Magnetic Loop in der Praxis: Verbindungen und Balkonantenne

Jede Verbindung liegt im Schwingkreis

Eine selbst gebaute Loop hat Schraub- und Lötstellen, und auf dem Balkon steht sie dicht an Wand und Geländer. Beides kann mehr Leistung kosten als der Ring selbst.

Durch den Ring einer kleinen Loop fließt überall fast derselbe große Strom (Lektion 1), auch durch jede Schraub-, Klemm- und Lötstelle und durch den Kondensator. Jede dieser Stellen hat einen Übergangswiderstand, alle zusammen $R_K$ liegen in Reihe mit $R_S$ und $R_V$. Nach dem Abstimmen heben sich die Blindwiderstände von Ring und Kondensator auf, die Leistung teilt sich auf die Wirkwiderstände auf. Abgestrahlt wird der Anteil $R_S/(R_S + R_V + R_K)$ (Lektion 3).

Wie viel ein Übergang kostet, hängt davon ab, womit er sich die Leistung teilt. Eine Loop aus 19-mm-Kupferrohr, knapp 1 m im Quadrat, hat auf 14,2 MHz nach der Rechnung ihres Erbauers 137 mΩ Strahlungswiderstand und 64 mΩ Verlustwiderstand im Rohr, sie strahlt 68 % ab^[1]. Kommt eine Verbindung mit 30 mΩ dazu, sind es 59 %, mit 100 mΩ noch 46 % (12db-Rechnung). Am Speisepunkt eines Dipols mit rund 70 Ω kosten dieselben 30 mΩ 0,04 %. In der Loop liegt ein Übergangswiderstand von einigen zehn Milliohm in derselben Größenordnung wie der Strahlungswiderstand, am Dipol verschwindet er neben ihm.

Mit der Frequenz ändern sich $R_S$ und $R_V$ verschieden: Der Strahlungswiderstand fällt zu tieferen Frequenzen mit der vierten Potenz, der Verlust im Rohr sinkt nur mit der Wurzel der Frequenz (Lektion 3).

Woran du einen neuen Verlust erkennst

Einen kleinen Blindanteil, den eine Verbindung mitbringt, gleicht das Nachstimmen am Kondensator aus, wie schmal die Resonanz auch ist. Ihr Wirkwiderstand bleibt.

Die Koppelschleife setzt den Widerstand des Rings umgekehrt ans Koax um (Lektion 4). Bleibt sie unverändert, steigt das kleinste SWR einer vorher angepassten Loop im selben Verhältnis wie der Widerstand im Ring, in der Loop von oben mit 30 mΩ von 1,0 auf 1,15, mit 100 mΩ auf 1,5 (12db-Rechnung). Bei unveränderter Koppelschleife ist das kleinste SWR ein Vergleichswert für den Widerstand im Ring. Stellst du sie nach, kommt das SWR wieder auf 1, und der Verlust bleibt.

Die Bandbreite wächst zwar mit dem Widerstand im Ring (Lektion 2), mit 30 mΩ um rund 15 %, wenn die Loop jedes Mal neu auf SWR 1 angepasst wird. Bei unveränderter Koppelschleife wird der Bereich bis SWR 2 kaum breiter, mit 100 mΩ im Modell gar nicht (12db-Rechnung).

Verbindungen und Kondensator

Am meisten Aufmerksamkeit braucht der Kondensator. Ein gewöhnlicher Drehkondensator hat einen festen Plattensatz, den Stator, und einen drehbaren, den Rotor, dessen Strom über einen Schleifkontakt an der Achse fließt. Solche Schleifer und nicht verschweißte Platten bringen einige Milliohm, empfohlen wird ein Kondensator, bei dem kein HF-Strom über bewegliche oder mechanische Kontakte fließt^[2].

Beim Split-Stator-Kondensator kommen die Enden des Rings an zwei getrennte Statoren, der gemeinsame Rotor bleibt ohne Anschluss. So wirkt er wie zwei Kondensatoren in Reihe, und kein Strom fließt über einen Schleifkontakt^[1].

