unabgestimmte Breitbandloop - kurzer Erfahrungsreport

Hallo werte Interessierte,

bevor in wenigen Stunden 2011 für unsere Region Geschichte wird, möchte ich schnell los werden, wie erstaunlich gut diese Antenne für den Empfang ist.

Zuerst stand die Loop mit 80cm Durchmesser bei mir im Shack unter dem Dach (Höhe 7m über Grund). Große Teile der Dachhaut sind mit alukaschiertem Dämmaterial versehen. Vor einigen Tagen konnte ich VK und JA auf 40m hören. Wow- das hatte ich mit meiner 43m Loop in 9m Höhe draussen noch nie gehört.

Vorgestern hörte ich dann auf 80m W1WW. Dabei stand die Loop dann auf dem Balkon in 3m Höhe über Grund. Ich lasse nun meinen ersten Testaufbau draussen nass werden und hoffe dass alles erst mal noch weiter so schön funktioniert bis ich dann einen etwas robusteren Aufbau machen werde.

Ich möchte all diejenigen ermutigen die vielleicht keine langen Drähte spannen können oder dürfen diese Bauform mal aufzubauen. Der Materialaufwand ist gegenüber dem Erfolgserlebniss gering.

So - ich schwing mich auf's Rad...

guten Rutsch allen und awdh in 2012

vy 73
Andy
DK3JI

Hallo Interessierte,

ich habe ein wenig geschrieben, damit man nicht nur vor 3 Bildern sitzt...

Erster Aufbau einer unabgestimmten Breitbandempfangsloop für den Frequenzbereich 100kHz bis 50MHz
DK3JI
2012-01-02

Mit einem üblichen Dipol oder auch einer liegenden Schleifenantenne nimmt man sowohl H- als auch E-Felder der Umgebung auf. Da viele Amateure nicht zwangsläufig über sehr viel Platz und wirklich große Entfernungen zu möglichen elektromagnetischen Störquellen haben, wollte ich Versuche durchführen, wie gut eine H-Feldloop tatsächlich ist. Ich wohne in einem Siedlungsgebiet von 2 Familienhäusern, deren Gärten zwar etwas größer sind, als heute üblich, es aber dennoch nicht einfach ist Antennen optimal aufzubauen.

Zum direkten Vergleich kann ich zwischen einer horizontalen Loop mit ca. 43m Länge in 9m Höhe und einem Vertikalstrahler (für Frequenzen oberhalb 18MHz) umschalten. Die Loop hängt über dem Garten und der Vertikalstrahler befindet sich auf der Loop abgewandten Seite auf dem Dach.

Wenn man sich mit dem Gedanken trägt eine unabgestimmte Breitbandloop aufzubauen, macht es Sinn sich vorab mit den grundsätzlichen Gegebenheiten auseinanderzusetzen. Bei mir waren dies die Artikel von DB1NV Jochen Jirmann (CQ DL 5/95 und in 97) als auch der Themenstrang im QRP Forum zum Thema Breitbandloop mit Norton Verstärker (Aufbau und Schaltung DK1HE Peter Solf). Weiterhin gab mir die Präsentation von Uli Graf DK4SX auf seiner DARC homepage Anregungen.

Mit diesem Aufbau gelang mit VK und JA auf 40m zu lauschen- etwas, was mit meiner großen Schleife bis dato nicht klappte. Und ich hörte in den vergangenen Tagen auf 80m W und K Stationen. Wenn man später noch einen Rotor spendiert, macht es sicher noch mehr Freude. Das E -Feld bleibt außen vor und das Geprassel nimmt spürbar ab. Man schaue nicht auf das S-(Schätz)meter, sondern nutze seine Ohren. Viele OM/SWL haben nicht die Möglichkeit lange Drähte in die Luft zu bringen. Für diese ist diese Art Antenne eine Möglichkeit am weltweiten Funk teilzunehmen.

Der konstruktive Aufbau

Mein erster Versuch ist von optischen Gesichtspunkten und der Wetterfestigkeit im Aufbau weit entfernt. Dennoch überstand er die teils massiven Regenfälle zwischen Weihnachten 2011 und Silvester 2012 ohne Ausfall.

