Poslední aktualizace  2022 


   Magnetická smyčka Mag Loop

Magnetická smyčka laděná

 
I. Popis antény

Magnetická smyčka laděná slouží k příjmu a k vysílání na více pásmech krátkých vln. V tomto příkladě ukážu a vysvětlím, jak udělat jednoduchý návrh laděné magnetické smyčky. Pro jednoduchost výkladu a snadnou orientaci v souřadnicích konců vodičů jsem použil smyčku, jejíž obvod má tvar čtverce. Pro pásmo 14 MHz byly použity Cu trubky o průměru 20 mm. Obvod čtverce je dlouhý 4 m (tj. asi 20% vlnové délky) a jedná se tedy skutečně o magnetickou anténu s částečně potlačeným příjmem elektrické složky vyzařovaného pole. Na pracovní kmitočet 14080 kHz je anténa laděna kondenzátorem C. Impedance antény je přizpůsobena ke koaxiálnímu vedení pomocí toroidního transformátoru Tr, jehož jedno vinutí tvoří trubka zářiče antény.

II. Schéma antény


III. EZNEC model magnetické laděné smyčky

EZNEC model popsané antény dávám ke stažení zde. Práce s modelem se zásadně neliší od práce s modely jiných antén. Pouze si musíme uvědomit, že laděná magnetická smyčka má extrémně malou šířku pásma. Zpočátku se nám bude jevit jako obtížné nalezení bodu rezonance v diagramech. Projet celé pásmo krátkých vln s krokem 1 kHz je naprosto šílená představa, protože výpočty trvají dlouho a asi bychom u nich opravdu strávili mládí. Pokud projedeme pásmo s hrubším krokem, nemusíme si bodu rezonance v diagramu všimnout. Osobně doporučuji odhadnout předpokládanou impedanci magnetické laděné smyčky a tuto hodnotu v programu Eznec nastavit. Já jsem odhadl impedanci měděné smyčky na hodnotu cca 0.2 Ohmů a tu jsem v programu nastavil. U modelu, který je v příloze, je použit transformátor s odpovídajícím převodem a diagramy jsou nastavené tak, aby zobrazovaly průběh impedancí na svorkách (50 Ohmů).
 

IV. Vzhled obrazovky se spuštěným programem a označení důležitých parametrů modelu EZNEC

V programu je použit ladicí kondenzátor C s kapacitou 36 pF (okno Loads RLC), toroidní transformátor s převodem impedancí 0.2 Ohmu (Port 1, spodní strana smyčky, drát č. 1) na impedanci 50 Ohmů (Port 2, drát č. 5, který reprezentuje svorky antény k připojení koaxiálu). Anténu tvoří obvod (4 trubky délky 1 metr, v tabulce č. 1 až č. 4) a svorky (vodič č. 5).

V. Výpočet impedancí na svorkách

1. Nastavíme materiál zářiče, položka Wire Loss, hodnota Cooper.
2. V tabulce Loads nastavíme parametr R (ekvivalentní sériový odpor kondenzátoru) na hodnotu R=0 (nebo Short).
3. Najdeme rezonanci.
4. Doladíme hodnotu C na požadovaný kmitočet rezonance (v tomto příkladu f = 14090 kHz, kapacita C = 36 pF)
5. Provedeme výpočet finálního diagramu s průběhem VSWR (nebo Return Loss, atd.):

Jedná se o teoretický základní diagram. Takový průběh stěží obdržíme u reálné antény. Nicméně, lze vypočítat vyzařování antény na kmitočtu s nejlepším VSWR (uvedeno níže). V diagramu jsem zakótoval šířku pásma (pro VSWR menší, než 10). Šířka pásma pro měděnou smyčku a bezeztrátový kondenzátor je asi 34 kHz. Protože použitý kondenzátor není bezeztrátový, zkusíme si udělat výpočet pro ztrátový odpor velikosti 100 milliOhmů (nastavení viz Loads, pravá tabulka dole):

 

   

A opět provedeme výpočet. Rezonanční kmitočet se příliš (téměř vůbec) nezměnil. Zato průběhy impedancí se změnily velice podstatně - viz hodnoty vlevo dole pod diagramem. Rovněž se změnila šířka pásma. Pro VSWR menší, než 10 je cca 38 kHz:

V praxi můžeme změřenou šířku pásma s reálným kondenzátorem použít k nepřímému měření ztrátového odporu kondenzátoru a přesnější hodnotu použít pro přesnější modelování magnetické smyčky.

VI. Stanovení zisku, výpočty vyzařovacích diagramů

 
Z diagramu vyzařování v horizontální rovině vidíme, že sériový odpor kondenzátoru o velikosti 100 milliOhmů nám "ztratil" téměř 2 dB zisku.

Sériový odpor použitého kondenzátoru je jeden z důležitých parametrů, který se podílí na ztrátách antény, resp. na dosaženém zisku.

Pokud porovnáme vyzařování měděné smyčky (kondenzátor je bezeztrátový) s vyzařováním skládaného dipólu, zjistíme, že pečlivě vyrobená laděná magnetická smyčka má teoreticky asi o 8 dB menší zisk a prakticky dosažitelný zisk s kondenzátorem, který má sériový odpor jen 100 milliOhmů bude minimálně o 10 dB nižší, než u skládaného dipólu (u půlvlnného dipólu obecně). To je dost. Viz diagram vpravo.

Z diagramu vyzařování ve svislé rovině (elevace) vidíme, že magnetická laděná smyčka, která je instalovaná ve výšce H = 9 m, nemá dobrý vyzařovací diagram.

Magnetická smyčka popsané konstrukce vyzařuje velkým podílem vzhůru do nebe.

 

VII. Závěr 
 

Modelováním bylo dokázáno, že laděná magnetická smyčka o obvodu asi 0.2 WL má s kvalitním kondenzátorem asi o 10 dB horší zisk proti dipólu, a to za předpokladu, že je instalovaná ve volném prostoru ve výšce H = 9 m. Jenže, co naděláme, když nemáme pro instalaci půlvlnné antény potřebný prostor.

Pokud konstruujeme laděnou magnetickou smyčku, vždy použijeme kvalitní kondenzátor C, který nesmí mít žádné třecí kontakty a všechny desky musí být propojené tlustým kusem vodivého materiálu. Jinak anténa příliš nefunguje.

Orientačně si ztráty antény ověřujeme měřením šířky pásma a srovnáním s šířkou pásma modelu EZNEC.

Magnetickou smyčku laděnou, kruhovou, jsem popsal v tomto článku.
Modelování MLA v EZNEC vyžaduje trpělivost a trochu zkušeností. Pro rychlý orientační výpočet používám excelovský program od AA5TB. Ke stažení jsem přiložil verzi 1.22 zde.
Náhled na obrazovku s orientačním výpočtem velké smyčky pro pásmo 80 metrů:

 
   TU 73, Mira, ok1ufc