Die Magnetantenne

Es folgen einige Experimente mit Magnetantennen die bis zu zwei Windungen aufweisen und einen Durchmesser von etwa 80 cm ( 70cm passt für das 10m Band besser) haben. Belasten kann man diese Antenne bis zu 200 W, das ist jedoch von der Spannungsfestigkeit der Kondensatoren und vom Aufbau der Antenne abhängig. Im Shack und in Kopfnähe sollte man es bei 20W belassen, da sich sonst andere elektronische Geräte sehr schnell die Karten legen könnten. Der Frequenzbereich dieser Antenne reicht von 10 - 20m und ist recht schmalbandig. Daher muss sie mittels eines Schmetterlings- oder Splittdrehko’s, bei jeder Frequenzänderung, neu abgestimmt werden. Für das 20m Band muß dem Drehko eine weitere Festkapazität parallegeschaltet werden. Das Fernabstimmen geschieht in der Regel mittels eines spielfreien Servomotors. An Hand des Rauschanstiegs im RX, kann man das Empfangsmaximum am S-Meter sehr gut feststellen. Gedreht wird die Antenne, z.Zt. mit der Hand, um max. 180°. Der zweite Ring kann in Reihe zum ersten geschaltet werden und gestattet somit auch den Empfang im 40 und 80m Band. Der hier verwendete Splittdrehko hat eine integrierte Feinverstimmung in Form zweier Einzelplatten. Zwei weitere Plattenpakete werden als Schlepplatten mitgenommen. Die Kapazität reicht von 5,5 - 50 pF und die Spannungsfestigkeit beträgt mehrere Kilovolt (KV). Der Antrieb besteht aus einem 125 V phasengeschobenen Wechselstrommotor. Hochspannungsfeste Kondensatoren kann man aus Koaxialkabelreste herstellen ( i.R. 10cm =10pF). Die Güte ist allerdings nicht so gut wie derer mit Glimmer- oder Vakuumisolation. Die Bilder sprechen für sich. Die hier dargestellte Polarisationsebene der Antenne ist, bis auf im letzten Bild, vertikal. Legt man sie auf die Seite, so erhält man eine horizontale Polarisationsebene. Die Empfangsfeldstärke dieser Antenne kann gegenüber dem einfachen horizontalen Dipol 1-2 S-Stufen geringer ausfallen, muß sie aber nicht. Das abendliche QRM wird, bedingt durch ihre Schmalbandigkeit, als nicht mehr so störend empfunden. Der Wirkungsgrad beim Senden wirkt da schon eher ernüchternder, je tiefer die Frequenz, bei gleichem Ringdurchmesser, gewählt wird. Hier sollte man auf eine andere Antenne mit einem größeren Ringdurchmesser umschalten. Eine Wunderantenne, die zu dem noch sehr klein ist, gibt es leider nicht. Hier lässt sich die Physik nicht überlisten. Fraktale Antennenformrn währen eine Alternative.
Bei weiteren Versuchen wurden zwei Ringe, an Stelle zweier Windungen hintereinander, zu einer stehenden Acht übereinander zusammengeschaltet wobei der Drehko in der Mitte verblieb.
Durch die 180° Phasendrehung bleibt die Frequenz und der Kondensator in seiner Kapazität, als würde nur ein Ring betrieben werden, dafür hat die Antenne jetzt jedoch die doppelte Wirkfläche und somit einen bessereb Wirkungsgrad, sprich mehr Gewinn. Alle Magnetic Loops verhalten sich wie ein schmalbandiger Preselector, der bei hohen Störpegeln seine Trümpfe ausspielt. D.h. der Eingang des RX wird nun nicht mehr so schnell "überfahren" und / oder "zugeregelt".
 
Fazit:
Für 10m-20m ist sie eine brauchbare Antennenlösung, während sie für 40m-80m, jedoch wegen der hohen Verluste im Sendebetrieb auf Grund des schlechten L/C Verhältnisses, nicht gerne genommen wird. Und wenn doch, dann nimmt der Ring schon gewaltige Dimensionen an um noch einen Akzeptablen Wirkungsgrad zu erreichen.
Das bedeutet, wenn man mehrere Bänder abdecken möchte, dass mindestens zwei Magnetantennen, wegen ihrer eventuell auftretenden gegenseitgen Beeinflussung, um 90° ineinander versetzt, aufgebaut werden müssen. Solche Antennenanlagen bekommt man des Öfteren zu sehen. Der Drehko sollte mit seiner Kapazität so klein wie möglich gewählt werden aber dennoch den gewünschten Bereich sicher überstreichen. Nur so wird ein relativ schneller Abstimmvorgang gewährleistet.
 
