PA3GZK's WIDE BAND ACTIVE LOOP RECEIVING ANTENNA

EEN BREEDBAND ACTIEVE LOOP ONTVANGER ANTENNE, EEN ONTWERP VAN PA3GZK

For English click on flag.

11-nov-2017

 

 Links, de loop als groen gekleurde opvallende "struik" in mijn tuin en rechts het model dat in dit artikel beschreven wordt en als proef in PA3GZK's tuin is opgesteld.

INLEIDING

Als men voor het ontvangen van radiosignalen geen plaats heeft voor een antenne van voldoende lengte, kan een kleine actieve antenne de oplossing zijn. Op Internet zijn daar genoeg ontwerpen over te vinden. Alleen wanneer men ook nog een systeem wenst dat in staat is om storende signalen te verminderen of te onderdrukken, dan voldoen vele publicaties daar niet aan. Het volgende ontwerp heeft die eigenschap wel en dat kan men beluisteren als MP3 verderop in dit artikel!

PA3GZK heeft een flink aantal actieve antennes in allerlei vormen (na)gebouwd en er uitgebreid mee geëxperimenteerd. De hier beschreven antenne (fig») gaf veruit de beste resultaten en is het resultaat van vele testen met allerlei schakelingen en systemen. Voor een goed werkende antenne en een behoorlijke symmetrie van het systeem, is het aan te bevelen om ook de mechanische constructie zo goed mogelijk te volgen.

Bij mij is de ontvangst nu veel rustiger. Op 80 m is hier veel storing van S7 tot S9. Een zender van S8 dat met veel moeite te verstaan is, wordt met deze actieve antenne ook ontvangen met S8. Omdat ruis of storing behoorlijk verminderd zijn, is het station zonder moeite te volgen. Anderen hebben ook ondervonden dat het systeem goed werkt. Iemand in Breda kon met goed fatsoen niet meer op 80 m luisteren, maar met een door PA3GZK gemaakte antenne is het weer mogelijk geworden om aan het 80 m verkeer deel te nemen.

ALGEMENE BESCHRIJVING

De voorgestelde afgeschermde breedband (± 200 MHz) actieve loop antenne voor ontvangst, maakt in het algemeen het luisteren veel aangenamer door relatief minder storing. Het is bekend dat een antenne om te zenden tevens goed werkt als ontvanger antenne, alleen wordt vergeten dat ook alle stoorsignalen evenredig sterk aanwezig zijn. Daarom is PA3GZK van mening dat je eigenlijk twee antennes moet hebben: een eerste voor zenden en een tweede speciaal gemaakt voor ontvangen. Dat laatste is het meest nodig op de lagere frequentiebanden. Bij gebruik van twee gescheiden antennes heeft men een transceiver nodig met een aansluiting voor zenden en een ander voor ontvangen. Het kan ook met een tweede ontvanger dat tijdens zenden dichtgedrukt kan worden.

Met de antenne in dit artikel heeft veel minder last van fading (QSB) zoals met een dipool of andere vergelijkbare antennes. Het E veld dat in het nabije veld de meeste storing veroorzaakt, wordt zeer goed onderdrukt omdat de antenne binnen dit gebied hoofdzakelijk op het H veld reageert. Door de antenne te draaien kan men een bepaalde storing soms volledig stil krijgen zonder dat het gewenste NVIS signaal zwakker wordt. Met DX signalen is er wel een richting gevoeligheid vastgesteld. Vergeleken met een referentie antenne was met deze loop de ontvangst van hetzelfde signaal gemiddeld 1 S punt lager. Als referentie diende een klassieke Zepp antenne voor 40 en 80 meter op ongeveer 20 meter hoogte, terwijl de loop op een paal van 2 meter stond. De signaal ruis of signaal storing verhouding is met de loop veel beter en dat kan men beluisteren met de MP3 bestanden in dit artikel. 

Het voorgestelde formaat van 120 cm diameter is een in de praktijk bewezen compromis tussen het gewenste signaal en een verminderde storing. Groot meer signaal, minder richteffect, klein scherp richteffect en minder S punten bij het ontvangen. Verder kunnen bij een groter model meer intermodulatie producten ontstaan en een storend signaal is dan niet zo goed uit te richten is de ervaring van de ontwerper. Regelmatig gebruikt hij voor zenden en ontvangen een loop van 3.8 meter diameter gemaakt van 3 cm dik koper. Daarmee is op 80 meter het resultaat evengoed als met zijn Zepp antenne en storing is ongeveer even sterk, ook als deze loop gedraaid wordt om zo de storing te verminderen. Luister naar het MP3 bestand in dit artikel.

