H13 Magnetic Loop Projekt

...fand im Frühjahr/ Sommer 2019 in der Clubstation des OV H13 im Lister Turm in Hannover statt. Eine Gruppe interessierter Funkamateure beschäftigte sich intensiv mit den Magnetantennen im Amateurfunk. Die physikalischen Grundlagen, der Aufbau möglichst effektiver Antennen, ihr bester Einsatz im Funkbetrieb und der Vergleich mit "elektrischen" Antennen ( GP`s, Dipole etc.) waren die Basisthemen. Wir begannen mit einfachen, kostengünstigen Loopantennen: Rahmenantennen für die Mittelwelle und VLF und dem Bau einer portablen Kurzwellenloop für QRP (5Watt)-Betrieb. Am Ende des Projektes stand die Aufgabe, eine möglichst effektive Mehrband-Kurzwellenloop für hohe Leistung (100 Watt) zu konstruieren.

Die aus der Literatur zu Magnetantennen und durch praktische Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse zusammengefasst:

  • Magnetantennen eignen sich sowohl für den Empfang, als auch - mit Einschränkungen - für den Sendebetrieb im Amateurfunk. 
  • Sie sind im Vergleich zu "elektrischen" Antennen kleiner und lassen sich so gut bei eingeschränkten Platzverhältnissen verwenden (Stealth antennas). 
  • Sie eignen sich unter bestimmten baulichen Voraussetzungen des Gebäudes für den Indoor-Betrieb, da sie die magnetische Komponente der elektro-magnetischen Strahlung aufnehmen, die die Bausubstanz besser durchdringen kann, und sie sind oft unempfindlicher gegenüber elektrischen Störungen.
  • Bodennaher Aufbau beeinflusst sie bei vertikaler Aufstellung wenig.
  • Magnetic Loops sind überzeugende Empfangsantennen bis in den Mittelwellen- und VLF-Bereich hinab.
  • Sie haben Richtwirkung, wodurch man "Störer" ausblenden kann.
  • Sie sind sehr schmalbandig und arbeiten als Preselektor.
  • Sie sind als Sendeantenne im Amateurfunk nur eingeschränkt tauglich
  • sind uneffektiv für VLF-,Lf- und Low-Band (160m, 80m) -Sendebetrieb (geringer Wirkungsgrad, nicht mehr akzeptable Baugröße)
  • haben im 40m- und 30m-Sendebetrieb nur einen geringen Wirkungsgrad, sind aber eine Alternative, ein Kompromiss in "restricted areas"
  • ab 20m aufwärts sind sie echte Alternativen zu Drahtantennen (Dipol, G5RV, ...) und Groundplanes
  • Generell: Ein guter Wirkungsgrad verlangt eine Minimierung der Ohmschen Verluste durch geeignete Materialien und Konstruktionstechniken.



Medium wave frame antenna, by dl8abh

Bild 1 (DL8ABH)

Mittelwellen-Rahmenantenne

Ihr Aufbau ist einfach und kostengünstig. Auf eine detaillierte Bauanleitung wird hier verzichtet; man findet einige davon im Internet. Der Drehkondensator stammt aus einem alten Röhrenradio. Die innere Windung ist die Koppelspule.

Medium wave frame antenna in the dl8abh shack

 Bild 2 (DL8ABH)


Die Mittelwelle ist nicht tot!
Stellen Sie in den Abend- oder Nachtstunden ein Mittelwellenradio vor die Rahmenantenne und stimmen Sie den Drehko auf Resonanz zur Empfangsfrequenz ab. Das Ergebnis ist wirklich erstaunlich. Enjoy!


Projektziel: ultra-portable Kurzwellenloop für den QRP-Betrieb*

(Fotos: DL8ABH)
Outdoor-Funken - Funkbetrieb im Freien, fern vom heimischen Shack - ist eine häufige Variante im Amateurfunk. Die Motive dafür sind vielfältig: Sei es "aus Spaß an der Freud`" oder gezwungenermaßen aufgrund ungünstiger häuslicher Gegebenheiten, wie Antennenverbot, der "böse" Nachbar, zu wenig Platz für eine Kurzwellenantenne, usw.
Für den Outdoor-Funk bietet sich auch die Magnetic-Loop-Antenne an. Der Markt hält einige interessante Modelle namhafter Hersteller bereit. Sie erscheinen ausgereift und bedienen die Ansprüche des Operators. Aber sie sind teuer! Zwischen 300 und 450€ sind zu investieren. Unsere Loop-Antenne sollte mit 50€ auskommen.