Weitere Infos über Magnetantennen gibt es unter:
 

https://www.nonstopsystems.com/radio/frank_radio_antenna_magloop.htm#coupling

 

 
 
 
 
                                               Low cost Magnetic-Loop für 10m

 
Um in die Welt der Magnetic-Loop Antennen hineinzuschnuppern, ohne viel zu investieren, reicht ein Tapetenlineal von ca. 2 m Länge schon aus.

60-70 cm Durchmesser, mit einer isolierten Überlappung von ca. 20-30 cm als einstellbarer Kondensator, reichen vollkommen aus um die ersten Gehversuche mit dieser Antennenart zu starten.
 
Eine kleine Gamma-Match Einspeisung von etwa 30 cm Länge und ca. 5 cm Abstand zur Loop, aus 1,5 mm² Installationsdraht mit einer PL-Buchse versehen und zwei Wäscheklammern, reichen für die ersten Versuche aus.

Alternativ kann natürlich auch eine kleine Koppelschleife von etwa 15 cm Durchmesser für die Einspeisung Verwendung finden.
In beiden Fällen ist, nach der Abstimmung der Loop, auf minimales SWR abzugleichen.

Ein Besenstiel o.ä. fixiert die Antenne vertikal.
Malertape kann bei der Fixierung recht hilfreich sein.
Ein Blatt Papier dient der Isolierung im Überschneidungspunkt zum Kondensator (hier durch die Überlappung entstanden)

Das überlappende Ende des Streifens wird zum Kondensator und dient zur Abstimmung der Loop, in dem man es biegt und  mit Abstandsklammern fixiert.
 
Eine externe SWR-Messbrücke sollte vorhanden sein.
Es gibt Transceiver, wie z.B. der IC-7300, die diese Hilfsmittel zur Messung bereits an Bord haben.
Diese erleichtern den Abgleich ungemein.
Aber Vorsicht, bei einem sehr schlechten SWR regeln sie ihre Leistung sofort zurück.

Empfangsseitig kann auf ein maximales Rauschen abgeglichen werden.
Da der 10m Empfänger aber u.U. von Haus aus schon sehr stark rauscht,
kann sich diese Vorhaben als schwierig erweisen.
Dann ist es empfehlenswert, mit kleiner Leistung, auf niedrigstes SWR abzugleichen.

 Achtung, der Resonanzpunkt ist sehr scharf !
 
 
 
 
 
 
 
 

Die Duo Mag 1

 
Hier wird eine, dem Dachboden angepasste, Duo Magnetantenne vorgestellt.
Sie besteht aus zwei dreieckige, vertikal und um 90° ineinander versetzte Magnetantennen,
die in ihrer Konstruktion der Dachneigung ( hier 42°) angepasst sind.

Ein zwischen den Sparren befestigter Rotor, mit 180° (max. sind 360° möglich) Drehwinkel, erlaubt ein ferngesteuertes Drehen der Duo Antenne.

Ein Drehlager (Sektkorken), am unteren Ende der Antenne, entlastet den Rotor auf Zug. Dieses Lager sollte unbedingt, gegen ein aus der Mitte wandern, gesichert werden.
 
Es werden die Bänder 10 - 40 m abgedeckt.
 
Daten
große Loop (2,10m x 1,30m) 6,70 - 16,21 MHz
kleine Loop (1,00m x 0,70m) 15,02 - 33,08 MHz um 90° gedreht eingebaut
Die gesamte Antenne ist um 90° drehbar aufgebaut 
Gewicht ohne Rotor ca. 15Kg
Das Antennenmaterial besteht aus 25x4mm Alu-Rohr (Dural), sowie den dazu passenden Verbindungsklemmen.
Konstruiert wurde sie für den Indoor-Betrieb und passt zerlegt auch durch sehr kleine Decken-Luken.
Zwei ferngesteuerte Splitt-Kondensatoren mit einer Kapazität von etwa 5-55pF kommen hier zum Einsatz.
Für das 40m Band wird nach 50% des Dreh-Weges eine Fest-Kapazität mit 100pF 6KV, von einem der beiden Plattensätze, mechanisch zugeschaltet.
 