Het is ook gebleken dat gebladerte dat tegen de antenne aanleunt, geen merkbare negatieve invloed heeft op de werking, zodat bij voorbeeld ophangen of camoufleren in een boom geen probleem is.

De antenne is gebouwd met 15 mm buis van zacht koper en is ontworpen als afgeschermde symmetrische loop. Dat werd gedaan om de storende invloed van omringende geleidende objecten, zoals bij voorbeeld bomen, schuttingen en afrasteringen, zoveel mogelijk te minimaliseren. Dat hebben veel amateurs met andere ontwerpen ondervonden.  Tijdens testen met vorige constructies en modellen is gebleken dat een lichte verstoring van een symmetrische constructie al nadelig is voor het onderdrukken van storing.

De actieve loopantenne kan zonder probleem dichtbij een zendantenne geplaatst worden. Bij PA3GZK staat de zendantenne op 4 meter afstand van de loop, die nog steeds intact is ondanks soms 1 KW zendvermogen. Bij mij is de afstand loop en andere antennes ongeveer 12 meter. De geïntegreerde ontvanger is aan de ingang gescheiden voor gelijkspanning en beveiligd voor signalen groter dan 0.6 volt.

OPNAME MP3 BESTANDEN

PA3GZK deed de test met een Kenwood TS-480 afgestemd op de 80 meter band en het de storende boerenbedrijf was op ongeveer op 500 meter afstand. Er wordt in de opname geschakeld tussen een 40 meter Zepp antenne of een magnetische loopantenne met een diameter van 3.7 meter. De actieve loopantenne werd zodanig gedraaid dat het stoorsignaal onderdrukt werd.

Geluisterd werd de eerste 10 seconden met de Zepp, vervolgens 10 seconden de grote magnetische loop, dan weer 10 sec. Zepp, dan 10 sec. actieve loop, dan weer 10 sec. Zepp en als laatste actieve loop. Klik op MP3-1.

In de volgend test hoort men het verschil tussen een de ZEPP en de actieve antenne. Er wordt steeds tussen beide antennes geschakeld. Klik op MP3-2.

Bij deze test hoort u het verschil als de actieve loop van en naar een sterk storende bron op ongeveer 500 meter afstand wordt gedraaid. Klik op MP3-3.

IC INA-02186



Het IC INA-02186 is inmiddels "vintage" geworden en meerdere lezers mailen dat er modernere types zijn. Echter PA3GZK heeft ondervonden dat de opvolgers toch niet zo goed bestand tegen oversturing zijn.
Het IC wordt nog steeds via eBay aangeboden.
  

 

INTERMODULATIE

 Marker 1D = 3.58 MHz van 2 tonen generator 

Marker 2D = 4 MHz van 2 tonen generator 

Marker 3D = intermod signaal van 3e orde =-33 dBm 

Marker 4D = intermod signaal van 3e orde = -27 dBm 

Het signaal van de 2 tonengenerator was - 26 dBm (S9 + 50 dBm) op de ingang van de versterker. 

Het is onwaarschijnlijk dat zo'n sterk signaal ooit door de antenne ontvangen wordt.

 

Marker 1D= 3.58 Mhz van 2 tonengenerator 

Marker 2D = 4 Mhz van 2 tonengenerator 

Marker 3D = intermod signaal van 3e orde = -55 dBm 

Marker 4D = intermod signaal van 3e orde = - 55 dBm 

Het signaal van de 2 tonengenerator was - 36 dBm (S9 + 35 dBm) op de ingang van de versterker. 

Men kan zien dat er een heel sterk signaal voor nodig is om de versterker te oversturen.

MONTAGE

 

In het eerste schema had de 330 Ohm weerstand een waarde van 240 Ohm. Met korte coaxkabels ging het IC soms oscilleren en daarom werd de weerstand verhoogd. Ook de voedingsspanning, dat met R ingesteld kan worden, werd verlaagd naar 5,5 Volt.

Het IC heeft een hoge versterkingsfactor en een goede verbinding met massa is dan ook een eerste vereiste om genereerneigingen te voorkomen. Sommige nabouwers hadden te maken met een oscillerende versterker. Om dat te voorkomen moet ervoor gezorgd worden dat beide lippen steeds direct kontakt met elkaar hebben. Dus niet gescheiden door een gefreesd gleufje, maar gesoldeerd op hetzelfde "eilandje" of spoortje.

