Erfahrungen Aktive Aperiodische Loop Antenne drinnen

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Hallo Leute!

mir ist ein angeblich relativ guter Weltempfänger zugelaufen. Ein XHDATA D-808.
Aus Langeweile und Neugierde hab ich dann den Äther auf der Kurzenwelle untersucht. Spannend das ganze.
Schlechter Empfang und Fading trübt den Spaß.

Ich bin hier leider mitten in der Stadt und kann außen keine Antenne anbringen. Ca 30m CuLa Draht in der Wohnung verteilt (immer hin und her) brachte schon erhebliche Verbesserung. Aber da geht bestimmt noch mehr.

Nach viel lesen bin ich auf die Empfehlung gestoßen: Innen eine Aktive Magnetische Loop Antenne verwenden.

Ich hab probeweise mal einen 75cm Loop aus RG-58 ohne Verstärker an das Radio getüdelt, das verbessert das S/N Verhältnis schon enorm, Weit weniger Störungen, aber kaum Empfangspegel.

Also möchte ich jetzt das probieren:
DIY Loop

Ich bin irritiert davon das die aktuellste Version keine Drossel mehr als LP nach der KSQ hat. Die 47R mit 100nF als Tiefpass reichen wohl?
Ich würd bei meiner Variante einfach erstmal zwei 18650 Zellen in Serie als Spannungsversorgung verwenden und ein Poti zur Stromeinstellung einplanen.
Das ist dann zwar nich KSQ aber ich kann die Verstärkung über den Strom grob steuern.

Als Loop hab ich RG-213/214 geplant, der Verstärker soll dann in eine Box aus Platinenmaterial wandern und einfach unten an der Antenne hängen.

Klingt das alles sinnvoll?

Hat jemand mit dieser Art / mit genau dieser Antenne Erfahrungen?

[Bastelbruder]

InTwente hat man sich nach einigen Jahren Magloop von selbiger getrennt und ist auf die Mini-Whip umgestiegen.
Die Whip funktioniert allerdings nur in echter Freiheit, die Loop geht auch im Haus und sogar zwischen leichten Betonwänden.

Anton aus der Schweiz hat kürzlich Loop gegen (Indoor-)Drahtantenne getestet.

edit:
Ich befürchte allerdings, daß dem Radio jegliche Weitab-Selektion fehlt und der Eingangsteil durch völlig unerwartete Frequenzen übersteuert wird. Zudem taugen die weiter oben verlinkten aperiodischen Loops abgesehen von ihren Billig-Fehlern wie hochohmiger Abschluß wirklich nur zum hula-hoop. Eine aperiodische Loop muß im Kurzschluß betrieben werden.

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Ich hatte die doku zur Mini-Whip von der Uni Twente gelesen und mich daraufhin dagegen entschieden. Ich hab keine gute Masse und keinen Mast um die Feldlinien zu bündeln. Daher ist die wohl nix für meine situation.

Anton hat auch die Seite PA0FRI Verlinkt (Entwickler? der Aktiven Mag-Loop die ich nachbauen wollte).

Was hältst du von diesen unabgestimmten Mag - Loops wie aus meinem Link?

Edit:
Ich probier grad in die Theorie da rein zu kommen.

Vielleicht sorgen die 100p und der 10p in Serie dafür das die Loop im "Kurzschluss" läuft oder fehlt da eigentlich ein Abschlusswiderstand direkt an der Antenne?
Scheinbar hat der Entwickler mal mit 220R parallel zum loop gespielt.

Eigentlich müssten die 100p und die 10p doch einen Kapazitiven Spannungsteiler bilden und die Antenne einigermaßen niederohmig(1,5Kohm @ 1Mhz / 100R @ 15Mhz) kurzschließen?
Muss das viel niederohmiger?
Dann größere Kapazitäten aber das schiebt auch die Resonanzfrequenz nach unten. Aktuell liegt die irgendwo bei 15Mhz. Kommt mir wenig vor.
Mhm.
Das wird mal wieder Wochenlanges recherchieren anstatt einfach was nachzubauen.

[TDI]

Eine Mag-Loop ist ja eigentlich ein Schwingkreis, der nur auf seiner Resonanzfrequenz gut empfängt und dadurch viel „Müll“ abseits davon ausblendet.

