Proč?
Klasické rámovky jsou vhodné i pro přijímače horší kvality, protože jsou laděné a omezují tím
intermodulace v přijímači. Mají ale i velikou nevýhodu - předpokládá se jejich umístění v
bytě u rádia. A to je problém - právě tam je největší rušení z elektrické sítě od moderních
elektrospotřebičů. Přestože jsou rámovky poměrně necitlivé k blízkým zdrojům rušení, především
na středních vlnách je ho tolik, že v něm slabší stanice zmizí. Často ale stačí vynést rámovku na
zahradu a je po problému. K tomu ale potřebujeme anténu, kterou není třeba ladit a která venku
vydrží. Výborně poslouží neladěné, širokopásmové smyčkové antény. Je to pricip, na který mnoho radioamatérů hledí nedůvěřivě, podobně jako kdysi na miniwhip. Neprávem. Na podobném principu se vyrábějí i tovární antény, např. od firmy Wellbrook, jako ALA 1530 nebo
ALA 100. Liší se velikostí smyčky, od zhruba 1m v průměru až po mnohametrové čtvercové maxismyčky připomínající loopy pro vysílání v krátkovlnných pásmech.
Zkušenosti a reference majitelů jsou vesměs pozitivní, to naznačuje že jde o použitelný princip. Antény ALA mají obdobné vlastnosti jako rámovky, tedy osmičkový vyzařovací diagram se dvěma úzkými hlubokými minimy v ose smyčky. Antény netrpí ani na intermodulace a jiné parazitní signály, díky kvalitnímu odolnému zesilovači. Jeho zapojení ale výrobce pochopitelně tají a cena v přepočtu mezi 6000,- až 9000,- korunami není zrovna lidová, alespoň pro našince.
Proto vzniklo několik pokusů o domácí konstrukci širokopásmové smyčkové antény z finančně i technicky dostupných zdrojů. Prvním otazníkem je samotná anténní smyčka. Možností je několik:
Vícezávitová nebo mnohozávitová smyčka podle obrázku a) byla použita u návodu z Elektoru ve spojení s třítranzistorovým zesilovačem. V původním provedení šlo o několik závitů libovolného drátu kolem okenního rámu. Předpoklad konstruktéra zřejmě byl ten, že vícezávitová smyčka dodá také větší výstupní napětí. To se ale nepotvrdilo. Naopak, účinnost byla špatná a i pokus se zbytkem počítačového FTP kabelu o osmizávitovou stíněnou smyčku byl neúspěšný. Zajímavé je, že v počátcích rozhlasu se podobné antény vyráběly, ale pravděpodobně byly zapojeny do vstupního okruhu v rezonanci místo běžné vstupní cívky.
Další pokusy jsem prováděl se smyčkou z bílé dvojlinky CYH, tedy s dvouzávitovou smyčkou podle obrázku b). Možná s výjimkou nejmenších rámů o průměru pod 1m ale i dvojzávitová smyčka přináší víc problémů než užitku. Především už při hraně smyčky kolem 1,3m se dostáváme k celkové délce drátu kolem 10m a to je rezonanční délka pro kmitočty kolem 30 MHz. U větších antén se posouvá k nižším kmitočtů a může vadit. Navíc je nutné počítat i s kapacitou mezi vodiči, která může posunout rezonanci k ještě nižším kmitočtům. V praxi jsem u některých provedení skutečně pozoroval velmi dobrou účinnost v okolí CB pásma, stejně jako špatnou funkcí na jiných krátkovlnných kmitočtech. U některých provedení ani nebylo znát, že by vícezávitová smyčka dodávala silnější signál než jednozávitová, jindy byl rozdíl jen minimální.
Proto jsem přešel k jednozávitové smyčce podle obrázku c), která se ukázala jako vyhovující pro většinu aplikací. Většinou jsem zkoušel čtvercové smyčky o hraně kolem 1 - 1,4m, které jsou ještě přijatelně velké a je možné takovou anténu dát i na rotátor.