*) QRP ist in eine Abkürzung aus der Q-Gruppe der Telegrafie ("Vermindern Sie die Sendeleistung“ bzw. „Soll ich die Sendeleistung vermindern?"). Im Amateurfunk bedeutet QRP „Sendebetrieb mit kleiner Leistung“. Nach Absprache der QRP-Verbände auf internationaler Ebene versteht man unter QRP Sendeleistungen bis 5 Watt Output bei CW- und 10 Watt PEP bei SSB-Betrieb. Sendeleistungen bis 1 W bezeichnet man als QRPP. 



Anforderungen an eine Portabelloop:

  • zerlegbar, kleines Packmaß
  • leicht
  • stabil für rauhen Outdoor-Betrieb
  • Mehrbandbetrieb (40m-10m)
  • bis 10 W HF- Power
  • manuelle Feinabstimmung
  • gutes SWR
  • geringe Übergangswiderstände
  • möglichst guter Wirkungsgrad
  • gute Verfügbarkeit der Baumaterialien
  • günstige Materialpreise


DIY  ultra light Magnetic Loop antenna by dl8abh


Einwindungsloop
(ca. 84 cm Durchmesser, Frequenzbereich: ca. 6,4 MHz - 28,6 MHz)
für die AFU-Bänder: 10m, 12m, 15m, 17m, 20m, 40m

Variante: Zweiwindungsloop
Versuche mit einer Doppelschleife (Koaxverlängerungsstück, ca. 2,67 m) zwecks Verbesserung der Loopeigenschaften für 30m, 40m (und 80m) wurden abgebrochen, da sich bei geringsten Bewegungen der Schleifen ein nicht mehr zu stabilisierendes SWR einstellte. Die beiden Windungen müssen vermutlich in/auf einem stabilen "Unterbau", z.B. Hula Hoop-Reifen o. ä. fixiert werden. Eine solche Antennenausführung wäre jedoch nicht mehr "ultra portabel".

dl8abh loop material
s 400 low loss coax cable for loop making
magnetic loop support tube, 3 parts
photo shows magnetic loop support tube , designed by dl8abh

Obere Bildreihe (von l. nach r.):
1 x Koaxialkabelstück LMR 400 (Bezugsquelle: Internet USA schwierig, teuer)
, alternativ: Äquivalent: S400 (Fa. Unispectra,UK, Internet) **
mit 2 montierten PL-259 Steckern (versilbert oder vergoldet),
Kabellänge für Einwindungsloop: 1x 256 cm,

**) Wieso diese Kabeltypen? Die Loop braucht nach dem Aufbau eine gewisse Steifigkeit, damit sie nicht zusammenfällt. Ich habe kein entsprechendes Äquivalent aus der deutschen Koax-Produktpalette ausfindig machen können. Die (amerikanischen) Loophersteller verwenden meist den Kabeltyp LMR 400 für ihre kommerziellen Loopantennen. S400 ist ein chinesisches annähernd gleiches Kabel. Es kommt aber nur auf die erforderliche Steifigkeit des als Loopschleife verwendeten Kabels an!

 Untere Bildreihe (von l. nach r.):
1 Stück Alurohr 1m Länge, Innendurchmesser 18mm, Außendurchmesser 20 mm. (Bezugsquelle: jeder Baumarkt)***
Rohr wird geteilt in 2x 31,7 cm, 1x 36,6cm, ergibt 3 annähernd gleich lange Maststücke.
1 x Buchenholzrundstab zur Anfertigung der 2 Mastverbindungsstücke (je 10 cm Länge) und 1x 5 cm als  Hülsenverstärkung am oberen Mastende, um die Bohrung für die Kabelhalteklammer (Kunststoff, weiß) zu verstärken. Die Rundholzstücke werden etwa zur Hälfte in die Rohre gesteckt und mit einer kleinen Holzschraube gesichert (s. Fotos)

***)Das Alurohr als Haltemast für die Loop zu wählen ist das Endergebnis mehrerer Versuche mit anderen Materialien (Kabeleinziehrohre aus der Elektrik in verschiedenen Stärken, Angelrutenteile, Holzstile, metallerne Einbeinstative etc.). Sie alle hatten Nachteile hinsichtlich Gewicht oder Stabilität. Für mich ist die "ALU-Rohrlösung" der beste Kompromiss als "Rückgrad" der Kabelloop.

