Een Loop-antenne

Hoofdstuk

2. Meetapparatuur en werkwijze
Meetapparatuur. Bij dit experiment gebruikte ik de FUNK netwerktester FA-NWT-01 (zie foto 4) voor het bepalen van de resonantiefrequentie, SWR en de reflectiedemping. Voor het meten van de capaciteiten en zelfinducties gebruikte ik een L/C meter type IIB (zie foto 5). Deze heb ik ooit als bouwpakket op een rommelmarkt aangeschaft en ingebouwd in een kastje van printplaat.

Foto 4. De FA-NWT-01 netwerktester.
Foto 5. De L/C-meter.
De SWR bepaling. Met de FA-NWT-01 kun je ook de SWR bepalen door een serie weerstand van 50 Ohm tussen te schakelen. Omdat dit erg omslachtig werkt heb ik dit alléén voor de frequentie van 14.140 MHz gedaan (zie grafiek 1). Later heb ik de SWR bepaald door gebruik te maken van de omrekening van de reflectiedemping (zie tabel 2).

Grafiek 1. SWR op 14,140 MHz met FA-NWT-01.
Reflectiedemping. In de stand “Wobbeln” werd per amateurband, met een zo laag mogelijke stapgrootte, de resonantiefrequentie bepaald. Met de cursor op de piek is de reflectiedemping (Rd) direct in dB’s af te lezen uit de gepresenteerde getallen aan de rechterzijde van grafiek 2:

Grafiek 2. Voorbeeld bepaling Rd uit waarden van de FA-NWT-01
Voor het omrekenen van de refectiedemping (Rd) naar de staande golf verhouding (SWR) werd gebruik gemaakt van de tabel 2, afkomstig uit Funk, bladzijde 298 van FA3/08. Dus hoe hoger de reflectiedemping, des te lager is de SWR!
Tabel 2. SWR en Reflectiedemping (Rd).
SWR (1: ..) Rd (dB) SWR (1 : ..) Rd (dB)
20
10
9		 0,9
1,7
1,9		 1,9
1,8
1,7		 10
11
12
8,1
7,0
5,9		 2,2
2,5
3,0		 1,6
1,5
1,4		 13
14
15
5,0
4,4
3,6		 3,5
4,0
5,0		 1,3
1,22
1,12		 17,5
20,0
25,0
3,0
2,6
2,3		 6,0
7,0
8,0		 1,07
1,04
1,02		 29,9
35,0
40,0
2,1 9,0 1 ∞
Frequentiebereik. Om het frequentiebereik van de loopantenne te bepalen werd voor een aantal in mijn shack aanwezige coaxkabels (In tabel 3 en 4, genummerd 1 t/m 5) de laagste en hoogste frequentie bepaald en werd van de deze coaxkabels ook de capaciteit gemeten, waarmee de “kring” werd belast (zie ook foto 5). Ook werd met de cursor op het diepste deel van de piek de resonantiefrequentie bepaald en werd de reflectiedemping afgelezen (zie grafiek 3 t/m 6).

Het meten van de frequentie en de reflectiedemping werd nu herhaald met de extra capaciteit (Cextra) van 158 pF (weergegeven als C3 in figuur 2).

Bij de lengtes van de coaxkabel groter dan 1,5 meter werd de kabel gemakshalve ook in 2 windingen gelegd om te zien wat daarvan de invloed zou zijn op het frequentiebereik. Hierbij werd afgezien van het bepalen van de invloed van de grootte van de spatie tussen de twee windingen.

Bandbreedte en Q bepaling. Met de netwerktester FA-NWT-01 werd op de aangegeven frequentie (F0) de -3 dB bandbreedte (B) bepaald voor de 17, 20, 30 en 40 meter band. Ik hield op dat moment nog géén rekening met de invloed van het aantal meetpunten op het resultaat en koos voor een snelle grafiekopbouw. Door eerst slechts 400 meetpunten te gebruiken vielen de gevonden B- en Q-waarden laag uit.
Later bleek pas dat de stapgrootte daarbij al groter was dan 16 kHz! Dit maakt een nauwkeurige bandbreedtebepaling ongewis. Bij het opnieuw meten met een groter aantal meetpunten (nu 3000) varieerde, afhankelijk van het ingestelde frequentiebereik op de netwerktester, de stapgrootte tussen tussen 500 Hz en 1 kHz. Hierdoor benadert de gevonden B- en Q-waarde meer de werkelijkheid. De resultaten zijn in tabel 6 vastgelegd.
Eerste discussie. Koos, pa0kdf maakte bezwaar tegen het aan de hand van de curve van de reflectiedemping berekenen van de Q-factor, omdat de verkregen curve niet gelijk zou zijn aan de resonantiecurve van de antenne! Het zou alleen maar iets zeggen over de bandbreedte van de aanpassing. En ook daar gaat het volgens hem fout, omdat voor de “aanpassingsbandbreedte” meestal de bandbreedte bedoeld waarin de SWR <2, of te wel de reflectiedemping > 10 dB. Een vaste waarde dus. Zijn mening over de schakeling is dat daarom in feite de gepresenteerde Q-factoren in tabel 6 veel te hoog zijn.
Omdat ik daar toch iets anders over denk en om zijn commentaar voor mezelf duidelijk te maken heb ik een eenvoudig vervangingsschema van de schakeling getekend (zie figuur 4). De gemeten capaciteit van de coaxkabel Ct wordt nu als Ck afgebeeld (waarbij Ck = ½Ct), zoals deze ook in de tabel 3 en 4 wordt vermeld. De coaxkabel is nu de combinatie van L, L’ en 2x Ck.
Figuur 4. Eenvoudig vervangingsschema
Mijn gedachtegang was dat bij resonantie de kringstroom Ik door het gehele circuit het hoogst is, ondanks de invloed van T1, L’ en Ck. In de loop L vindt de omzetting plaats naar de magnetische veldsterkte. Het rendement van deze omzetting is afhankelijk van de looplengte (1,5 m), de diameter van de coaxkabel (bij RG-213 is dit 0,01 m), de frequentie (14,167 MHz) en de ohmse verliezen in de kring L.
Ik voelde mij, met mijn wijze van Q en bandbreedte bepaling, gesteund door de uitkomsten van het rekenprogramma van Martin, pa0mjk, omdat deze waarden zeer goed in overeenstemming zijn met mijn verkregen waarden (zie tabel 7). Zie voor de uitleg van pa0mjk over loopantennes Referte [1]. Het resultaat, na het invoeren van de voorgaande gegevens, geeft een Bandbreedte van 14 kHz en een Q van 1011 aan, zoals ook in een screendump is te zien (Foto 6).

Foto 6. Resultaat berekening B en Q met het programma van PA0MJK.