Stíněná smyčka podle obrázku d) je použitá například u návodu na Miniloop, elektrické stínění by mělo pomoci k hlubším minimům a k ještě většímu omezení nežádoucího rušení z elektrické sítě. V podstatě jde o smyčku z koaxiálního kabelu, pro připojení konců k zesilovači lze výhodně použít např. konektory PL. Důležité je přerušit stínění kabelu na protilehlé horní straně - stínění NESMÍ tvořit uzavřenou smyčku. Střední žíla koaxiálního kabelu potom funguje jako vlastní anténa.
Hitem poslední doby je konstrukce NCPL smyčky podle obrázku e). V podstatě se jedná o dvojzávitovou smyčku s dokonalou symetrizací a stíněním. Zkušenosti jsou s ní dobré, především u malých průměrů. U velkých antén přes 1m v průměru už se mi zdá jako zbytečná, ale na druhou stranu jsem nezaznamenal negativa. Takže - proč ne.
Anténu je nutné nějak připojit k přijímači. Nejjednodušší konstrukcí je pasivní smyčka. Ta je popsána například na stránkách www. bamlog.com.
Smyčka má délku hrany cca 2 metry. Popsaný převodní transformátor 1:1 lze v našich podmínkách nahradit např. oddělovacím transformátorem s 2x15 závity na toroidu Amidon FT50/43. Ještě lepší výsledky by pravděpodobně byly s dvojděrovými jádry Amidon BN 43/202 nebo BN 73/202, s 2x7 až 10 závity. Při použití feritových brýlí PRAMET ze symetrizačních členů bude anténa fungovat jen na krátkovlnných pásmech. Zajímavá je také varianta napájecího bodu na rohu smyčky, kdy se údajně osmičkový symetrický diagram změní na mírně jednosměrný. Sám jsem pasivní smyčku letmo zkoušel s testovacím rámem o hraně 1,4m a transformátorem z neznámého "kořistného" toroidu. Anténa pracuje, ale v daném případě stačila jen na silnější stanice. O kolik by se příjem zlepšil s větší smyčkou a lepším transformátorem jsem nezkoušel.
Existuje ještě jedna, "beztransformátorová" možnost. Před asi dvaceti lety byla popsána jednoduchá přijímací smyčka v některém slovenském radioamatérském časopisu, proto se pro ni vžil název "slovenská smyčka". Její princip si pamatuji jen z ústního podání, nepodařilo se mi ji dohledat, proto neručím za to, že následující nákres je skutečně správný a odpovídající původnímu:
Anténu podle nákresu jsem vyzkušel, s průměrem smyčky asi 1m. Ve spojení s citlivým přenosným přijímačem pracuje dobře i přes možné výhrady k ne úplně dokonalé symetrii. Výhodou je jednoduchá konstrukce a absence transformátorku jako zdroje případných problémů.
Zkušenosti moje i od dalších "pokusníků" jsou zhruba takové, že pasivní smyčková anténa dobře poslouží ve spojení s citlivým přenosným přijímačem, ve volné přírodě s minimální úrovní rušení. Nelze ale očekávat extrémní DXy. Dobře poslouží naopak i při poslechu v zarušeném prostředí, kde by zesílení signálu stejně nevedlo ke zlepšení odstupu od rušení.
Zesilovač je při domácí instalaci velmi vhodným doplňkem. Anténa bude v místě s co nejmenší úrovní nežádoucího rušení a případně i s pomocí odsměrování rušení do minima. Bohužel ale ani při použití kvalitních koaxiálních kabelů nezabráníme průsakům z více zarušených míst, kterými kabel vede. Proto je vhodné signál ze smyčky zesílit, i když to vzhledem k citlivosti přijímače zdánlivě není nutné. Jaký zesilovač použít?