Die spannende Frage wäre, wie man die Antenne leicht auf die Empfangsfrequenz des Empfängers abgestimmt bekommt ?
Am Drehko drehen bis der Sender am lautesten zu hören ist wäre wohl ein Weg.
Statt Drehko müssten eigentlich doch auch Kapazitätsdioden gehen. Es wird ja nur Empfangen.
Hat der Empfänger eine Feldstärkeanzeige?
Vielleicht könnte man die irgendwie anzapfen und den Resonanzpeak erkennen oder sogar so auswerten, dass ein automatischer Sweep dort endet?

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Ich hab grad ein schönes PDF von DL4ZAO gefunden. Das erklärt das Problem recht gut.

kurze Erklärung


So wie es aussieht spricht nichts gegen die Geschirmte aktive Aperiodische Loop Antenne.

Nur scheint der Verstärker von PA0FRI nicht wirklich sinnvoll.
Wenn ich nicht nicht verrechnet hab, betreibt der Verstärker die 1,2M Durchmesser Antenne mit einer unteren Grenzfrequenz von irgendwas zwischen 50 und 100Mhz (mit 110p als "Last"), darunter fällt der Pegel mit 6dB/Oktave ab, das ist ja nicht ideal.

Mal sehen ob ich da noch etwas besseres finde.
Der INA ist leider schon bestellt.

[Bastelbruder]

Eine Mag-Loop ist ja eigentlich ein Schwingkreis, der nur auf seiner Resonanzfrequenz gut empfängt und dadurch viel „Müll“ abseits davon ausblendet ...

Wenn man den Satz (das zweite Wort) um "resonante" ergänzt, könnte da ein Schuh draus werden. Ich meine vernommen zu haben daß das Radio im hochfrequent vermüllten Haus betrieben werden sollte, da hilft wirklich nur eine schmalbandig resonante Antenne um den Empfängereingang zu entlasten.

Nochmal: Die verlinkten Loops sind allesamt aperiodisch und werden quasi im Lerlauf (mit 50 Ohm "Last") betrieben. Das hat sich als suboptimal herausgestellt weil wie bereits festgestellt, die niedrigen Frequenzen benachteiligt werden. Und warum eine Antenne die unterhalb 50 KHz nicht mehr geht, schlecht sein soll kann ich auch nicht nachvollziehen, das Spielzeugradiole will dort längst nicht mehr.

Achja, der Begriff "Magnetic" (kurz: Mag) ist an dieser Stelle so sinnfrei wie das Gendersternchen oder der PLug-Stecker oder die Link-Kopplung oder das LCD-Display. Jede Loop die deutlich weniger Draht in der Luft hat als die Welle lang ist, koppelt primär an das magnetische Feld. Wenn die Diskussion sachlich verlaufen soll, ist korrekte Verwendung der (deutschen) Sprache Voraussetzung.

[ferdimh]

Jeder 08/15 Transistor (BC547, 2N2222, wasweißich) ist ein brauchbarer Vorverstärker, wenn man ihm die Loop in den Emitter knallt, und die Basis einfach über einen Widerstand (und Kondensator nach Masse) vorspannt.
Die Fernspeisekonstruktion kann übernommen werden (mit Drossel, ohne Drossel ist Käse!)
Das Kunstwerk kann man noch mit Gegenkopplung verfeinern, bis tatsächlich ein flacher Frequenzgang entsteht, aber ohne erhält man eine relativ angenehme Charakteristik:
Auf LW (mit sehr hohen Störpegeln!) halbwegs taub, auf MW mittelmäßig empfindlich, und auf KW gehts ab.

Ob die Antenne drinnen oder draußen steht, ist bei einer Loop fast egal, erst wenn man sich nach innen deutlich vom Fenster entfernt oder außen deutlich vom Gebäude entfernt, tut sich noch was.