Bild Loop Gesamtaufbau

In einem Hula Hoop Reifen befindet sich RG58 Leitung, die in der Mitte auf ca. 1,5cm Breite von ihrem Schirmgeflecht befreit wurde. Über diese kleine Lücke wurde Schrumpfschlauch gezogen. Da ich erstmalig einen Hula Hoop Reifen bearbeitet habe, wusste ich nicht, dass an der Verbindungsstelle ein Stabilisierungskreuz eingedrückt war. Im obigen Bild ist das die eingekreiste Stelle. Bei der nächsten Konstruktion säge ich links und rechts der Versteifung auf und fädele von dort die Koaxleitung ein. Der Reifen gibt dem Aufbau Stabilität und schützt die Leitung mechanisch. Befestigt habe ich dann mit je 2 Kabelbindern.
Unterhalb der Loop sitzt der Verstärker in einem üblichen Aluminiumgehäuse. Der Anschluss erfolgt via SO-Buchsen und PL Steckern. So etwas ist für Tests zwar praktisch aber bestimmt nicht dauerhaft wetterfest. Zukünftig will ich es so machen, dass ich die Elektronik in ein Weissblechgehäuse baue und dieses dann Platz in einem Kunststoffgehäuse mit Dichtverschraubungen findet. Ich stelle mir vor, dass der Anschluss der Loop über SMA Steckverbinder erfolgen kann. Damit wäre es auch möglich nach dem Abschrauben der Dichtungsverschraubungen unterschiedlich große Loops zu testen.
Momentan sieht der Innenaufbau so aus:

Bild Platinenoberseite

Auf der Platinenunterseite befinden sich die meisten Bauteile in SMD 1206 Baugröße.
Da die Impedanz der Loop sehr niederohmig ist, sollten es dann auch die Anschlüsse zur Verstärkerplatine sein. Mit obigem Aufbau erreichte ich einige Milliohm, die durch die Verbindungsstellen entstehen. Hinsichtlich der Anordnung der Eingangsanschlüsse von der Loop zum Verstärker ist mein erster Aufbau auch etwas unglücklich geraten (man beachte den langen braunen Draht links oben im Bild). Die Schaltung des Verstärkers entspricht der Anordnung von DK4SX. Bei mir habe ich allerdings Transistoren vom Typ BFW92 eingesetzt und die Arbeitspunkte etwas verschoben, da sonst die maximal zulässige Verlustleistung zu groß wäre.

Der erste Test des Verstärkers mittels NWT

Ich stellte die erste Platine nach Handzeichnung mit einem Faserstift her. Nach dem Bohren und Ätzen wurde sie dann bestückt. Der erste Kontakt mit einer Spannungsquelle sollte nach Möglichkeit immer so erfolgen, dass man bei eingeschalteter Strombegrenzung langsam „anfährt“. Dann hat man Chancen auf etwaige Katastrophen noch reagieren zu können. Bei einem Amp wie hier darf es weder besonders hohe Spitzenströme noch pulsierende Erscheinungen dabei geben…hihi
Stromaufnahme: 65mA bei 13,5V
Um den Amplitudenverlauf mit dem Netzwerktester (NWT) zu ermitteln, muss man eingangsseitig von 50Ohm nach ca. 3 Ohm anpassen. Das funktioniert über einen Widerstandsspannungsteiler 47 Ohm in Reihe mit 3,3Ohm. Die Anpassschaltung reduziert gleichzeitig das Eingangssignal des NWT um rund 24dB. Dennoch muss man sinnvollerweise davor noch ein Dämpfungsglied schalten, wenn man nach Verstärkung (ungefähr 40dB) den Eingang des NWT nicht übersteuern will. Wer schaltbare Dämpfungsglieder zur Verfügung hat, ist hier fein raus, wenn es nicht Stunden der Umstöpselei geben soll.
Am Verstärkerausgang muss man noch über einen LC Kreis die Versorgungsspannung zuführen und über einen Trennkondensator (100 bis 220nF) die Hf zum NWT Eingang führen. Man beachte, dass bei den zu untersuchenden Frequenzen die Verdrahtung entsprechend sorgfältig und Hf gerecht ausgeführt wird. Wichtig ist der niederohmige Anschluss am Eingang. Der sich am Eingang des Loopverstärkers befindende Kondensator bestimmt auch mit die untere Grenzfrequenz der Anordnung. Ich wählte ihn so, dass ich ab ca. 100kHz bereits volles Verstärkungsverhalten erhalten konnte. Der Amplitudengang ist bei mir glatt bis zum Einsatzpunkt des Tiefpasses mit fg =65MHz. Danach fällt die Amplitude stetig. Eine Schwingneigung war nicht erkennbar (Spektrumkontrolle bis 500MHz).
Ausblick
Ich habe zwei Layouts in Vorbereitung, die sich in den eingesetzten Bauformen unterscheiden.
Variante a: bis auf wenige Bauteile alles in SMD 1206
Variante b: alle Bauteile bedrahtet
Beides will ich noch mit Schaltbild und Stückliste einstellen.
Ich sammle noch ein paar Audiofiles, die dann auch die Unterschiede hörbar machen.