První konstrukcí, která se objevila, je širokopásmová anténa s třítranzistorovým zesilovačem, popsaná v časopise Elektor 1/2000 a následně také v Amatérském rádiu o rok později.V původní podobě šlo o několikazávitovou smyčku o velikosti cca 1,5x1,5m, okolo okenního rámu. Připojuje se přímo na symetrický vstup zesilovače, bez transformátoru.
Smyčka z dvojlinky o hraně cca 80 cm s tímto zesilovačem dávala velmi, až zbytečně silný signál, na středních a dlouhých
vlnách ještě silnější než KAA1000. Bohužel ale s intermodulacemi a poměrně silným šumem. Na vyšších kmitočtech krátkých vln už účinnost antény slábla.
Směrové vlastnosti ale zůstaly zachovány a anténa je necitlivá na místní rušení, takže i přes výše
uvedené nedostatky umožnila zachytit několik stanic které na všesměrovou anténu zanikly.
První pokusy ukázaly, že v tomto zapojení jsou problémy s odolností zesilovače které limitují použitelnost.
Na dalším obrázku je upravené zapojení, kde jsou tranzistory na vstupu nahrazeny typy BC549 a BC559. Oba typy mají na rozdíl od původních shodné vlastnosti, proto bylo nutné změnit zapojení tak aby byly oba otevřené symetricky a na jejich emitorech byla přibližně polovina napájecího napětí.Na výstupu jsem použil tranzistor BFR 96.Výstup je zároveň upravený pro napájení po kabelu.
Zkušenosti byly povzbudivější, anténa se citlivostí na středních vlnách blíží miniwhipu, signál není tak silný jako u předchozí varianty. Na krátkých vlnách citlivost klesá, ale u vyšších kmitočtů opět stoupá a např. na CB pracovala celkem dobře, což možná souviselo se zmíněnou délkou použité smyčky. Limitem antény je prozatím také odolnost zesilovače. Přes den je anténa dobře použitelná, ale v noci kdy síla signálů stoupne se objeví intermodulace a zázněje, svědčící o zahlcení zesilovače. Zkoušel jsem také na rám navinout dva závity dvojlinky, tedy použít vinutí o čtyřech závitech. To už ale bylo na zesilovač moc i ve dne. Další pokusy byly s vložením odporu mezi emitory vstupních tranzistorů, ale ani to se neosvědčilo.Nejen že prudce klesalo zesílení, ale navíc se smyčka přestávala chovat jako rám a ztrácela směrovost - s větší impedancí v zátěži nepracuje. Anténu jsem zkoušel se skládacím rámem a hranou smyčky cca 1,4m.
Na rámu tedy byla dvojzávitová smyčka z bílé dvojlinky.
Ve snaze odstranit průlezy a intermodulace vzniklé v třítranzistorovém zesilovači jsem našel také následující zapojení jednoduchého anténního předzesilovače podle W7IUV:
První pokusy ukázaly, že zesilovač skutečně pracuje celkem dobře. Podle původních pramenů se používá především k anténám typu Flag, EWE, K9AY apod. Údajně se jedná o nízkošumový zesilovač, ale po praktických zkouškách o tom trochu pochybuji a myslím si že pro antény jako je Flag nebo EWE, které mají velmi malý zisk by kvůli velkému vlastnímu šumu nevyhověl.
Zapojení je mírně zjednodušenou variantou notoricky známého zapojení, které lze v mnoha podobách vysledovat v časopisech i literatuře už od osmdesátých let. Vstup zesilovače je navázán se smyčkou transformátorem 1:1 podle předchozího návrhu. Anténu jsem s tímto zesilovačem zkoušel v různých provedeních, jednou s transformátory z neznámých dvouděrových jader, podruhé s toroidy FT50/43. Nepozoroval jsem mezi nimi zásadní rozdíl. Tranzistor je nutné nasadit na chladič - odběr zesilovače při 12V napájení dosahuje až 80 mA.