In der Praxis sind aber fast alle Empfänger in den AM-Bereichen nicht wegen Rauschen, sondern wegen Übersteuerungsfestigkeit am Limit. Eine selektive Loop (oder eine selektive Stabantenne) entlastet den Empfänger von viel Dreck, und kann daher eine erhebliche Empfangsverbesserung gewährleisten.
Schon ein einfaches Hochpassfilter kann gequälte Empfänger entlasten. "Hochpassige" Antennen, wie die eigentlich fehlkonstruierte PA0FRI-Loop wirken dabei erstaunliche Wunder.
Weitere empfehlenswerte Tricks sind der Verzicht auf große Mengen Verstärkung, das Rausreißen der HF-Vorstufe im Empfänger (sofern vorhanden - die hat in einem KW-Empfänger echt nix verloren!) und auf keinen Fall den Rahmen zu groß machen!
Ein kleinerer Rahmen liefert weniger Pegel, und weniger Pegel macht weniger Übersteuerung. Ich würde 30-50cm Durchmesser anpeilen, nicht mehr.

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Interessant. Also könnte die "falsch" konstruierte Antenne besser funktionieren als man erst erwarten würde da sie den Pegel begrenzt.

Ich bin mir ziemlich sicher: Das China Radio ist nicht das beste.
Ist aber angeblich einigermaßen brauchbar, wenn man dem Internet glaubt.
Aktuell hab ich auch nichts anderes.

Wäre es dann sinnvoll einen Preselector zu verwenden? Das würde das exakte einstellen vom Drehkondensator sparen (an der Resonanzen Loop) und gleichzeitig den Empfänger entlasten.

@ferdimh
Versteh ich das richtig, ich soll einen BC547 in Basisschaltung an einer kleinen Loop testen.
Ich hab da mal etwas aufgezeichnet, so in etwa?

Dabei kam mir die Idee den Empfänger durch einen einfachen Bandpass zu entlasten. Ich frag mich nur ob einfache Stereo Potis überhaupt noch irgend etwas sinnvolles bei diesen Frequenzen machen.

[Bastelbruder]

Am Verstärker R10 weglassen, sonst funktioniert die Stromstabilisierung per R11/hfe nicht. Ich könnte mir auch eine aktive Stabilisierung mit einem zusätzlichen PNP / Shunt in der Kollektorleitung vorstellen.
Auch wenn Kleinsignaltransistoren ziemlich gut sind, NF-Leistungstransistoren mit hoher (hfe-)Linearität sind zu bevorzugen, beispielsweise einer aus der Zetex Super E-Line-Familie, ZTX649 oder so. Die weisen durch ihre Chipstruktur mit Multiemitter und verteilten Degenerationswiderständen besonders niedrige und vor Allem Aussteuerungsunabhängige, ziemlich konstante R_B und R_E Werte auf. Viele dreifach diffundierte (Japan-) Kleinleistungstransistoren sind den TUN in Sachen Linearität ebenfalls deutlich überlegen. Und nicht vergessen daß Linearität und Aussteuerungsgrenze mit zunehmendem Strom besser werden.

Die Idee mit der Wienbrücke finde ich nicht dumm, die Brücke funktioniert aber bloß mit hochohmigem Abschluß - da muß noch ein Imprdanzwandler dahinter. An der Stelle könnte vielleicht die Whip-Schaltung eingesetzt werden. Mal die Schaltung mit spice ausprobieren.


Achja, die irgendwo weiter oben erwähnte, abgeschirmte Loop ist eine Traumkonstruktion die genauso schlecht funktioniert wie die abgeschirmte Koppelwindung (ich hab's ausprobiert), die nicht bloß Rothammel aus dem ARRL-Handbuch rauskopiert hat. Was anstatt Abschirmung einzig funktionieren könnte ist Symmetrierung, dabei ist auf völlige Kompensation auch kleiner Teilkapazitäten zu achten. Es dürfen auch nicht Windungskapazitäten durch konzentrierte Bauteile ersetzt werden. Bloß: Wozu eigentlich Abschirmung? Soll störende Hochfrequenz bereits in der Antenne selektiv ausgesondert werden?

[PowerAM]

[...] Ich bin mir ziemlich sicher: Das China Radio ist nicht das beste. Ist aber angeblich einigermaßen brauchbar, wenn man dem Internet glaubt. Aktuell hab ich auch nichts anderes. [...]

