Zpět

Širokopásmové smyčkové antény

Proč?
Klasické rámovky jsou vhodné i pro přijímače horší kvality, protože jsou laděné a omezují tím intermodulace v přijímači. Mají ale i velikou nevýhodu - předpokládá se jejich umístění v bytě u rádia. A to je problém - právě tam je největší rušení z elektrické sítě od moderních elektrospotřebičů. Přestože jsou rámovky poměrně necitlivé k blízkým zdrojům rušení, především na středních vlnách je ho tolik, že v něm slabší stanice zmizí. Stačí ale vynést rámovku na zahradu a je po problému. K tomu ale potřebujeme anténu, kterou není třeba ladit a která venku vydrží. Na podobném principu se vyrábějí i tovární antény, např. od firmy Wellbrook, jako ALA 1530 nabo ALA 100. Liší se velikostí smyčky, od zhruba 1m v průměru až po mnohametrové čtvercové maxismyčky připomínající loopy pro vysílání v krátkovlnných pásmech.

Zkušenosti a reference majitelů jsou vesměs pozitivní, to naznačuje že jde o použitelný princip. Antény ALA mají obdobné vlastnosti jako rámovky, tedy osmičkový vyzařovací diagram se dvěma úzkými hlubokými minimy v ose smyčky. Antény netrpí ani na intermodulace a jiné parazitní signály, díky kvalitnímu odolnému zesilovači. Jeho zapojení ale výrobce pochopitelně tají a cena v přepočtu mezi 6000,- až 9000,- korunami není zrovna lidová, alespoň pro našince.

Proto vzniklo několik pokusů o domácí konstrukci širokopásmové smyčkové antény z finančně i technicky dostupných zdrojů. Prvním otazníkem je samotná anténní smyčka. Zatím jsem viděl tři možné konstrukce:

Vícezávitová smyčka byla použita u návodu z Elektoru ve spojení s třítranzistorovým zesilovačem. V původním provedení šlo o několik závitů libovolného drátu kolem okenního rámu. Předpoklad konstruktéra zřejmě byl ten, že vícezávitová smyčka dodá také větší výstupní napětí. První pokusy jsem proto prováděl se smyčkou z bílé dvojlinky CYH, tedy s dvouzávitovou smyčkou. Možná s výjimkou nejmenších rámů o průměru kolem 1m ale vícezávitová smyčka nemá smysl a přináší víc problémů než užitku. Především už při hraně smyčky kolem 1,3m se dostáváme k celkové délce drátu kolem 10m a to je rezonanční délka pro kmitočty kolem 30 MHz. U větších antén se posouvá k nižším kmitočtů a může vadit. Navíc je nutné počítat i s kapacitou mezi vodiči, která může posunout rezonanci k ještě nižším kmitočtům. V praxi jsem u některých provedení skutečně pozoroval velmi dobrou účinnost v okolí CB pásma, stejně jako špatnou funkcí na krátkovlnných kmitočtech. U některých provedení ani nebylo znát, že by vícezávitová smyčka dodávala silnější signál než jednozávitová, jindy byl rozdíl jen minimální.
Proto jsem přešel k jednozávitové smyčce podle obrázku b), která se ukázala jako vyhovující pro většinu aplikací. Většinou jsem zkoušel čtvercové smyčky o hraně kolem 1 - 1,4m, které jsou ještě přijatelně velké a je možné takovou anténu dát i na rotátor.
Stíněná smyčka podle obrázku c) ještě na praktické vyzkoušení čeká. Je použitá u návodu na Miniloop, elektrické stínění by mělo pomoci k hlubším minimům a k ještě většímu omezení nežádoucího rušení z elektrické sítě. V podstatě jde o smyčku z koaxiálního kabelu, pro připojení konců k zesilovači lze výhodně použít např. konektory PL. Důležité je přerušit stínění kabelu na protilehlé horní straně - stínění NESMÍ tvořit uzavřenou smyčku. Střední žíla koaxiálního kabelu potom funguje jako vlastní anténa.

Nejjednodušší konstrukcí je pasivní smyčka. Ta je popsána na stránkách www. bamlog.com.


Smyčka má délku hrany cca 2 metry. Popsaný převodní transformátor 1:1 lze v našich podmínkách nahradit např. oddělovacím transformátorem s 2x15 závity na toroidu Amidon FT50/43. Ještě lepší výsledky by pravděpodobně byly s dvojděrovými jádry Amidon BN 43/202 nebo BN 73/202, s 2x7 až 10 závity. Zajímavá je také varianta napájecího bodu na rohu smyčky, kdy se údajně osmičkový symetrický diagram změní na mírně jednosměrný. Sám jsem pasivní smyčku letmo zkoušel s testovacím rámem o hraně 1,4m a transformátorem z neznámého "kořistného" toroidu. Anténa pracuje, ale v daném případě stačila jen na silnější stanice. O kolik by se příjem zlepšil s větší smyčkou a lepším transformátorem jsem nezkoušel. Dá se předpokládat, že anténa by pro příjem slabých vzdálených stanic stejně nevyhověla.

