Eerder verschenen in Nieuwsbrief VERON Afdeling Leiden A28 september 2023.

Een tijdje geleden deed ik mee aan een gemeenschappelijk zelfbouwproject om van resten coax (Cellflex LCF12-50J) een magnetische lus (zend)antenne te bouwen. Dat leek me wel wat en het eerste resultaat was heel bemoedigend, zie figuur 1. De antenne die we maakten was voor de 20 meter band en ik heb die gebruikt om digitaal, met FT8, op 14.074 MHz verbindingen te maken.

Voor het afstemmen moet een stuk coaxkabel op maat worden gemaakt. Alleen al omdat de kabel nogal stug is met een best harde kern, was dat geen eenvoudige klus. Ik heb daarom een variabele afstemming gemaakt in de volgende stappen, zie figuur 2: (1) eerst de coax zover afknippen totdat de gewenste frequentie in de buurt is; (2) dan de kunststof mantel een eind losnemen; (3) vervolgens de koperen mantel ringetje voor ringetje lossnijden totdat de gewenste frequentie is gepasseerd; (4) iets minder dan de breedte van koperfolieband (te koop als middel om slakken te weren) van de koperen buitenmantel wegsnijden (de kopermantel van de coax zelf is te dik); (5) de strip er voor in de plaats plakken en met een soldeerverbinding vastmaken aan de buitenmantel van de coax; (6) een roodkoperen mof voor 12 mm waterleiding openzagen en iets toeknijpen en een eventueel ribbeltje binnenin wegvijlen; daarmee kan de mof over de folie glijden. Het proces eventueel een paar maal doorlopen totdat de afstemming optimaal is. In mijn geval kon ik tussen de 14,05 en de 14,20 MHz afstemmen. Let er wel op dat de inkoppellus van invloed is op de afstemming.

Na wat snuffelen op het internet kwam ik op een goede suggestie van Felix Meyer HB9ABX. Zijn ervaring was dat een lus van wikkeldraad van 0,6 mm kon worden afgesteld tot SWR waarden minder dan 1,1. Dat was me met andere koppellussen niet gelukt. Zijn idee is als volgt. Een stuk wikkeldraad ter lengte van de straal van de lus wordt zo dicht mogelijk tegen de buitenlus aangelegd. De twee uiteinden worden samengenomen en in het midden opgedraaid, zie figuur 3. Met mijn nanoVNA mat ik, na wat fijnafstemming, een SWR van 1,07!
Wat de vereiste lengtes van de draadstukken betreft schrijft Felix HB9ABX voor: (1) neem 0,6 mm geïsoleerd koperdraad, dikker is niet strikt beter; (2) de beginlengte van het stuk langs de lus is de halve lusdiameter; het koordestuk is dan iets korter; (3) de rest van de koperdraad opdraaien in het midden en verbinden via een 1:1 stroombalun (spoelen in serie) aan de voedingscoaxkabel; (4) afstemming gebeurt door het midden van het koordenstuk omhoog of omlaag te bewegen. Lukt het niet met deze maten, dan het stuk langs de lus 1 cm korter maken en opnieuw beginnen.
Rekenprogrammaatjes

Nu was de vraag of op dezelfde manier, dus met een stuk coax voor de afstemming, een zendantenne voor de 40 meter band gemaakt kan worden. Met wat berekeningen zou je dat snel moeten kunnen nagaan. Er zijn een heleboel websites die de mogelijkheid bieden om de benodigde berekeningen te doen. Zo adverteert Simone IW5EDI met het programmaatje loopcal.exe dat je op een computer met MS Windows als besturingssysteem kunt gebruiken. Maar altijd als ik dat soort mogelijkheden zie bekruipt me de twijfel: is het wel goed uitgerekend? In het geval van het hierboven genoemde loopcalc.exe was het wel extreem, kijk maar naar figuur 4. Voor een lusdiameter van 1,6 m geeft het programma doodleuk een lusoppervlakte van 7,9 m2. Maar zo’n cirkel heeft toch echt een oppervlakte die kleiner is dan dat van het vierkant dat er om raakt van 1,6 x 1,6 m2 = 2,56 m2! Hoe moet ik nu nog de andere getallen vertrouwen?
Maar ook tegen het overigens uitstekende artikel van Klaus Solbach DK3BA* heb ik bezwaar: daar staan weliswaar de gebruikte formules in, maar niet op een zodanige manier dat ze snel kunnen worden gecontroleerd anders dan numerieke resultaten te vergelijken. Dat bezwaar geldt ook voor het betreffende hoofdstuk 5 van het ARRL Antenne Book** dat overigens goed leesbaar is.