Hinweis: Dieses (und noch viele andere Modelle) ist ein DSP-Radio. Eine zumeist eher simple Empfängerschaltung liefert "irgendein" Signal, das digital nachbearbeitet wird, bevor es dem geneigten Zuhörer final als irgendwie geartetes Gedudel präsentiert wird. Das finale Empfangserlebnis - sowohl Empfindlichkeit und Trennschärfe, als auch die akustische Präsentation - stehen oder fallen mit den Fähigkeiten und Fertigkeiten dieser digitalen Nachbearbeitung. Bei zahlreichen Geräten ist das gut oder sogar sensationell gelungen, bei manchen auch nicht so gut.

Anhand dieses nicht ganz eindeutigen Verhaltens des Empfängers würde ich damit jedoch keine externe Antenne beurteilen wollen. Regelverhalten von AGC und ggf. Bandbreitenautomatik sowie die bei zahlreichen DSP-Empfängern nicht unbedingt pralle Großsignalfestigkeit können einen beim Bau und beim Vergleichen von Antennen stärker veralbern, als man sich vorstellen möchte. Für Antennenbau oder -vergleich halte ich einen "konventionellen" Empfänger für besser geeignet. Das heißt dennoch nicht, dass die DSP-Schachtel final daran nicht funktioniert.

[ferdimh]

Der in der Mitte geteilte Schirm um die Loop funktioniert tatsächlich erschreckend gut, um die Empfindlichkeit der Antenne für E-Felder zu senken, indem man sie in zwei kleinere Komponenten zerlegt. Die ca. 10 dB Absenkung sind aber schwerlich als "Schirmung" zu bezeichnen.

[xoexlepox]

Weitere Anregungen zur Schaltung lassen sich ggf. aus der Baumappe von "QRP-Project" zu einer ähnlichen Konstruktion extrahieren. Dieses Ding ist jedoch ein ziemlicher Stromfresser und reagiert sauer auf Betriebsspannungen >9V. Ansonsten funktioniert das Teil recht ordentlich.

[ferdimh]

Zum Schaltplan habe ich vergessen: Wenn du R11 direkt an den Kollektor klemmst, statt an die Versorgung, ergibt sich eine gewisse Arbeitspunktstabilisierung (und die Fernspeisung wird sehr einfach). Das ist daher zu bevorzugen.

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Danke für die vielen Tipps.
Ich hab soweit mal alles in den (neuen) Schaltplan eingebaut.



Dabei sind noch recht viele Fragen offen die ich mir selber aus Unwissenheit nicht beantworten kann.
Ich probiere mir mal was zusammenzureimen und ich hoffe jemand kann mich erhellen.

- Koppelkondensatoren C2 / C7 /C5:
Da sind jetzt erstmal 100p eingetragen, den Wert habe ich stumpf aus der verlinkten Loop übernommen.
Wenn ich annehmen das das Radio einen Eingang mit 50R Impedanz hat und ich das Gebilde aus Koppelkondensator und Eingangsimpedanz als Hochpass betrachte komme ich auf 32Mhz Grenzfrequenz. Ist das wieder nur ein "trick" um den Eingangsteil des Empfängers zu entlasten oder spielt die Impedanz des Kondensators mit rein?
Immerhin stellt der 100p Kondensator einen Blindwiderstand von 700R@2Mhz - 53R@30Mhz da. Der INA hat ja einen 50R Ein/Ausgang (zum Rout vom T1 komm ich gleich).
Das erzeugt doch eine Fehlanpassung -> damit (Störende?) Reflektionen und geringere Pegel.

- Strom durch den T1
Laut Datenblatt (vom ZTX649) ist der Stromverstärkungsfaktor zwischen 30mA und 80mA sehr Linear.
Seh ich das richtig das ich rund 55mA Ruhestrom einplanen sollte?
Da die Loop quasi 0R hat, sollte die Spannung am Kollektor ca 0,7V sein.
Ich würde weiterhin gerne 2x 18650 Zellen als Versorgung verwenden. (also 8,4V - 6V)
Wenn ich für R2 120R einsetze, ergeben sich 45-65mA Ruhestrom bei leeren und vollen Akkus.
Das ist mitten im Linearen Bereich also noch ok? Die Verlustleistung von 0,5W sind zwar verschwenderisch, hier aber egal.