 
 
 


tune box mounted on support tube of dl8abh magnetic loop antenna

Gehäuse mit Abstimmkondensator, 2 x SO-239 Einbaubuchsen, 2 x Klemmschellen (M 20) für Kabelrohre und Abstimmknopf;
kostengünstige Ausführungen unter Bezeichnungen wie "Waterproof Electronic Project Box Enclosure case", "wasserdichte Kunststoff-Elektronik-Box case..." oder "ABS-Leergehäuse Industriegehäuse Kunststoff..." usw. werden beispielsweise bei Ebay für um 10€ +/- versandkostenfrei angeboten.
Die Gehäusemaße bei unserer Loop: 150 x 80 x 50 mm

inside the tuning box of the ultra light loop antenna

Loopgehäuse mit "Innenleben"... (Foto: DL8ABH)

...mit Drehkondensator aus altem Röhrenradio, wichtig ist das Vorhandensein einer Untersetzung zur Feinabstimmung,
Gemessener Kapazitätsbereich (ca.):
1 x  15 pf - 450 pf
1 x  15 pf - 535 pf
Das Finden des geeigneten Drehkondensators ist eine komplizierte Sache. Es gibt eine Vielzahl an unterschiedlichen Rundfunkdrehkos: Sie unterscheiden sich in ihrem Kapazitätsumfang, in ihrer mechanischen Ausführung , in der Größe, der Paketanzahl und des Plattenabstandes; es gibt sie mit und ohne Feintrieb. Ihre  unterschiedlichen Befestigungsmöglichkeiten (z.B. die Positionen von Gewinden oder sonstigen Bohrungen zum Ansetzen von Befestigungsschrauben) machen fast jeden Einbau zu einer individuellen Aktion. ****
Um zu lagerichtigen Bohrungen im Gehäuse zu kommen, sollte man sich eine Schablone anfertigen, indem man einen Abdruck der Löcher vom Drehko-Gehäuse mittels der bewährten "Bleistiftschraffur auf Papier "-Methode anfertigt. Beim Kopieren der Bohrpunkte auf das Gehäuse darauf achten, dass die Schablone mit der richtigen Seite aufliegt.

****)Glücklich ist der, der einen Drehko findet, der jener Ausführung ähnelt, die ein bekannter amerkanischer Antennenhersteller in seinen Portabelloops verwendet und auch als Starter Kit für Magnetic Loops anbietet: 2 x  12,5 pf - 432 pf (Doppeldrehko) mit 1:6 Untersetzung, spannungsfest bis ca. 10 W HF)

Der Rotor des Doppeldrehkos bleibt zur Minimierung der Übergangswiderstände (durch die Schleifkontakte) unbeschaltet! Die zwei Anschlusslaschen der Statoren werden über möglichst breite Kupferblechverbindungen mit den Masse-/Außen- anschlüssen der SO-239 Buchsen verlötet. Hier könnten auch die beiden Innenanschlüsse mit angelötet werden. In Bauanleitungen wird dies aber sehr unterschiedlich gehandhabt: mal bleiben sie unverschaltet, mal werden sie angelötet. Mal bleibt der Innenleiter der Loopschleife gänzlich unverlötet, mal wird er in den PL-Steckern mit dem Außengeflecht verbunden. Inwieweit dies  Auswirkungen auf die Performance der Mag-Loop hat, wäre noch zu eruieren.

thoroughlycarefully soldered contact transitions
tripod as standing aid for the loop
feed loop for the magnetic antenna

großflächige (Löt-)Verbindungen

an den SO-239 Einbaubuchsen zur Verringerung des Kontaktübergangs- widerstandes und...
... breite Kupferzuleitungen zu den Kondensatorpaketen
(Ausgangsmaterial: Kupferblech 30 x 30 cm,  Baumarkt, ca. 13€,

reicht "lebenslang", für mindestens 20 Loopantennen, alte Scheere zum Ausschneiden)

leichtes Alu-Fotostativ als "Antennenfuß"

Tipp: Sparen Sie nicht bei der Anschaffung eines standfesten Stativs. Es gibt leichte, jedoch wesentlich stabilere Ausführungen als die hier Gezeigte (Ebay, ca. 8€).
Bearbeitung:
Bis auf das kurze, mittige, ausziehbare Rohrstück (Bild ganz oben links) wurde alles am Stativ oben entfernt. Das 
dreiteilige Alutragrohr der Loop wird auf dieses Rohrstück aufgesteckt.