Die HF-Einspeisung geschieht mittels Gamma-Match Anpassung, mittig im unteren Bereich jeder Antenne.
Eine runde PL Buchse kann direkt in einem kurzen Rohrstück, mittels drei um 120° versetzten M3 Schrauben, fixiert werden.
 
Eine, in der Nähe der Antenne aufgebaute Schaltbox, schaltet die Koax-Kabel der beiden Antennen, sowie deren Drehko-Antriebe, um.
Man spart hierdurch drei Steuer-Adern und ein weiteres Koax-Kabel.
Die jeweils offene Antennenleitung wird gegen Masse kurzgeschlossen.
 
Ein abgesetztes Bedienteil, wird zusätzlich zum Rotor-Steuergerät, für die Umschaltung der Antennen und der Drehko-Antriebe, benötigt.
Mittels 9 poliger SUB-D Steckverbindungen lassen sich die einzelnen Komponenten problemlos voneinander trennen.
 
Das Abstimmen der Antennen geschieht auf ein maximales Rauschen des Empfängers, bzw. einer maximalen S-Meter Anzeige.
 
 
 
 

Magnetic-Loop für 3 Bänder

Eine Magnetic-Loop Antenne für 3 Bänder

Die Magnetic-Loop dient als Preselector gegen störende Beeinflussungen aller Art.
Sie ist eine mit einfachen Mitteln herstellbare Antenne.
Sie besticht durch ihre kleine Bauform.

Frequenz 28 - 50 - 70 MHz
Die Vorgaben der BNetzA sind zu beachten

Versuchsaufbau
in vertikaler Polarisation

Material
aus dem Fundus

Loop-Ring
405 mm (mittlerer Durchmesser) aus Koaxialkabel
1280 mm Koaxialkabellänge, 2x 15 mm abisoliert, 2x 7,5mm Cu-Geflecht zurückgeschnitten, 2x 2,5 mm Teflon-Isolierung entfernt
(der Mittelleiter steht jetzt 2,5mm heraus und wurde für weitere Versuche verzinnt)

Koaxial-Kabel
Koaxialkabel-Durchmesser 16mm mit Isolierung / 12mm das Cu-Schirmgeflecht
(es wird nur der Cu-Schirm verwendet)

Kondensator
mechanische Stabilität gefordert
2x Kondensatorplatten aus Alublech 140 x 115 mm (unkritisch)
Versuche mit einem spannungsfesten HF-Drehko (1-30pF)   70MHz 1,9pF / 50MHz 13pF / 30MHz 27pF

Die Anordnung und Einstellung der Platten innerhalb und außerhalb des Loop-Kreises, ist bei 70MHz unterschiedlich und kritisch. Eine Konstruktion als überdimensionaler Schmetterlingsdrehko (1Platte) oberhalb der Loop ist empfehlenswert. Damit lässt sich die Loop mittels Getriebemotor auch einfacher fernsteuern.
SWR 1-1,5

Koppelschleife 4mm² Cu-Draht 100 mm Durchmesser
Abstand vom Ring etwa 50 mm (unkritisch)

Daten
Induktivität der Loop ~0,98 µH

70 MHz Kondensatorplatten weit offen ~10 KHz Bandbreite Wirkungsgrad ~91%
50 MHz Kondensatorplatten geschlossen ~12 KHz Bandbreite Wirkungsgrad ~76%
28 MHz ~10mm Plattenabstand ~14 KHz Bandbreite Wirkungsgrad ~28% 

Leistung
Vorgaben der BNetzA

Messmittel
Transceiver (IC-7300 o.ä.)
http://www.dl0hst.de/magnetlooprechner.htm

 

 

 

Zusammenfassung zur Magnetic-Loop

Wenn man sich als Praktiker längere Zeit mit Magnetic-Loop Antennen beschäftigt, erkennt man sehr schnell deren Vor- und Nachteile.