Damit ist aber die Ausgangsimpedanz bei rund 120R, nicht bei 50R. Ich verliere also wieder >60% Pegel ohne weitere Anpassung!

Bei R1 Rätsel ich auch. Ich kann nur annehmen das der Basistrom durch den HFE geringer wird.
Da wir bei rund HFE = 200 sind, sollte der Strom in der Basis 200x kleiner sein als der Ruhestrom.
Hier weiß ich jetzt nicht so recht. Von Vcc aus würde ich jetzt 24k einbauen. Vom Kollektor aus fehlt mir aber die Spannungsdifferenz?

C1 würde ich dann als Tiefpass mit R1 auslegen und auf eine untere Grenzfrequenz von 2Mhz oder so zu kommen.

-Eingangsimpendanz Radio:
Das Gerät hat leider nur einen 3,5mm Klinkenstecker als Antennen Eingang. Ich bin mir nicht sicher ob das überhaupt niederohmig (50R) ist.
Gemessen hab ich bis jetzt nicht, ich würde aber einen Koppelkondensator erwarten also brauch ich mein Multimeter da garnicht dran halten.
Wie finde ich raus welche Impedanz das Radio hat?


EDIT:
- Diode BAS70 -> sind die überhaupt nötig? Um >0,7V in der Loop zu generieren muss wahrscheinlich ein Blitz direkt / daneben einschlagen?

[Bastelbruder]

Der INA belastet die Wienbrücke mit 50 Ohm, damit ist deren Funktion völlig kaltgestellt. Vergiß es! Da geht bloß ein FET.

Und einfach die Betriebsspannung reduzieren wird auch schief gehen.

Probier doch mal alles in (LT)spice, die Modelle sind verfügbar.

[Farbe]

Oh ja, ich hatte den mit der Idee "hohe Eingangsimpedanz" eingebaut...
War wohl zu spät gestern, ich habs ja auch geschrieben das er 50R am Eingang hat..


Ich bau das mal in LTSpice nach.
Kurzes googeln brachte mich auf Loop Model. Das werde ich dann wohl mal genauer anschauen.

[ferdimh]

C1 muss groooooß.
Bereits deutlich oberhalb der Grenzfrequenz kommt genug Spannung an die Basis durch, um eine außerplanmäßige Gegenkopplung zu erzielen. Hier ist klotzen angesagt. 22µ/82k habe ich mal irgendwo abgekupfert.
Auch die anderen Koppelkondensatoren sollten schon 10n haben, sonst fehlts untenrum (und der Mangel addiert sich).
Am Kollektor vom Transistor liegt deutlich mehr Spannung als 0,7V an, weil am Basiswiderstand ja auch noch Spannung abfällt.

Ein zweckmäßiges Loopmodell ist 1µH. Parallel wird über einen großen Widerstand (50 Ohm oder mehr) HF eingespeist. Dieses Modell taugt sogar für die Realität, wenn man verschiedene Vorverstärker auf dem Tisch vergleichen will.

[Farbe]

Heute bin ich mal dazu gekommen das in Spice zu hauen.

Grün ist der Ausgangspegel über R4
Blau ist der "Eingangspegel" also direkt an L2.
ca 35db gain.

Die Spitze kommt vom LC filter für die Versorgung. Da macht mir C2 noch ein wenig sorgen. Wenn ich ihn weg lasse, wird die Verstärkung unlinear.
Lieber mit der Unlinearen Verstärkung leben oder lieber die Resonanzspitze vermeiden? Eigentlich ist sie mit den gewählten Bauteil werten weit weg vom Empfangsbereich.

Scheinbar sind die Widerstandswerte da relativ unkritisch. Der Ruhestrom (R2) ändert die Linearität. Da lag ich mit ca 120R nicht falsch.
Schwankende Akkuspannung scheint kaum ein Problem zu sein. Die Verstärkung und Linearität verändert sich nur wenig bei vollem/leerem Akku.

Am Kollektor vom Transistor liegt deutlich mehr Spannung als 0,7V an, weil am Basiswiderstand ja auch noch Spannung abfällt.

