Nicht wetterfest, Aufbau im Dachspitz hängend mittels Schnur.
Einfachst möglicher mechanischer Aufbau, möglichst wenig sägen/bohren/fräsen etc.
Keine Spezialbauteile und keine Rohre/Bänder, billige und vorhandene Teile, keine Notwendigkeit für eine Platine
Kein Abgleich
Möglicht gute Unterdrückung des E-Feldes
Frequenzbereich ca. 70 kHz - 50 MHz ohne Abstimmung
Versorgung aus USB-Quelle und Fernspeisung bei 4,5 V
Ohne aufwendige Messtechnik inbetriebnehmbar
Keine Richtwirkung
Gut transportierbar ohne Zerlegungsarbeiten (Luke in den Dachbodenraum!)
Erreicht wurde folgendes:
Untere
Frequenzgrenze: NSY (Sizilien, MSK) auf 45.9 kHz vermutet, unterhalb
etliche Signale oder Störungen, bei ca. 30 kHz Störungen von
Schaltnetzteilen o.ä. gut sichtbar.
Obere Frequenzgrenze:
Funk und NOAA-Signale sind gut aufnehmbar aber ca. 10 dB unter einem
Dipol mit rauscharmen LNA mit SPF5043Z in Fernspeisung, 144.800 ebenso.
Da ein ferngesteuerter Antennenumschalter noch nicht fertig ist, kann
ich keinen zeitnahen Vergleich durchführen. 3dB-Grenzfrequenz wird
somit bei ca. 50 MHz liegen (nicht verifizierbar meinerseits).
Störer:
erstmals konnte ich mehr als 2 lokale NDBs aufnehmen, das ganze Band
ist voller Stationen bzw. voller AM-Träger die aus dem Rauschen
herausstechen. Antenne ist trotzdem empfindlich auf
Schaltnetzteil-Störer, die verraten sich dann in den Harmonischen.
Echte Breitbandstörer sind schwer zu identifizieren wenn man immer nur
192 kHz des Signales auf einmal sieht. Tagsüber ist alles breitbandig
zugestört, ich vermute Gasentladungsleuchten in der Nähe (leider nicht
beeinflußbar...).
Montagebedingt empfindlich auf magnetisches
H-Feld und somit auf V-Polarisation der Strahlung in E-Bezug, dies
dämpft starke UKW-Radiostationen welcher hier in H senden.
Abgeschirmte
Loop bestehend aus zwei elektrisch parallelgeschalteten und um 90°
verdrehten Schleifen (Montage als "8" mit Gehäuse in der Mitte und
untere Hälfte um 90° horizontal gedreht), dies ergibt zwar Verluste,
aber dafür Rundumempfang.
Aufbau:
geschirmte Doppel-Loop (Durchmesser 2 x 80 cm) besteht aus
RG58CU-Koaxialkabel (2 Stücke zu je 2,5 m), der Kabelschirm ist jeweils
an einem Ende mit der Schaltungsmasse verbunden und am anderen Ende
offen um keine Kurzschlußwicklung zu haben. Innenleiter ist die
eigentliche Wicklung, diese wird per Balun auf unsymmetrisch gebracht
und via Transimpedanzverstärker im Kurzschluss betrieben und somit
breitbandig da die Kapazitäten kurzgeschlossen werden.
Das
E-Feld wird durch die Abschirmung unterdrückt und durch den niedrigen
Eingangswiderstand der Verstärkers weiter reduziert; Elektrische
Einstrahlung auf den ganzen Aufbau sollte also zu keinem Signal am
Verstärker führen.
Verbesserungsnotwendigkeiten
Gehäuse war nicht die optimale Wahl und die Kabel sollte man zum Schluß einlöten.
Bedrahtete
Bauteile sind zwar praktisch beim Auflöten auf die Massefläche, aber
ein SMD-Aufbau auf eine kleine Zusatzplatine (Leerplatine mit
Lötflächenmatrix) wäre besser gewesen.
Eventuell wäre es
besser, zwei fertige 2,5m Laborkabel mit BNC-Stecker zu verwenden als
einfache Meterware aufzulöten; dies würde aber 4 BNC-Buchsen erfordern
wobei 2 davon keine Masseverbindung haben dürfen.