Dostáváme se k aktivním rámům. První konstrukcí, která se objevila, je širokopásmová anténa s třítranzistorovým zesilovačem, popsaná v časopise Elektor 1/2000 a následně také v Amatérském rádiu o rok později.V původní podobě šlo o několikazávitovou smyčku o velikosti cca 1,5x1,5m, okolo okenního rámu. Připojuje se přímo na symetrický vstup zesilovače, bez transformátoru.

Smyčka z dvojlinky o hraně cca 80 cm s tímto zesilovačem dávala velmi, až zbytečně silný signál, na středních a dlouhých vlnách ještě silnější než KAA1000. Bohužel ale s intermodulacemi a poměrně silným šumem. Na vyšších kmitočtech krátkých vln už účinnost antény slábla.
Směrové vlastnosti ale zůstaly zachovány a anténa je necitlivá na místní rušení, takže i přes výše uvedené nedostatky umožnila zachytit několik stanic které na všesměrovou anténu zanikly.
První pokusy s širokopásmovou smyčkou dokazují, že jde o použitelný princip, v tomto případě ale jsou problémy s odolností zesilovače které limitují použitelnost.

Na dalším obrázku je upravené zapojení, kde jsou tranzistory na vstupu nahrazeny typy BC549 a BC559. Oba typy mají na rozdíl od původních shodné vlastnosti, proto bylo nutné změnit zapojení tak aby byly oba otevřené symetricky a na jejich emitorech byla přibližně polovina napájecího napětí.Na výstupu jsem použil tranzistor BFR 96.Výstup je zároveň upravený pro napájení po kabelu.

Zkušenosti jsou povzbudivější, anténa se citlivostí na středních vlnách blíží miniwhipu,signál není tak silný jako u předchozí varianty. Na krátkých vlnách citlivost klesá, ale u vyšších kmitočtů opět stoupá a např. na CB pracovala celkem dobře, což možná souviselo se zmíněnou délkou použité smyčky. Limitem antény je prozatím také odolnost zesilovače. Přes den je anténa dobře použitelná, ale v noci kdy síla signálů stoupne se objeví intermodulace a zázněje, svědčící o zahlcení zesilovače. Zkoušel jsem také na rám navinout dva závity dvojlinky, tedy použít vinutí o čtyřech závitech. To už ale bylo na zesilovač moc i ve dne. Další pokusy byly s vložením odporu mezi emitory vstupních tranzistorů, ale ani to se neosvědčilo.Nejen že prudce klesalo zesílení, ale navíc se smyčka přestávala chovat jako rám a ztrácela směrovost - s větší impedancí v zátěži nepracuje. Anténu jsem zkoušel se skládacím rámem a hranou smyčky cca 1,4m.

Na rámu tedy byla dvojzávitová smyčka z bílé dvojlinky. Zatím jsem nezkoušel toto upravené zapojení v kombinaci s jednozávitovou smyčkou, případně ještě zmenšenou.

Ve snaze odstranit průlezy a intermodulace vzniklé v třítranzistorovém zesilovači jsem našel také následující zapojení jednoduchého anténního předzesilovače podle W7IUV:

První pokusy ukázaly, že zesilovač skutečně pracuje celkem dobře. Podle původních pramenů se používá především k anténám typu Flag, EWE, K9AY apod. Údajně se jedná o nízkošumový zesilovač, ale po praktických zkouškách o tom trochu pochybuji a myslím si že pro antény jako je Flag nebo EWE, které mají velmi malý zisk by kvůli velkému vlastnímu šumu nevyhověl.

Zapojení je mírně zjednodušenou variantou notoricky známého zapojení, které lze v mnoha podobách vysledovat v časopisech i literatuře už od osmdesátých let. Vstup zesilovače je navázán se smyčkou transformátorem 1:1 podle předchozího návrhu. Anténu jsem s tímto zesilovačem zkoušel v různých provedeních, jednou s transformátory z neznámých dvouděrových jader, podruhé s toroidy FT50/43. Nepozoroval jsem mezi nimi zásadní rozdíl. Tranzistor je nutné nasadit na chladič - odběr zesilovače při 12V napájení dosahuje až 80 mA.
Nejlépe pracuje na středních a dlouhých vlnách, kde se vyrovná ostatním anténám co do síly signálu, účinnost antény směrem ke krátkým i velmi dlouhým vlnám ale klesá. Nedostatek je v poměrně velkém vlastním šumu, stanice které byly na Miniwhip nebo klasickou drátovou anténu ještě slabě slyšet už smyčka s tímto zesilovačem nezachytila. U běžných stanic na středních vlnách, kde nejde o příjem extrémně slabých stanic na hranici slyšitelnosti ale vyhoví a díky směrovosti umožní slyšet stanice které jsou na všesměrovou anténu "namíchané" dohromady.
Odolnost proti místnímu rušení je velmi dobrá. Parazitní signály jsem nepozoroval, až na jednu výjimku. Tehdy jsem zkoušel smyčku z dvojlinky, tedy o dvou závitech. Přitom se zesilovač po odpojení zátěže rozkmital a vyzařoval i do okolí. Stačilo ale jen zatížit kabel od antény zakončovacím odporem a kmitání i vyzařování ustalo. To je důležitá připomínka např. při přepínání antén do jednoho přijímače.

