Popis antény RX Loop

Anténu jsem zrealizoval s PVC kruhy, které mi zbyly z experimentů Hula Loop. Popsaná anténa byla realizována s kruhem o průměru 140 cm, ale pravděpodobně bude fungovat téměř stejně anténa vyrobená z kruhu o průměru 120 cm, případně 105 cm.

Jedná se o anténu typu "flag". Tento typ antény je směrový a charakteristika vyzařování je kardioidní v širokém rozsahu kmitočtů. Pomocí minima se snažíme "vynulovat" stanici, která nám způsobuje rušení.

Při použití průměru kruhu D = 140 cm je příjem možný od cca 1 MHz do 45 MHz. Na kmitočtu 1 MHz dosáhneme obrovského poměru F/B (výpočtem je F/B vyšší, než 30 dB) a takový F/B umožňuje doslovné vymazání rušící stanice z nežádoucího směru. To je pro odstranění rušení typu "man made noise" zásadní. Musím zde upozornit na skutečnost, která je nemilá - zisk tak maličké antény je menší, než -60 dB proti dipólu. Anténa tedy musí být vybavena dobrým předzesilovačem s vysokým ziskem.

Předzesilovač

Delší dobu pro tyto a podobné antény používám předzesilovač s vynikajícím obvodem AD8129. Zesilovač jsem nevyráběl. Jeho popis a foto jsem uvedl zde. Jako další výbornou alternativu vidím v použití předzesilovače podle LZ1AQ.

Vyzařování antény

Přestože se jedná o anténu jednoduchou, tedy o jednu smyčku s jediným rezistorem a s předzesilovačem, který není ke smyčce navázán pomocí transformátoru, lze při příjmu dosáhnout výborného poměru F/B a výborného odstupu S/N při dekódování digitálních signálů FT8. Pokud bychom chtěli tento parametr dále vylepšovat, již bychom museli použít složitější soustavu, například fázovanou soustavu.

Vyzařovací diagramy v použitelné frekvenční oblasti jsou uvedené na obrázcích dole. Přibližně od 1 MHz nám použitý předzesilovač poskytuje dostatečně silné signály, které lze zpracovat pomocí standardního TCVRu (v mém případě FT-710). Kardioidní charakteristika se nám začně kazit přibližně od 45 MHz (smyčka 1.4 metru), a to tak, že se maximum vyzařování přesouvá a na kmitočtu cca 70 MHz je již charakteristika osmičková.

Přibližně od 47 MHz se maximum vyzařování začíná odchylovat od osy x. F/F rychle klesá - viz charakteristika vpravo.

Na frekvenci 70 MHz je už charakteristika osmičková (vpravo dole).

Provedení rezistoru R1

S rezistorem R1 je nutné experimentovat. Nastavuje se jím nejlepší poměr F/B na požadovaném kmitočtu. Samozřejmě v rozsahu kmitočtů, ve kterých je anténa schopná pracovat.  Při experimentech jsem používal malý keramický trimr, který jsem měl v dírce obruče hula hoop. U finální verze RX loopu jsem však díru zalepil a použil jsem malou destičku kuprextitu, ke které byl připájen vodič smyčky. Destička obsahovala dva paralelně zapojené rezistory SMD o velikosti 1206 s výslednou hodnotou R = 695 Ohmů.

Od čeho se odvíjí hodnota rezistoru R1 v obvodu smyčka je popsáno dále.

Zařazením rezistoru do smyčky tvarujeme vyzařovací charakteristiku antény, ale současně extrémně snížíme zisk antény.

Jedno z provedení antény jsem vybavil spínačem S1, pomocí kterého lze vyřadit rezistor R1 ve smyčce (spínač S1 je zapojen paralelně k R1).

Tvarování vyzařovacího diagramu rezistorem R1

Velikost rezistoru pro dosažení kardioidní charakteristiky je závislá na těchto základních parametrech:

- tvaru smyčky (kruh, čtverec, obdélník, trojúhelník, mnohoúhelník)
- rozměrech smyčky
- rozměru použitého vodiče
- výšce smyčky nad zemí.

Požadovanou hodnotu rezistoru zjistíme modelováním antény v EZNEC, real ground, high accuracy, přesnou hodnotu zjistíme experimentálně, pomocí nastavitelného rezistoru v požadované výšce instalacea výslednou potřebnou hodnotu realizujeme paralelním řazením rezistorů.

Příklad: smyčka vyžaduje pro dosažení kardioidní charakteristiky hodnotu R1 = 650 Ohm - viz obrázek vpravo. 

Na obrázcích dole je zřejmé, jakou charakteristiku má stejná anténa s různými hodnotami R1:

Antény jiných tvarů

Zajímavými tvary jsou antény dlouhé a nepříliš vysoké. Ty umožňují tvarovat vyzařovací diagram do kardioidní charakteristiky. Zajímavé jsou i antény vysoké (svisle instalovaný skládaný dipól zakončený rezistorem). U těch však nelze rezistorem R1 tvarovat vyzařovací charakteristiku, ale lze při vhodné volbě rezistoru docílit nízkého průběhu VSWR v širším rozmezí kmitočtů. Antény uvedených tvarů jsou popsány zde.

Poznámka - proč jsem použil tvar kruhový?

Ten důvod byl  velmi prostý - měl jsem v garáži kruhy hola hoop, se kterými cvičí ženy v různých velikostech.

Původně jsem kruhy použil k ověření vlastností malé kruhové RX smyčky s popsaným předzesilovačem. Když jsem zjistil, že předzesilovač osazený AD8129 má opravdu velký zisk i nízký šum a moje rádio (Yaesu FT710) je rovněž dostatečně citlivé, zajímalo mě, zda lze jednoduše realizovat přijímací anténu s výraznými směrovými účinky (kardioidní charakteristika). To samozřejmě lze, ale, jak píšu, úroveň signálu z malé smyčky zakončené rezistorem R1 je opravdu maličká. Je to opravdu technická drzost, jak jsem napsal v úvodu.

Pro tyto a podobné experimenty jsou nezbytné zkušenosti s příjmem pomocí malých smyčkových antén s předzesilovači a s dekódováním signálů nízkých úrovní. Bez těchto zkušeností se dostaví zklamání.

Pro optimální výsledky jsou nutné zkušenosti s konstrukcí zesilovačů s velmi nízkým šumem a vysokým ziskem. Já takové zkušenosti právě získávám, ale vřele doporučuji prozkoumat publikované články od OK1RR, LZ1AQ, PA0FRI, RA0SMS a dalších autorů. Téma malých RX smyčkových antén je opravdu vzrušující a zajímavé.

Průběhy impedancí

Na dalších obrázcích uvádím průběh impedancí (Smithův diagram) od cca 1 MHz do 70 MHz, případně zobrazení průběhu VSWR, pokud je předzesilovač upraven na vstupní impedanci cca 850 Ohmů.

Na posledních obrázcích uvádím schéma antény z EZNECu, tj. obrázek, kde jsou zakresleny jednotlivé segmenty RX smyčky, spolu s místem napájení (tj. místem vstupních svorek předzesilovače) a s místem připojení odporu R1, pomocí kterého se formuje vyzařovací kardioidní charakteristika a parametr F/B.