Die Theorie ist zwar auch wichtig, stand bei diesen Projekten jedoch im Hintergrund, da ich nicht um zehntel dB feilsche. Wirkungsgrad hin oder her, es ist immer gut wenn man auf verschiedene Antennensysteme zeitnah umschalten kann.

 

Die Nachteile vorweg
 
Magnetic-Loop Antennen bringen i.R. etwa 1- 2 S-Stufen weniger an Empfangsfeldstärke.
Daher wenden sich viele Om’s von dem Thema Magnetic-Loop sofort wieder ab.
Dabei kommen immer wieder folgende Argumente zu Tage
 
  1. ihr Wirkungsgrad sei zu schlecht
  2. der konstruktiver Rohraufbau viel zu kompliziert
  3. der Kondensator zu teuer
  4. das Abstimmen dauert lange und sei zu schwierig
  5. nicht Contest tauglich
  6. die Wetterfestigkeit stellt ein Problem dar
 
Die Vorteile der Magnetic-Loop
 
  1. eine sehr selektive, in einem weiten Bereich durchstimmbare, Monobandantenne
  2. kann einem Monobanddipol gleichwertig sein
  3. sie ist eine „ruhige“ Antenne
  4. ersetzt einen Preselector
  5. blendet Störungen bis zu einem gewissen Grad aus (hier PLC)
  6. braucht nur um 180° gedreht werden
  7. je nach Frequenzband ist diese Antennenform relativ klein
  8. sie benötigt keine Radials
  9. sie kann in Bodennähe betrieben werden (1,5-2,5 m)
  10. keine hohen Aufhängepunkte
  11. schnell aufzubauen.
 
 
Eine Magnetic-Loop wirft viele Fragen auf
 
  Daten
   DX- tauglich
   Gewinn 0,5-4dB
   Vor / Rück Verhältnis ~6dB (identisch Dipol)
   Front to Side Ratio ~25dB
 
Über eine Magnetic-Loop in der Form einer Acht findet man im Netz nicht sehr viel, sehr wohl aber über Antennen mit mehreren Windungen hintereinander.
 
Exakte Messungen, wieviel milli dB der ein- oder andere Aufbau bei welcher Frequenz mehr oder weniger anzeigt, kann man nur in einem möglichst störungsarmen Umfeld nachweisen.
Daher hier meine praktischen Erfahrungen mit der Antenne.
Bei Magnetic-Loop Antennen spielt die eingeschlossene Fläche des Ringes die größte Rolle.
Eine 0,80 m Loop hat eine Fläche von 0,5 m² als Acht 2x 0,80 m etwa 1.0 m²
Eine 1,60 m Loop hat eine Fläche von 2,0 m² als Acht 2x 1,60 m etwa 4,0 m²
usw.  
Mit einer Magnetic-Loop von nur 80 cm Durchmesser deckt man gerade noch das 10 m Band ab. Hierbei ist sie sehr L- lastig und nur mit einem sehr kleinen C in Resonanz zu bringen.
Für 80 m kann man sie, mit viel zusätzlicher Kapazität, empfangsmäßig dort hin quälen
aber sendemäßig ist der Wirkungsgrad viel zu klein.
Siehe auch den Magnetic-Loop Rechner von DG0KW.
 
