Hula Loop

 
I. Úvod

Popisuji závěry z nedávných experimentů, které jsem provedl s několika smyčkovými anténami malých rozměrů. Cíle experimentů jsem si stanovil předem a byly následující:
 
1. Stanovit si potřebný základní rozměr magnetické smyčky (průměr antény), která bude spolehlivě přijímat digitální signály FT8 v amatérských pásmech KV.
2. Stanovit, tj. změřit rozdíl v dekódovatelnosti signálů FT8 u smyčky s elektrostatickým stíněním (přerušený plášť koaxiálního kabelu) a smyčky bez elektrostatického stínění.
3. Stanovit vliv impedančního přizpůsobení antény v místě jejího propojení s předzesilovačem.
4. Ověřit vliv dvou základních vazeb smyčky s předzesilovačem na dekódovatelnost FT8 a na výstupní úroveň signálu.

II. Provedení antén (základní schémata na obrázcích č. 1, č. 2 a č. 3, dole pod sebou):

III. Výsledky stručně

č. 1: Anténa vyrobená podle obrázku č. 1 mě potrápila při jejím zhotovení. Sehnal jsem si zbytek jakéhosi telekomunikačního kabelu, jehož stínění tvořila Cu trubka, dielektrikum polyetylén a vnitřní vodič Cu drát. Mechanická práce s takovým kabelem nebyla jednoduchá, pájení měděných částí téměř nemožné, a to i s použitím vysokých výkonů pájedel. Kabel navíc v místě horního přerušení pláště ztratil tuhost, kterou získal až připevněním plastové bandáže a ochrany proti zatékání vody. Bohužel, s anténou v tomto provedení jsem nenaměřil lepší dekódovatelnost signálů FT8 ve srovnání s dalšími porovnávanými smyčkami.

č. 2: Anténu v tomto provedení nazývám Hula Loop. Tato anténa používala zářič vyrobený z jemného Cu lana o průřezu asi 2.5 mm². Použil jsem zbytky tence smaltovaného vodiče Rupalit od firmy Rudolf Pack GmbH & Co. KG, Am Bäuweg 9-11, D-51645 Gummersbach. Vodiče byly lesklé, smaltované velice tenkou vrstvou laku, která umožňovala snadné pájení. Lano bylo chráněné krytem z rozříznutého kruhu na cvičení (který bývá označován jako Hula Hoop, proto označení anrény Hula Loop). Zkoušel jsem antény s průměry cca 85 cm a cca 101 cm. Smyčka 85 cm mi vyhovovala pro všechna pásma KV, větší smyčka přijímala dost dobře od středních vln.

Lepších výsledků jsem dosahoval s předzesilovačem podle RA0SMS, který jsem popsal (včetně odkazů a fotografie) zde. Smyčková RX anténa velikosti 85 cm je fakt dobrá. Dolaďování na vstupu zesilovače AD8129 je příjemné a nepříliš ostré. Rovněž netvrdím, že použitý zesilovač se vyznačuje nízkou vstupní impedancí, srovnatelnou např. s provedením LZ1AQ. Dosažená dekódovatelnost FT8 a odstup S/N však byly však srovnatelné, rozhodně ne horší, než u antény č. 1 zhotovené z koaxiálu. Prvně jsem zapochyboval, zda parametr vyššího potlačení elektrické složky pole je důležitý.

č. 3: Tato anténa používala stejný zářič, jako anténa předchozí (ted jemné lano Rupalit, Cu o průřezu asi 2.5 mm²). Při použití stejného zesilovače, jako u č. 2, osazeného AD8129 však byly výstupní úrovně signálů nižší a rozdíl v dekódovatelnosti FT8, resp. S/N nebyl zjistitelný. Pokud si však dáme práci s výrobou vhodného zesilovače z diskrétních součástek, lze s tímto typem vazby docílit slušného odstupu S/N, nepatrně lepší dekódovatelnosti FT8 signálů. Náměty nalezneme např. zde.