vy 73
Andy
DK3JI

...und nun Layout , Bestückungsplan und Stückliste der Version mit bedrahteten Bauelementen

vy73
Andy
DK3JI

Hallo Günter,

ich habe einen " so ähnlichen Versuch" einmal durchgeführt. Dabei war die räumliche Orientierung allerdings etwas anders, als bei HB9EHI. Ich hatte einige Versuche gemacht, bei der die beiden Loops in verschiedenen Abständen mit ihren Kreisflächen zueinander standen. Das allerdings im Shack, in dem sich in naher Entfernung zudem reichlich metallische Dinge befanden. Sprich- das, was ich da ermittelt hatte, war mit Skepsis zu betrachten. Ob ich die Kurven noch auf dem anderen Rechner habe, muss ich später noch einmal prüfen. Vielleicht mache ich demnächst einen Test (wie HB9EHI) auf dem Balkon. Dazu sollte es aber nicht wie verrückt aus Eimern giessen...hihi

Ich denke man muss bei solchen Versuchen die genauen Positionen und alle Randbedingungen ermitteln und schriftlich festhalten. Zumindest muss man aussagekräftige Fotos von der Messkonstellation machen.

Ich werde es mal versuchen...

vy 73
Andy
DK§JI

Hallo werte Funkfreunde,

trotz rauen Windes habe ich den Versuch auf dem Balkon gemacht.

Die Einkoppelschleife aus 1,5qmm plus 51 Ohm koppelt das Signal vom NWT Ausgang in die 80cm Schleife. Position der Koppelschleife ist bei ca. U/4 der Loop (vom "heissen" Ende der Loop gerechnet). Momentan frage ich mich allerdings, ob der Draht der Koppelschleife vielleicht etwas zu dünn sein könnte (Stichwort Skin Effekt) .
Nun ja, man muss das alles mal in Ruhe betrachten und sich vielleicht über Details mal austauschen.

vy 73
Andy
DK3JI

Günter:
Amplitudengang a und b stammen vom gleichen Wobbeldurchgang. Mit Hilfe der gesetzten Cursor in der Nähe der Amateurbänder wollte ich die Änderungen zahlenmäßig erfassen.

Zu den Resonanzen:
Da schwimme ich in einer Erklärung..
Bei den Wobbeldurchgängen, bei denen ich den Amp direkt am NWT getestet hatte, waren solche Resonanzen nicht erkennbar.
Im Anhang habe ich zwei Bereiche markiert, zu denen ich sagen muss, dass Bereich B tatsächlich nur beim ersten Wobbeldurchlauf aufgetaucht war. Zum Bereich A habe ich momentan keine schlüssige Antwort. Aber auf und rund um meinen Balkon befindet sich eben auch Metall. Da ist beispielsweise die Brüstungsabdeckung aus Kupfer als auch die Regenrinne oberhalb. Das meinte ich damit, als ich schrieb, man muss alles miteinbeziehen. Wäre das nicht so, dann wären ja die teuren EMV Labbors wesentlich einfacher ausgestattet (Reflexionsfreiheit). Meine Apparate werde ich aber bei aller Liebe zum Detail nicht 4km auf ein freies Feld schleppen

Nun meine Meinung:
Wenn man allerdings einen Amplitudengang ermittelt hat, dann kann man zumindest Aussagen machen wie: linear von Frequenz a bis Frequenz b mit xdB Varianz und/oder... oberhalb Frequenz c bis Frequenz d steigt der Pegel um y dB.

Mir kommt es darauf an, dass ich eine kleine drehbare Antenne zur Verfügung habe, die die Bänder <=10MHz erfasst. Diesen Zweck erfüllt mein Aufbau.

vy 73
Andy
DK3JI

Günter:
Kannst Du das formelmässig auseinanderverpussmuckeln? HI
Andy

Günter:
Ich habe es mal so gerechnet:
a) Thomsonsche Schwingkreisformel
b) umgestellt nach L
c) Annahme ca. 110pF für den halben Umfang der Loop (eben bis zur Trennstelle)
Daraus ergibt sich bei der ersten Resonanzstelle ein L von ca. 0,2uH
So scheint es mir plausibel

vy 73
Andy
DK3JI

Hallo Günter,

ok- für die gesamte Windung sei dann mal L=4µH

Nach der bekannten Formel ist:

L=(µo*µr*N*N*D*pi)/(l*4)

im einen Fall ist N=1- hierbei ist diesem N aber nicht auf dem Umfang der Schirm parallel geschaltet, sondern es gibt eben die Öffnung des Schirms.

Mein Gedanke- rechne ich nun mit obiger Formel weiter und setze für N=0,5 so ergibt sich:
L/16 ... also 4µH/16

also rund 0,25µH

in Verbindung mit dem gedachten C Belag für die halbe Schleife von ca. 110pF landet man dann ungefähr bei der Resonanzfrequenz von 32MHz

Ich bin ein wenig großzügig, da ich nicht alle Werte nachgemessen habe. Insofern bleibt es für mich plausibel.

vy 73
Andy
DK3JI

@all:

..nach meinem Gedankengang habe ich EINE Resonanzstelle erklärt...doch die Messung zeigt zwei weitere. Wie ich die dann erklären könnte, ist mir noch nicht klar

Andy
DK3JI