Übertrager:
Wickeldaten sind übernommen von der FiFi-Loop plus zusätzliche
Mittelanzapfung auf der Primärseite für den Balun; hier könnte man die
Anpassung eventuell verbessern. Ich habe es so belassen, weil die
Funktion bereits gut genug war und ich nicht alles wieder auslöten
wollte.
Form der Loops und Mechanik allgemein: ich habe keine
Kreisform zusammengebracht, sondern nur annähernd quadratische Stücke
mit entsprechender Seitenlänge mit den Ecken oben/unten. Dies durch
eine mit Kabelbindern besfestigte Querstrebe (pro Loop) aus dünnen
Bambusstäben für Blumentöpfe. Aufhängung mittels Schnur am mittigen
Gehäuse und am oberen Loop-Eck.
Theorie in kürzester Form
Loop
wird näherungsweise im Kurzschluss betrieben (durch niedrige
Eingansimpedanz der 1.Verstärkerstufe: Basisschaltung), die Kapazitäten
werden kurzgeschlossen, auch jene zum Kabelschirm. Schwingkreisgüte
somit minimal und keine Resonanzüberhöhungen. Die Loopspannung
steigt mit der Frequenz, der Strom aus der Loop ist nur von den
Induktivitäten abhängig und ist konstant über die Frequenz da die
Impedanz der Induktivität mit der Frequenz steigt. Balun: Ringkern
mit Mittelanzapfung am Eingang -> symmetrisches Signal der Spule auf
Massebezug für den unsymmetrischen Verstärker. Verstärker 1.Stufe:
Basisschaltung, Arbeitspunkt via DC-Gegenkopplung C-B, vernichtet ca.
10% des Signales, dafür einfacher Aufbau. Durch die geringe
Versorgungsspannung ist Rc1 klein und Verstärkung gering, dafür
niederohmig für die nächste Stufe. Verstärker 2.Stufe:
Emitterschaltung, Arbeitspunkt via C-B Gegenkopplung und
Re-Gegenkopplung mit AC-Kopplung am Eingang; kann ersatzlos weggelassen
werden falls Signal zu hoch am Aufstellungsort. (eventuell Jumper o.ä.). Verstärker 3.Stufe: Emitterfolger, DC-Kopplung von der 2.(oder 1.) Stufe.
Funkionsbeschreibung:
Balun:
setzt die symmetrische Loop auf unsymmetrisch um und ergibt eine
Gleichtaktunterdrückung für Spannungen aus der elektrischen
Feldkomponente (diese fallen hier als Gleichtaktsignale an). Dies ist
einfacher zu implementieren als eine Differenzeingangsstufe und
reduziert auch die Gleichtaktaussteuerung.
T1 in Basisschaltung
um eine möglichst geringe Eingangsimpedanz für die Loop zu erhalten,
das schließt die Kapazitäten bestmöglich kurz und ergibt dadurch erst
die Breitbandigkeit.
Da die Schaltung für
5V-Fernspeiseversorgung ausgelegt ist (ergibt ca. 4,3..4,5V am
Eingang), muss man auf die Spannungsabfälle an Serienwiderständen
achten, somit hat die Basisschaltung eine Besonderheit: Normalerweise
nimmt man einen Widerstand zur DC-Gegenkopplung zwischen Emitter und
Masse und via konstanter Spannung Basis gegen Masse ergibt sich ein
Stromquellenverhalten, und damit kann man Induktivitäten im
Kollektorkreis betreiben.
Hier wird als Arbeitswiderstand im
Kollektor ein Widerstand R1 für die Breitbandigkeit verwendet, somit
kann man sich den Emitterwiderstand sparen, wenn man eine
DC-Spannungsgegenkopplung R2-R3 verwendet. Geeignet dimensioniert
erreicht man damit:
Spannung am Kollektor in etwa halbe Betriebsspannung
ca. 10% Signalverlust durch die Last R2
kein Zusatzspannungsablfall
Zusammen mit der niedrigen Betriebsspannung ergibt sich dann auch:
R1 groß genug für akzeptable Stufenverstärkung, aber nicht zuviel des Guten
R1
klein genug um keinen zu hochohmigen Ausgang zu erhalten (die nächste
Stufe belastet ja den Ausgang, und die Kapazitäten begrenzen die
Bandbreite)
R1 ergibt zusammen mit der Betriebsspannung einen
Kollektorstrom von ca. 8mA, welcher ideal in der Kurve der maximalen tT
(Abhängig von Ic) und des minimalen Rauschens (abhängig von der
Quellimpedanz) liegt.