Draußen gehören Kondensator und Verbindungen in einen Schutz vor Wasser und Insekten^[2]. So hältst du die Verluste im Blick:

1. Notiere nach dem Aufbau auf jedem Band das kleinste SWR und verändere die Koppelschleife danach nicht mehr.
2. Miss nach dem Winter und nach jedem Umbau erneut, am selben Platz. Ist das SWR gestiegen, prüfe die Verbindungen, bevor du die Koppelschleife nachstellst.
3. Fühle nach einigen Minuten Senden bei ausgeschaltetem Sender, ob eine Stelle warm geworden ist. Wo ein Teil der Antenne warm wird, entsteht Verlust^[2].
4. Ersetze oxidierte Schraubverbindungen durch Lötstellen oder reinige die Flächen blank und ziehe sie fest an.

Aufstellen

Steckt in Boden und Decke eines Balkons Bewehrung, lässt sich dieser Abstand kaum einhalten. Was das kostet, hängt vom Haus ab.

Welche Kurzantenne auf den Balkon?

Auf einem kleinen Balkon ist jede Antenne für 20 m kurz gegen die Wellenlänge. Entscheidend ist das Verhältnis des Strahlungswiderstands zu den Verlusten, die die Bauform mitbringt, nicht der Strahlungswiderstand allein. Die Zahlen unten stammen aus 12db-Rechnungen im freien Raum, ohne Haus.

• Verkürzter Dipol: Ein Dipol von 3 m mit einer Spule in der Mitte jedes Arms hat auf 14,074 MHz rund 9 Ω Strahlungswiderstand, hundertmal so viel wie die Loop weiter unten. Seine Spulen brauchen aber je rund 930 Ω Blindwiderstand und verlieren bei einer Güte von 200 zusammen rund 10 Ω. Abgestrahlt wird knapp die Hälfte, bei einer Güte von 300 knapp 60 %. Je kürzer der Dipol, desto kleiner sein Strahlungswiderstand und desto mehr Blindwiderstand müssen die Spulen ausgleichen (Modul 1, Lektion 2).
• Kurze Vertikalantenne: Über einer gut leitenden Fläche ergänzt das Spiegelbild den Strahler (Modul 3, Lektion 1), Radials von einer Viertelwelle, auf 20 m gut 5 m, passen aber auf keinen kleinen Balkon. Kurze Drähte als Gegengewicht wirken als Kapazität (Modul 3, Lektion 2), die Spule muss mehr ausgleichen und verliert mehr. Zwei solche Drähte in Gegenrichtung heben ihre Felder in der Ferne weitgehend auf.
• Endfed mit gefaltetem Draht: Eine Halbwelle für 20 m ist rund 10 m lang. Passt sie nur hin und her gefaltet auf den Balkon, fließt der große Strom aus der Mitte des Drahts in benachbarten Bahnen gegeneinander, und ihre Magnetfelder heben sich weitgehend auf^[3] (Modul 6, Lektion 5). Ihr Strahlungswiderstand wird so klein, dass 1,5-mm-Draht fast die halbe Leistung verliert (12db-Rechnung, NEC).
• Magnetic Loop: Ein Ring von 1 m Durchmesser aus 22-mm-Kupferrohr hat auf 14,074 MHz rund 95 mΩ Strahlungswiderstand und 45 mΩ Verlust im Rohr, das sind rund 68 %. So rechnen die Näherungsformeln für kleine Loops^[2], eine 12db-Simulation ergibt dasselbe. Mit 10 mΩ für Kondensator und Verbindungen bleiben rund 64 %. Ein Gegengewicht braucht sie nicht^[2].

Ihr Nachteil, die schmale Bandbreite, wiegt bei FT8 wenig. Diese Loop bleibt in der 12db-Rechnung über 6 bis 7 kHz unter SWR 2 (Lektion 2).

Im oberen Seitenband liegt jedes FT8-Signal um seine Tonhöhe über der Frequenz, die das Funkgerät anzeigt, im Lehrbeispiel von WSJT-X 100 bis 3300 Hz darüber^[4]. Rund 1,7 kHz über der Anzeigefrequenz abgestimmt, in der Mitte dieses Bereichs, deckt die Loop ihn ganz ab. Für SSB quer durch das Band musst du dagegen oft nachstimmen.

Die Loop ersetzt keine volle Antenne. Wo ein Halbwellendipol Platz hat, lohnt sie sich kaum^[1], und auch sie folgt denselben physikalischen Grenzen wie jede kleine Antenne^[2].