Vandaar dat ik wat tijd gestoken heb in het opzoeken van de achterliggende theorie. Ik zal u het formulewerk besparen, dat voert veel te ver. Het resultaat is een MS Excel rekenblad waarmee ik de resultaten van veel auteurs kan reproduceren (voor zover niet onjuist), zie figuur 5. Als extraatje wordt ook de lengte van de afstemcoax berekend. Uitgaande van 76 pF/m voor de gebruikte Cellfex coax kom ik op een lengte van 59 cm. Dat klopt heel aardig met de lengte die ik gebruik. Immers, de lus is geen perfecte cirkel en er zijn toch wel wat strooicapaciteiten. Nog afgezien van omgevingseffecten.
Dubbele lus

Met het rekenblad dat ik gemaakt had kon ik ook antennes die bestaan uit meerdere lussen berekenen. Ik had een stuk coax van zo’n 6 meter en daar kon ik dus precies twee lussen met een diameter van bijna een meter maken. Dus praktisch dezelfde als de antenne uit het zelfbouwproject maar dan met twee lussen, zie figuur 6. De lengte van de afstemcoax klopte ook heel goed.
Voor het bouwen heb ik geprobeerd verbindingen te leggen door de elektrische verbinding aan de buitenmantel niet te solderen, maar met een klemverbinding te maken. Hiervoor gebruikte ik koperen zadels voor 22 mm buis die ik wat verbouwde.
Er is maar een nadeel aan de antenne en dat is dat het rendement van de antenne zo’n 10% is: de meeste hf-energie wordt gebruikt om de coax op te warmen. Daarom heb ik maar afgezien van een zendproef. Bovendien was ik eigenlijk op zoek naar een antenne voor de 40 meter band.
Grote lus

In principe kan de lus uit het zelfbouwproject ook gebruikt worden voor de 40 meter band: gewoon een langere afstemcoax gebruiken. Maar het uitgestraalde vermogen wordt dan erg klein en het rendement is dan maar zo’n 8,5%. Met het stuk coax van 6 meter kon ik ook en grote lus met een diameter van bijna 2 meter maken en door het grotere oppervlak is het rendement dan zo’n 40%, zie figuur 7. Voor de 20 meter band is het rendement overigens dan bijna 90%.

De eerste proefjes zien er goed uit. Ik mat met de afgebeelde opstelling een VSWR van iets minder dan 1,4 bij een frequentie van 7,070 MHz, zie figuur 8. Ik heb afgezien van een zend-experiment: daardoor raakt mijn hele internetinstallatie van streek. Ik neem het ding wel een keer mee de hei op, dan kan ik niemand storen!
Hiermee kan ook goed een draagbare magnetische lusantenne gemaakt worden. De constructie is redelijk stevig met de 40 mm pvc pijp als drager en de stukjes 25 mm pvc als eindstukken. Voor de afstemming kunnen verschillende lengtes coax met afstemschuif gemaakt worden. Als inkoppellus is hier 1,5 mm installatiedraad gebruikt. Dat kan beter en zal dan meteen een lagere VSWR opleveren. Het installatiedraad is onhandig stug door de dikke laag pvc als mantel.
Conclusie
Het is redelijk goed mogelijk met de in het zelfbouwproject gebruikte materialen een degelijke antenne te bouwen. Ook geven de gangbare vereenvoudigde vergelijkingen goede richtlijnen voor de bouw. Met wat handigheidjes is de antenne ook vervoerbaar te maken. Kortom, het was een leuk project om een tijdje aan te werken.
Referenties
* Klaus Solbach DK3BA, Magnetic Loop Antenna: Calculation, simulation, equivalent circuit representation, measurement, and improved understanding of operation, https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00075498 .
** The ARRL Antenna Book 21st edition, R. Dean Straw N6BV Ed., ARRL, 2007