POTMETER R

Het blijkt dat men het beste potmeter R afregelt op de minste ruis, dus niet op maximale S-meter aanwijzing. De signaal-ruisverhouding is dan optimaal.
Hier wordt de schakeling gevoed met 13.8 V. Als de potmeter te ver opgedraaid wordt, oscilleert het systeem en hoort men een sterke ruis. Dat houdt op met een lagere weerstand van R. Het beste resultaat bij mij wordt bereikt met een stand van R, waarbij de opgenomen stroom uit de 13.8 V voeding ongeveer 30 mA is.

MECHANISCHE CONSTRUCTIE

"HARDWARE"

Zacht koper buis 15 mm lengte 4 meter. 

Messing T stuk 15×22×15 knelkoppeling. 

Messing eindkap 22 mm knelkoppeling. 

Koper buis 22 mm lengte 15 cm. 

Kunststof T stuk 15×15×15mm. 

PVC of polyester buis 32 mm lengte 160 cm. 

Trespa plaatje dik 6 mm 13×6 cm. 

RvS draadeind M6 4 moeren en ringen. 

PL chassis deel. 

Het IC INA 02-186 is te koop op eBay.com 

De datasheet is te vinden bij Alldatasheet.com

 Behalve het IC en een PL chassisdeel kan men de rest in een reguliere bouwmarkt verkrijgen.

Voor een beetje handige knutselaar (DIY builder) zullen de volgende foto's duidelijk genoeg zijn om de antenne succesvol in elkaar te zetten. In het oorspronkelijke ontwerp werd voor de buis en draad een dikke coaxkabel gebruikt. De huidige constructie is gemakkelijker in elkaar te zetten en de diverse mechanische componenten zijn standaard, zodat het verkrijgen ervan geen probleem mag zijn.

  

De 15 mm doorsnede zacht koperen buis (van een bouwmarkt) is 4 meter lang, zodat er feitelijk twee gemakkelijk te buigen stukken van 2 meter nodig zijn.

De "buiglijn" is met een krijtje en een stukje touw op de ondergrond aangebracht.

   

Het kunststof T stuk dat aan de standbuis aangebracht wordt, afdichten met geschikte kit zoals Polymax, zodat er geen (condens)vocht bij de versterker kan komen.

 Daarmee en met de toegepaste "hardware" wordt de hele constructie lucht en waterdicht

 

De soepele geïsoleerde draad hoeft niet concentrisch (in het midden) van de buis te liggen.

 De versterker en de fantoom voeding zijn hier volgens de Manhattan methode gemaakt, d.w.z de soldeer eilandjes zijn gelijmde strookjes printplaat.

De versterker in de 22 mm koperen buis schuiven en aan de kant waar een uiteinde van de soepele draad van de antenne aan massa komt te zitten, de massa van de print met een flinke soldeerbout aan hetzelfde punt aan de binnenkant van de buis solderen. Het andere eind van de draad aan het eilandje van de ingang van het IC is solderen.

 

 

Soldeer beide kanten van de print aan de («fig) binnenzijde van de buis. Het beste gaat het door eerst met een geschikte soldeerbout twee stevige stukjes draad aan de buis te solderen en daarna pas de print aan de draden.

 

 

  

De kunststof standbuis is een afgezaagd ex militair mastdeel, dat regelmatig op vlooienmarkten of eBay aangeboden wordt.

Men kan eventueel het geheel in een gewenste kleur schilderen. 

Als het koper onbeschilderd oxideert, maak het niets uit voor de werking van de antenne.

EMI/RFI

Bij vorige modellen werd een kunststof doos voor de versterker gebruikt. De buitenmantel van de coaxkabel werkte als antenne voor het uitgezonden signaal en verstoorde daarmee de werking van de IC versterker. 

RFC1: Mantelstroom filter, ringkern 4C4, 14mmØ, 9 windingen dunne coax.

Om dat te onderdrukken werd een (fig») choke balun (mantelstroom filter) ingebouwd. Met het hier gepresenteerde model is de smoorspoel niet nodig gebleken. Nochtans als er bij een nagebouwd exemplaar met een metalen behuizing enige instabiliteit optreedt, kan een kabelonderdrukker toegepast worden.

 

 

PE1ADY maakte en 8-vormige loop en schreef onder andere: "Nog bedankt voor het ontwerp van deze loop antenne.

Ik heb de antenne met veel plezier in elkaar gezet en het werkt heel goed!

 

 

 

 

De breedband versterker is met SMD spul gemaakt; het is heel klein geworden en werkt super goed. Voeding met regelaar zit in een mooi kastje (spanning is iets verlaagd ). Als geschakeld wordt tussen tussen een G5RV en de actieve loop, dan wint de loop het". 

 

PA3GZK

Als U vragen heeft of meer informatie wil hebben, neem dan direct contact op met de ontwerper PA3GZK. Zijn email adres is pa3gzk@amsat.org.