Die Koppelschleife


Messing, Rundstab, 4mm Durchmesser, Vollmaterial
Koppelschleifendurchmesser: ca. 15cm -17 cm ( Richtwert: 1/5 des Loopdurchmessers),
gebogen um Omas Tontopf
auch gut geeignet: Aluminium,
Rundstab
Verbesserungsvorschlag: die Enden etwas plätten (Hammer), bohren und Koaxkabel mit Kabelschuhen anschrauben
Wichtig: Für ein stabiles SWR ist eine stabile, in ihrer Lage und Form fixierte Loopschleife sehr entscheidend.
Ferrit als Mantelwellensperre!



Berechnung der Wirkungsgrade der Antenne

 durch Magnet-Loopantennen-Rechner von DG0KW, Klaus Warsow, OV V03, (V1.1.1, 20.4.2016)

Screenshots für 40m-10m Band

Enttäuschend gering der Wirkungsgrad von ca. 2,7 % bei 40m und - etwas besser - ca. 9,5 % bei 30m.
Aber es geht trotz dem!

good for QRP. ultra light magnetic loop antenna on the kitchen scales

Bild oben: Antenne für 6 KW-Bänder: 1,36 Kilogramm

complete mini short wave qrp station by dl8abh comlete with Mountain Topper and 9 V block battery

Bild oben: "ultra portable" QRP-Kurzwellenstation für 20/30/40m
mit Magnetic-Loop-Ant. und LNR "Mountain Topper", Gesamtgewicht: 1,65 Kilogramm

noch leichter und handlicher: Alternativ zum Stativ -  steckbarer und zerlegbarer Erdspieß für die Ultra-Loop
für draußen, QRP im Gelände

ground stake for the portable loop antenna by dl8abh
ground stake, assembled

Hier noch zwei weitere Ausführungen von portablen Magnetic-Loop-Antennen


another portable magnetic loop antenna for shortwave transmissions (by dl8abh)
tuning unit, waterproof
feeding loop unit of the portable magnetic loop antenna

Tischloop 

  • einfache Holzkonstruktion
  • mobile Loop, "Urlaubsloop", platzsparend im Kofferraum zu verstauen, da:
  • zerlegbar, Holzkreuz zusammenklappbar, Schleife zusammenrollbar
  • Durchmesser ca. 120 cm
  • robuste Auslegung des Rundfunkdrehkos mit größerem Plattenabstand und großer Untersetzung
  • 40m, 30m, 20m 
  • ca. 25 W Power HF
"big" desk magnetic loop, complete demountable, fits in any car trunk, good for 20 Watts RF power

Mein erstes Bauprojekt im Amateurfunk...

war übrigens eine solche Magnetantenne, damals, in den frühen 90er Jahren des vorigen Jahrtausends.  
Bei einem Besuch präsentierte mir mein Funkkollege Lutz, DL5OBG, seine heimische indoor Loopantennenanlage, mit der er problemlos weltweite Kurzwellenverbindungen bestritt. Weltweite DX -Verbindungen damit? Das konnte ich mir damals gar nicht vorstellen.
 Und dann wir bauten eine solche Monsterloop für 100 Watt. Das 30 mm dicke Looprohr aus Aluminium ließen wir in der örtlichen Rohrbiegerei zu einem Ring mit 1m Durchmesser biegen, die breiten Laschen zur Aufnahme des Drehkos gleich mit drangeschweißt. Der Drehko, wie damals ganz logisch, kam von Annecke.
Mein erstes QSO damit , im Dachboden aufgehängt, ging gleich über den Atlantik nach Brasilien! Ich war fasziniert.
In zwei alten AGCW- Infos von damals fand ich den Bauplan wieder, den ich hier mit dem Einverständnis des Autors wiedergeben kann.

description for a simple magn. loop by DL5OBG, OM Lutz

Copyright: Die Wiedergabe der beiden Artikel, veröffentlich in den AGCW-DL Infos 1991 II, S. 20-21  und AGCW-DL 1992 I , S. 18, erfolgt mit freundlicher Genehmigung des Autors: Lutz Giesecke, DL5OBG.