15 windingen, 2,5 cm diameter)

SK 1, 2: tuimelschakelaar 250 Vac/6A

T1: ringkern van "paars" en "geel", 36 mm rond, secundair 2 wnd, primair 4 wnd met tap op 3/4.

Nadere uitwerking. De secundaire wikkeling van T1 bestaat nu uit twee windingen met 1,5 mm2 (zwarte draad). De primaire wikkeling bestaat uit vier windingen met 1 mm2 (rode draad), met een aftakking (tap) op driekwart. In tabel 1 worden de op de plug gemeten zelfinductie waarden van deze ferriet ringkern trafo T1, vermeld:
Tabel 1. Ringkern transformator T1, gewikkeld op de gestapelde paarse en gele ferriet ringkern.
 Wikkeling Zelfinductie (µH)  Opmerkingen
 Secundaire, 2 wnd, 1,5 mm2 15,4
1,53
 Primaire wikkeling open
 Primaire wikkeling kortgesloten
 Primaire, 4 wnd, 1 mm2
 (gemeten aan de plug)
180
10
 Secundaire wikkeling open
 Secundaire wikkeling kortgesloten met coax 1,49 meter
 Tap primaire op 3/4 wnd.
 (gemeten aan de plug)
10
6
 Secundaire wikkeling open
 Secundaire wikkeling kortgesloten met coax 1,49 meter
Na het plaatsen van de splitstator condensator C1 voor de fijnafstemming werd de extra zelfinductie L2 geplaatst aan de schakelaar Sk2. Foto 3 toont de opbouw van de ringkern trafo T1 en de extra zelfinductie L2.

Foto 3. Opbouw L2 en T1