Nejlépe pracuje na středních a dlouhých vlnách, kde se vyrovná ostatním anténám co do síly signálu, účinnost antény směrem ke krátkým i velmi dlouhým vlnám ale klesá. Nedostatek je v poměrně velkém vlastním šumu, stanice které byly na Miniwhip nebo klasickou drátovou anténu ještě slabě slyšet už smyčka s tímto zesilovačem nezachytila. U běžných stanic na středních vlnách, kde nejde o příjem extrémně slabých stanic na hranici slyšitelnosti ale vyhoví a díky směrovosti umožní slyšet stanice které jsou na všesměrovou anténu "namíchané" dohromady.
Odolnost proti místnímu rušení je velmi dobrá. Parazitní signály jsem nepozoroval, až na jednu výjimku. Tehdy jsem zkoušel smyčku z dvojlinky, tedy o dvou závitech. Přitom se zesilovač po odpojení zátěže rozkmital a vyzařoval i do okolí. Stačilo ale jen zatížit kabel od antény zakončovacím odporem a kmitání i vyzařování ustalo. To je důležitá připomínka např. při přepínání antén do jednoho přijímače.
Nakonec jsem smyčku s tímto zesilovačem nastálo namontoval doma na rotátor.
Před několika dny jsem napsal, že se smyčková anténa v této podobě výborně osvědčila. Při prvním testování v pozdním odpoledni a podvečeru skutečně vše vypadalo nadějně. Ale později jsem zjistil, že směrovost antény není moc dobrá a minima jsou málo zřetelná. Někde byla směrovost antény znát, ale u silnějších signálů se prakticky ztrácí. Zatím tak ve směrovosti vítězí malá aktivní rámovka. V současné době testuji druhou anténu a druhý zesilovač. Téměř jsem vyloučil "průsak" signálu z jiných antén a mezi kabely anténních rozvodů, problém vidím spíš v konstrukci vstupního oddělovacího transformátoru, nebo v konstrukci smyčky.
Vyzkoušel jsem jiný vstupní transformátor, vinutý ne jako linkový na dvouděrovém jádru, ale jako oddělovací na toroidu. Tedy jedno vinutí o 15 závitech (FT50/43) na jedné polovině toroidu, druhé na protilehlé. Výsledek je hned veselejší - minima jsou natolik hluboká, že lze odladit např. Coutry radio na 1062 kHz zcela do šumu. Na bouráky typu Liblic nebo Dobrochova to sice nestačí, ale pro běžný poslech vesměs ano.
S druhým zesilovačem, který má sice linkové trafo, ale už na toroidu, jsem odzkoušel stíněnou smyčku ze zbytků koaxiálu RG58. Můžu jen doporučit, minima jsou hlubší a hlavně ostřejší.
Dalším experimentem byla konstrukce antény Mini Loop podle následujícího odkazu:
www.radiopassioni.it/pdf/MiniLoopAMdefinitiva.pdf
Vlastně jde o zesilovač známý z Miniwhipu, doplněný transformátorem s poměrem závitů 2:80 pro přizpůsobení smyčky na vstup zesilovače. Tato anténa se ale vůbec neosvědčila. Po připojení zesilovače ke smyčce se zesilovač rozkmitá a kmitání ustane až po snížení napájecího napětí k cca 7V. Zkušel jsem různé úpravy - zaplechování a stínění zesilovače, stíněnou smyčku, snížení převodu vstupního transformátoru, ale kmitání se objevovalo stále. Po snížení napájecího napětí sice anténa pracuje, ale nijak valně. V podstatě je tato konstrukce nepoužitelná.
Dostáváme se k následující variantě smyčkové antény, na kterou mě upozornil kolega z CSDXC a která byla popsána i v klubovém časopisu Radio Revue.
Další variantou je zesilovač podle následujícího obrázku:
Podrobnosti jsou na stránce www.george-smart.co.uk/projects/wellgood_loop/
Povídá se, že zapojení je okopírovaná tovární ALA1530 - ale to je bez záruky.....