Pokud chceme experimentovat s vhodným typem předzesilovače, dávám námět na zapojení LZ1AQ - odkaz zde. LZ1AQ použil diferenciální zesilovač s velmi nízkou vstupní impedancí. To snižuje citlivost smyčky na elektrickou složku pole. Zapojení je známé, bylo vícekrát publikováno. Slušný popis, včetně výsledků vlastních experimentů popsal hezky OK1RR zde. Bohužel, více experimentátorů, včetně mě i Martina, OK1RR dospělo ke stejným závěrům: "Lze sice dosáhnout mírného snížení hladiny šumu na některých frekvencích, ale změna není v žádném případě nikterak významná, proto bylo ponecháno nejjednodušší řešení vstupního obvodu bez transformátoru."

IV. Použitý předzesilovač
 

Tipy na provedení předzesilovačů jsem dal i s odkazy v předchozím textu:

1. Stále používám zesilovač RA0SMS s AD8129, protože ho mám.
2. Vynikající zesilovače vyvinuli kluci z party kolem PA0FRI a jejich vlastnosti jsou podložené mnoha experimenty.
3. K tomu nejlepšímu pak asi patří provedení LZ1AQ a OK1RR.

U předzesilovače je důležitá jeho intermodulační odolnost. A taky moje nedůvěra k antiparalelnímu zapojení většího množství diod na vstupu. Samozřejmě, že hodně zjednodušující představa je, že se nelineární vlastnosti diody uplatní až při vysokých úrovních signálů. Tak to není. Je však pravdou to, co popsal Martin, OK1RR, že diody v jeho předzesilovači vydržely 24 hodinový závod s výkonem TX 1.5 kW do antény v těsné blízkosti. Já jsem takto předzesilovač netrápil, maximální výkon TX byl jen 100W, TX anténa vertikální a předzesilovač se smyčkou byl asi 8 m od TX antény. Na předzesilovači se nic nezničilo, ale rovněž jsem neměl příjem pomocí RX smyčky znemožněn intermodulačními produkty, které by vznikaly v předzesilovači.

V. Závěr

Malé smyčkové přijímací antény mají své nenahraditelné místo na světě a určitě budou v období dalších generací vylepšovány. Základní zásadu úspěšnosti popsal Martin OK1RR velmi stručně, ale pravdivě. Mám naprosto stejný názor.

S radostí zde uvedu a téměř ocituji tuto základní zásadu: "V zesilovači se v hojné míře používá potlačení soufázových proudů (common mode currents) pomocí tlumivek, oddělovacích transformátorů a balunů mezi zesilovačem a napájecí částí."

Před pár minutama mi to nedalo a poslechl jsem na Hula Loop pásmo 24.9 MHz  a zachytil jsem obrazovku s dekódovanými stanicemi. Použitá anténa měla průměr 85 cm. Výška antény byla H = cca 5 m nad zemí, tj. na balkón v 1. np, fofografický stativ, zesilovač RA0SMS. Nejsilnější stanicí byla RD9D (+21 dB), notch filtr nebyl zapnutý. Nejslabší stanicí, podotýkám, že již mimo směr vyzařování K6EID, požadovaný směr byl nastaven na Jižní Ameriku.

VI. OK1UFC k teorii magnetické smyčky: Předpokládám, že vyzařovaná vlna obsahuje pole E a pole H v daném poměru. Proto nejsem zastáncem řešení čistých "magnetických smyček" a ani netvrdím, že šum (hluk) dělá hlavně elektrické pole a smyčky (zejména ty stíněné) nereagují na elektrické pole.

Musím zde připomenout, že to je naprostý opak tvrzení, které učinil např. PA0RDT a hamové, kteří používají konstrukce tzv. MiniWhip antény. Miniwhip taky nějak funguje a používá se rovněž k příjmu slabých signálů. Samozřejmě je pravda, že v blízkém poli není poměr E/H fixován jako ve vzdáleném vyzařovaném poli kvůli indukčním polím v blízkosti antény. Poměr E/H se mění se vzdáleností, někdy je poměr nižší, jindy vyšší. Pokud tedy budeme mít anténu, která potlačuje jednu nebo druhou složku (E nebo H) pole, předpokládejme, že by asi byla účinná jen v hlízkosti zdroje záření a musela by být orientována ve vhodné poloze.

Na úplný závěr snad řeknu pouze toto sdělení, že pokud mi tato RX magnetická anténa (Hula Loop) funguje dobře, tak to v žádném případě nelze zevšeobecnit a je to jen a pouze věc mého umístění antény v mém QTH. A podobný závěr bude platit u antény, která přijímá podle úplně opačného principu, tedy MiniWhip.