2 x 80 cm Loop übereinander als Acht
Der Wirkungsgrad der Magnetic-Loop erhöht sich damit um wenige dB
Sie bleibt weiterhin schmalbandig, wird aber eher etwas breiter.
Generell erzielt man aber einen wesentlich besseren Wirkungsgrad durch eine vergrößern der Loop und somit ihrer Fläche.
(80 cm Loop ohnehin nur bis max. 20 m brauchbar, eher weniger)
Achter Loop: Gewinn wenige dB mehr (nicht S-Stufen) gegenüber einem Einzelring.
Koppelspule i.R. 1/5 der Loop, eher unkritisch auf bestes SWR trimmen
Sendeleistung wenige Watt zur Abstimmung SWR-Meter verwenden.
Die Koppelspule braucht bei der Acht nicht in ihrem Durchmesser verdoppelt werden.
Koppelspulen in Ringform müssen manchmal sehr stark zu einem Schleifendipol zusammengedrückt werden, um ein minimales SWR zu erreichen. Keine Masseverbindung zur Loop.
Ich bevorzuge daher eine Gammamatch-Anpassung.
Die allerdings, gegenüber einer Schleifeneinspeisung immer unten, an Masse der Loop, liegt. Dieses kann aber zu einem „schielen“ der Loop führen.
Der Kondensator wird bei der Acht in der Mitte angeordnet und behält in etwa die gleiche Kapazität wie bei Loop mit nur einem Ring. Es findet nur eine geringfügige Verschiebung zu mehr C statt.
Der Kondensator sollte ohnehin in seiner Kapazität „passen“.
Ein Vakuum C mit vielleicht 200 pF und langsamen Getriebemotor braucht viel zu lange für die Abstimmung.
Zuviel Kapazität die verstellt, aber nicht benötigt wird.
Außerdem zu teuer.
50-75 pF sind ideal (auf geringe Anfangskapazität achten (10m 2-5 pF))
Schmetterling- oder Splitt-Drehko verwenden.
Auf Spannungsfestigkeit achten (100W 2-5KV); hängt von der Güte des Kreises ab
Größere Bereiche mit spannungsfesten Festkondensatoren abdecken/zuschalten
(notfalls z.B. Koaxkabelstücke RG 213 1cm =  1pF als Kondensatorpaket bündeln)
 
Eine grobe- und feinfühlige Fernsteuerung muss sein.
Eine Anzeige hingegen ist unkritisch.
Mit dem RX wird auf maximales Rauschen und dem TX auf kleinstes SWR abgestimmt (ein Rauschgenerator ist hier unnötig).
(Achtung das SWR gegen 1 ist nur ein schmalbandiger aber kräftiger Dip).
Rotor 180°
Dicke Anschlüsse am Kondensator, wo sich doch hier immer der Spannungsbauch befindet!?..... naja!
 
Übrigens
Eine Magnetic-Loop auf dem Balkon eines Mehrfamilienhauses zu stellen und dann mit einer Galone zu senden, halte auch ich EMV-technisch für sehr bedenklich.
 
 Ich hoffe mit meinen Ausführungen etwas mehr Licht in den Schatten einer Magnetic-Loop gebracht zu haben.
Eine Wunderantenne die alle Wünsche erfüllt gibt es bekanntlich nicht.
Aber lieber etwas eingeschränkt, als gar nicht zu funken.
 
 
 
 
 
 
 

Magnetic Loop Messungen

Vergleichsmessungen zwischen einer einfach- und einer 8ter-Loop
 
Vergleichsmessung Empfang
 
Versuchsaufbau im Shack
Geringe Kapazitätsanpassung C nötig
 
Magnetic Loop  vertikale Polarisation  80 cm + 80 cm zuschaltbar
 
Band                 18,000 MHz CW
 
Test-Oszillator 18,432 MHz Abstand ca. 10 m im Nachbarzimmer
 
Messempfänger SDRplay digitales S-Meter
       und
       IC 7300 (S-Meter schlechter ablesbar)
 
Magnetic Loop   1x 80 cm    C= 10-45 Pf                                28 dBm
 
Magnetic Loop   2x 80 cm    C= 10-45 Pf + 22 PF                  32 dBm
                                                                                                  -----------
Verbesserung der Doppelloop RX um                                      4 dBm
 
 
                        -----------------------------------------------------------
 
 
Vergleichsmessung Senden
 
Versuchsaufbau im Shack
Geringe Kapazitätsanpassung C nötig
 
 
Band                 18,000 MHz CW
 
Sender IC 7300 18,000 MHz SWR-Tune 3 W (5%)
 
Messempfänger HF Pegelmesser AD8307 E Feld Antenne
 
Magnetic Loop   1x 80 cm    C= 10-45 Pf                                  -20,2 dBm
 
Magnetic Loop   2x 80 cm    C= 10-45 Pf + 22  Pf                   -16,3 dBm
                                                                                                      -----------
Verbesserung der Doppelloop Tx um                                          3,9 dBm
 
p.s.
Das DD7LP Feldstärkemessgerat mit 5 dBm LED Sprüngen ist hierfür zu ungenau!
 
Diagramme allgemein