Nyní je mezi posluchači hodně rozšířená konstrukce smyčkové antény se zesilovačem podle LZ1AQ. Nejčastěji v podobě dvou zkřížených smyček, tato kombinace umožňuje alespoň jednoduché přepínání směrů.
Schéma zapojení zesilovače pro smyčky je na následujícím obrázku:
Anténa je složitější než předchozí konstrukce, ale zase ne tolik aby ji nebylo možné vyrobit v domácích podmínkách. Její autor, LZ1AQ, má na svých webových stránkách podrobné informace a anténu nabízí v podobě stavebnice nebo hotových komponentů. Další informace a technické podrobnosti jsou na této stránce. Uživatelů antény je mezi posluchači hodně, stejně jako zkušeností, vesměs velmi pozitivních. Především si anténu chválí "panelákoví" posluchači, pro které je asi nejlepší - jedinou možností.
Anténu jsem vyzkoušel v "home-made" provedení v portejblových podmínkách, na VyrSetu25. Zesilovač je domácí výroby, smyčka zapojená jako NCPL a napájení z 12V akumulátoru přímo u antény. V místě bylo poměrně dost zarušeno.
Zkušenosti byly vesměs pozitivní. Smyčka je skutečně poměrně málo citlivá na rušení (ale samozřejmě ne nějak zázračně), asi dvacet metrů od budovy už umožnila bezproblémový poslech.
Další možností je "instantní" smyčková anténa z čínských e-shopů. Je to kompletní tovární anténa pro vnitřní použití. Souprava obsahuje samotný zesilovač, horní spojku s přepínači, dvě části vlastní anténní smyčky z tuhého kabelu, napájecí výhybku a propojovací kabely.
Pro domácí použití jsem k anténě vyrobil stojan z podstavce monitoru a plastových "pancéřek". Středem stojanu je trubka 20mm a na ni je přes vložky nasazená trubka 25mm, tak aby byla volně otočná.
Napájení je buď z baterií, v tomto případě 9V. Protože zesilovač má odběr okolo 70mA, je to spíš nouzová varianta a lepší je akumulátor. Při 12V odběr stoupne k 80mA. Nelze doporučit síťový zdroj a už vůbec ne spínaný. To je nejjednodušší cesta, jak si přímo k anténě přivést rušení.
Zajímavostí této smyčkové antény jsou přepínače jak u samotného zesilovače tak i u horní spojovací desky. Umožňují zvolit tři různé varianty:
Technicky a konstrukčně je to sice zajímavé, ale prakticky jsem při zkoušení jednotlivých konfigurací nepozoroval rozdíly ani v citlivosti, ani v odolnosti proti rušení.
Smyčkové antény obecně se sice nehodí pro extrémní dálkový příjem v nezarušených čistých lokalitách, kde budou nejlépe pracovat klasické "déixové" antény. Odvedou však velmi dobrou práci v běžné zástavbě, kde je problém s rušením, na které jsou z běžných antén asi neméně citlivé. Další výhodou (i nevýhodou zároveň) je směrovost podobná např. feritové nebo rámové anténě. Umožní odsměrovat lokální zdroj rušení nebo nežádoucí vysílač. Jsou také velmi vhodné tam, kde není možná stavba klasické antény. Výhodné je i to, že při postavení na zahradě nezabere moc místa, nepřekáží a většinou ani nepůsobí rušivě na sousedy.
U těchto antén bez ohledu na použitý zesilovač jsem také pozoroval v některých případech špatnou směrovost - slabá neostrá minima příjmu. Příčinou není konstrukce antény, ale fyzikální zákonitosti. Směrovost antény je dobrá pro signály přicházející přízemní vlnou, nebo pro místní rušení. Potom jsou v příjmovém diagramu ostrá a hluboká minima umožňující odsměrovat nežádoucí signál. Horší situace je ale u prostorové vlny, odražené od ionosféry. Tedy v praxi u dálkového příjmu. Potom není jednoduchými prostředky možné dosáhnout dostatečné směrovosti a ostrosti minim.