Nakonec jsem smyčku s tímto zesilovačem nastálo namontoval doma na rotátor.

Prosinec 2012

Před několika dny jsem napsal, že se smyčková anténa v této podobě výborně osvědčila. Při prvním testování v pozdním odpoledni a podvečeru skutečně vše vypadalo nadějně. Ale později jsem zjistil, že směrovost antény není moc dobrá a minima jsou málo zřetelná. Někde byla směrovost antény znát, ale u silnějších signálů se prakticky ztrácí. Zatím tak ve směrovosti vítězí malá aktivní rámovka. V současné době testuji druhou anténu a druhý zesilovač. Téměř jsem vyloučil "průsak" signálu z jiných antén a mezi kabely anténních rozvodů, problém vidím spíš v konstrukci vstupního oddělovacího transformátoru, nebo v konstrukci smyčky.

Únor 2013

Vyzkoušel jsem jiný vstupní transformátor, vinutý ne jako linkový na dvouděrovém jádru, ale jako oddělovací na toroidu. Tedy jedno vinutí o 15 závitech (FT50/43) na jedné polovině toroidu, druhé na protilehlé. Výsledek je hned veselejší - minima jsou natolik hluboká, že lze odladit např. Coutry radio na 1062 kHz zcela do šumu. Na bouráky typu Liblic nebo Dobrochova to sice nestačí, ale pro běžný poslech vesměs ano.

S druhým zesilovačem, který má sice linkové trafo, ale už na toroidu, jsem odzkoušel stíněnou smyčku ze zbytků koaxiálu RG58. Můžu jen doporučit, minima jsou hlubší a hlavně ostřejší.

Další možností je konstrukce antény Mini Loop podle následujícího odkazu:
www.radiopassioni.it/pdf/MiniLoopAMdefinitiva.pdf
V podstatě jde o zesilovač známý z Miniwhipu, doplněný transformátorem s poměrem závitů 2:80 pro přizpůsobení smyčky na vstup zesilovače. Tato anténa se ale příliš neosvědčila. Po připojení zesilovače ke smyčce se zesilovač rozkmitá a kmitání ustane až po snížení napájecího napětí k cca 7V. Zkušel jsem různé úpravy - zaplechování a stínění zesilovače, stíněnou smyčku, snížení převodu vstupního transformátoru, ale kmitání se objevovalo stále. Po snížení napájecího napětí sice anténa pracuje, ale nijak valně.

Jaro 2014

Dostáváme se k poslední variantě smyčkové antény, na kterou mě upozornil kolega z CSDXC a která byla popsána i v klubovém časopisu Radio Revue.



Další odkazy na tuto smyčkovou anténu jsou k dohledání na internetu, po zadání výrazu "HF active loop antena" do vyhledávače.


Podrobnosti jsou také v následujícím odkazu: http://www.qsl.net/m0ayf/active-loop-receiving-antenna.html
Zkušenosti s touto anténou jsou zatím velmi dobré. Proti ostatním variantám dává sice slabší, ale čistý signál bez šumu a interferencí. Ve starších odkazech byly použity tranzistory BFR96, v novějších nízkofrekvenční BC547. Já jsem použil osvědčené 2N2222 v kovových pouzdrech. Protože odběr zesilovače je poměrně velký, tranzistory si zaslouží i chladicí křidélka.

Shrnutí

Smyčkové antény obecně se sice nehodí pro extrémní dálkový příjem v nezarušených čistých lokalitách, kde budou zdaleka nejlépe pracovat klasické drátové antény. Odvedou však velmi dobrou práci v běžné zástavbě, kde je problém s rušením, na které jsou z běžných antén asi neméně citlivé. Další výhodou (i nevýhodou zároveň) je směrovost podobná např. feritové nebo rámové anténě. Umožní odsměrovat lokální zdroj rušení nebo nežádoucí vysílač. Jsou také velmi vhodné tam, kde není možná stavba klasické antény.
Posledně popisovaná smyčka se symetrickým zesilovačem a tranzistory 2N2222 dává signál sice slabší, ale čistý a dobře pracuje na krátkých vlnách. Lépe se také hodí tam, kde není možné postavit velkou anténu, i smyčka o rozměrech 1x1m dává uspokojivé výsledky. Smyčku se zesilovačem W7IUV, který víc šumí a dává celkově silnější signál, bych spíš doporučil těm ktěří mají zájem o středovlnný příjem. U těchto antén bez ohledu na použitý zesilovač jsem také pozoroval v některých případech špatnou směrovost - slabá neostrá minima příjmu. Stává se tak u větších a stíněných smyček, ale ne vždy. Příčinu tohoto jevu jsem zatím neodhalil.

Zpět