Solange man nicht einen
AM-Orstsender in der Nähe hat, ist die Großsignalfestigkeit in Ordnung,
ich habe mit einer Doppel-1m Loop keine Intermodulationen im Spektrum
erkennen können. Das 41m Rundfunkband weist bei mir die höchsten Pegel
auf.
T2 (dezidierter HF-Typ) soll nur um ca. 6dB verstärken und
die Spannungsteilung am Ausgang kompensieren, er ist doppelt
gegengekoppelt für einen stabilen Arbeitspunkt und geringer
Verstärkung. Bei zu hohem Signalniveau kann man die Stufe weglassen und
C3 und R4 mit 0R bestücken.
T3 arbeitet als unsymmetrischer
Emitterfolger und Kabeltreiber. R8 und der Abschlußwiderstand am
anderen Kabelende teilen die Spannung dann noch um mindestens die
Hälfte.
Die Fernspeiseweiche besteht aus eine Kette von 3 Induktivitäten, damit kann man einen großen Frequenzbereich abdecken.
Beobachtungen
Deutlich weniger Störungen als eine passive elektrische Loop am selben Aufstellungsort.
Passive elektrische Loop hatte in ihrer Resonanz bei ca. 9 MHz stärkeres Signal, dafür starker Abfall zu tiefen Frequenzen.
Rauschgrund
etwa 20dB über dem FiFi-SDR Leer-Rauschgrund, sinkt mit der Frequenz
dann ab auf den FiFi-SDR Leer-Rauschgrund bei ca. 20MHz
Einige
sehr lästige Störer sind nach wie vor vorhanden: LW/MW: etwa 5..10kHz
breite Störer; 49m Rundfunkband gestört (ca. 5,5-6,5MHz) mit breitem
rauschartigen Signal, 41m Rundfunk praktisch frei.
Ab ca. 15
Mhz aufwärts keine Störer mehr; ADSL im Haus, Nachbar könnte PLC haben,
Gasentladungsleuchtmittel in der Nähe Z10 m). Eigener Bereich so gut
wie entstört, mehrere Schaltnetzteile konnten mit dieser Antenne als
starke Störer ermittelt werden.
Ein einfacher dezidierter
Taschen-Weltempfänger aus Anfang 80er Jahre mit Drehko-Abstimmung und
eingebauter Ferritantenne bringt am Aufstellungsort auf LW und MW
besseres Signal als die Loopantenne mit einem FiFi-SDR, ein Eumagnus
Röhrenempfänger mit drehbarer interner Ferritantenne ist meine Referenz
für MW/LW, da spielt nichts besser.
Fazit
Sehr empfehlenswert, hätte ich schon viel früher aufbauen sollen; sehr bequem in der Bedienung da keine Abstimmung notwendig. Kosten sind gering, außer man treibt einen hohen mechanischen Aufwand für z.B. Außenmontage.
DC-Einspeisung kann per SDR-Empfänger Bias-Tee (falls vorhanden, z.B. FCD) erfolgen, oder eigener Aufbau:
Als
Nachtrag zu meinem Entwurf habe ich in einer aktuellen kreativen Phase
auch schnell eine PCB entworfen, welche einen einfacheren Aufbau
möglich machen soll.
Die Schaltung ist 1:1 der Vorlage nachgestellt, die PCB-Bauteile sind teilweise als Varianten verwendet:
Loopanschlüsse:
BNC-Buchsen zur Verwendung fertiger Laborkabel, 2.Loop wahlweise für
90° Verdrehung. Man kann aber auch Kabelreste mittels Kabelbinder
fixieren und die Kabel verlöten.
Balun/Übertrager: kein Fertigteil, sondern Anschlüsse für den selbstgewickelten FT37 in 2 Varianten zum Anlöten.
Elko: SMD oder bedrahtet möglich.
Verstärkerstufen: alles in SMD.
DC-Buchse: falls man doch nicht fernspeisen will hat man einen Anschluss für ein rotes Kabel oder auch die Buchse selber.
MagLoop1