Laut Simulation komme ich da auf ca 715mV an dem Kollektor und 675mV an der Basis. Das sind ca. 300uA in der Basis bei 60mA im Kollektor.
Rechnerisch sind das ca 200hfe. Ich denke mal das passt so?


Irgendwelche Einwände oder passt die erste Stufe so schonmal?

[Gary]

Den LC Filter/Schwingkreis kannst du ja in seiner Güte beeinflussen, ein R in Reihe und die Spitze wird gebügelt.
Ich kenne LT Space nicht, ist da L in Wirklichkeit nicht eh schlechter als angenommen?

[Farbe]

Ja korrekt.
Ich hatte nichtmal den ESR der Spule eingetragen.

Mit den Daten einer realen Spule ist der Peak komplett weg.

[Gary]

Wow, ich konnte helfen

Kann mir jemand kurz erklären warum man den Innenleiter zum Empfänger führt?
Man könnte ja gleich den Schirm nutzen, ist das schlicht wegen der Impedanz?

Mein Rothammel ist zu alt..

[Farbe]

Schau mal hier rein Mastering the Art of Shielded Loop Aerials.

[Bastelbruder]

Der 10µ ist sicher auch ein realistischer Kondensator mit ESR.
Und die 10 nF zum Empfänger finde ich etwas sparsam, 100 nF sind besser. Hat der Rx überhaupt 50 Ohm am Eingang oder wird damit bloß das Koax abgeschlossen? Dann würde ich die Versorgung nämlich durch diesen Widerstand zuführen und den Trennkondensator zum sehr wahrscheinlich richtig hochohmigen Eingang auf 1 nF reduzieren.

[Farbe]

Ich bin mir nicht sicher. DC Messe ich auf jedenfalls rund 5MOhm.

R4 war eigentlich als simulation vom Radio gedacht. Sollte das Radio keinen 50R Eingang haben, hätte ich mit 50R am Radio Ende vom Koax experimentiert.

Wie meinst du das mit der Versorgung über 50R?

Die Akkus hängen eh direkt an der Antenne. Ich brauch keine Fernspeisung. Das Koax vom Verstärker zum Radio ist auch maximal 2,5m lang.

[ferdimh]

Gary: Die Kurzfassung ist, dass der "Schirm" auf das E-Feld reagiert (wie es der nackte Draht auch tun würde). Aber durch das Teilen des Schirms in der Mitte sind die beiden Zweige kürzer und niederohmiger und fangen daher weniger E-Feld ein, als es der Rahmen direkt tun würde.

[Bastelbruder]

Zudem sind die beiden Hälften in Gegenphase, zumindest im unteren Frequenzbereich, damit kommt das im Haus primär mit Müll erfüllte E-Feld nicht zur Wirkung.

[Farbe]

Seh ich das richtig das es viel schlauer wäre die VCE vom Transistor auf rund 1/2 Betriebsspannung zu setzen?

Das ist dann nicht so knapp an der Sättigungsspannung und ist damit vielleicht Linearer?

Ich kann dann auch den Ausgangswiderstand auf 50R setzen und bin damit angepasst ans Koax.

Ich hab mal alles eingebaut und auch noch die FET Stufe nach dem Bandpass hinzugefügt.

Die Treiberstufe fehlt noch. Ich frag mich aber ob die geringe Absenkung durch den Bandpass überhaupt einen nutzen hat?

Danke für die Hilfe!

Eine Sache macht mir noch Sorgen: wie man sieht bin ich kein Amateurfunker und hab auch keine Lizenz.
Ich hab keine Ahnung ob durch die hohe Phasenverschiebung nach dem Bandpass möglicherweise Schwingungen auftreten könnten.
Ist das sinnvoll messbar wenn da durch ungewollte Rückkopplungen Schwingungen entstehen? Ich hab leider nur ein Rigol ds1054z.

[ferdimh]

Also.
Wenn die Kiste schwingt, wirst du das daran merken, dass der Empfänger übersteuert ist und nix sinnvolles mehr tut. Eine signifikante Abstrahlung ist extremst unwahrscheinlich.

Der Bandpass dürfte tatsächlich funktionieren, wenn man das ganze linear betrachtet. Die Fläche unter der Kurve wird doch deutlich kleiner, damit wird der Empfänger weniger gestresst.