Magnetic Loop Koppelschleifen

 

Beim Bau einer Magnetic-Loop Antenne stößt man unweigerlich auf die Frage der Einkopplung.
Bewährt hat sich bei vielen die induktive Ankopplung per Koppelschleife. Wie genau
funktioniert diese allerdings und welche Vor/Nachteile haben die unterschiedlichen
Ausführungen ?

Nach Recherche in Literatur und Internet kann man die unterschiedlichen Lösungen
auf 3 Varianten eindampfen (Andere Lösungen unterscheiden sich nur noch in der Lage innerhalb
der Magnetic-Loop selber, der Geometrie oder in der Art der Erdung bei Aussenmontage) :

A) Prinzip Drahtschleife A) Foto Drahtschleife A) Aufbau
 KS A 02  KS A 01 Einfacher Kupfer-Draht wird vom Innenleiter ausgehend kreisförmig gebogen und am Ende am Aussenleiter angelötet.
B) Prinzip Koax-Schleife B) Foto Koaxschleife B) Aufbau
 KS B 02  KS B 01 Start der Loop : Innenleiter mit Innenleiter und Aussenleiter mit Aussenleiter verbinden. Am Ende der Loop wird die Schirmung unterbrochen / isoliert. Nur der Innenleiter wird an den Aussenleiter der Buchse gelötet.
C) Prinzip geteilte Koax-Schleife C) Foto geteilte Koaxschleife C) Aufbau
 KS C 02  KS C 01 Start der Loop : Innenleiter mit Innenleiter und Aussenleiter mit Aussenleiter verbinden. In der Mitte der Loop wird dann der Aussenleiter unterbrochen und isoliert. Nur der Innenleiter geht zum zweiten Teil der Loop weiter. Hier sind jeweils am Anfang und Ende Innen und Aussenleiter verbunden.

 

Alle folgenden Messungen sind nur mit der reinen Koppelschleife durchgeführt worden
(die Koppelschleife befindet sich nicht in einer Magnetic Loop) !

Messung Loop 1:


Aufnahme von S11 mit dem TAPR-VNA, Umrechnung und Anzeige mit Vorlage-Blatt von "www.rfcafe.com" incl.
einiger Anpassungen und Änderungen sowie Zusatzausgaben.

loop1 smith uncorr

Hier sieht man gut, das der Betrag sehr genau gemessen sein muss. In diesem Grenzbereich ist der VNA
schnell am Ende seiner Genauigkeit. Nach setzen des Betrages von S11 auf 0 ergibt sich folgendes Bild:

loop1 smith corr

Das ganze können wir uns nun als Betrag der Impedanz anschauen :
(Korrigiert und unkorrigiert ergeben hier das gleiche Bild da der reale Anteil gering ist).

loop1 imped uncorr

Zuletzt noch die Umrechnung der Impedanz in eine reine Induktivität :
(auch hier unterscheiden sich korrigiert und unkorrigiert kaum)
loop1 induc corr


Fazit : Bis 40 MHz erscheint die Loop wie eine Induktivität von 427nH, zu höheren Frequnzen
erkennt man den Verlauf eines Parallel-Schwingkreises mit einer Resonanzfrequenz >> 100 MHz.

Messung Loop 2:

Aufnahme von S11 mit dem TAPR-VNA, Umrechnung und Anzeige mit Vorlage-Blatt von "www.rfcafe.com" incl.
einiger Anpassungen und Änderungen sowie Zusatzausgaben.

loop2 smith uncorr

Hier sieht man gut, das der Betrag sehr genau gemessen sein muss. In diesem Grenzbereich ist der VNA
schnell am Ende seiner Genauigkeit. Nach setzen des Betrages von S11 auf 0 ergibt sich folgendes Bild:

loop2 smith corr

Das ganze können wir uns nun als Betrag der Impedanz anschauen :
(Korrigiert und unkorrigiert ergeben hier das gleiche Bild da der reale Anteil gering ist).
Die Resonanz-Frequenz liegt bei 31,29 MHz (|Z|=6,423kOhm @ fres)

loop2 imped corr

Zuletzt noch die Umrechnung der Impedanz in rein Induktivität/Kapazität :
(auch hier unterscheiden sich korrigiert und unkorrigiert im Bereich der Resonanz etwas)

loop2 induc corr

Fazit : Bis zur Parallel-Resonanz ist die Loop induktiv, danach kapazitiv. Die Resonanzfrequenz liegt bei
31,29MHz, bei dieser ist die Impedanz |Z|=6,423kOhm

Messung Loop 3:

Aufnahme von S11 mit dem TAPR-VNA, Umrechnung und Anzeige mit Vorlage-Blatt von "www.rfcafe.com" incl.
einiger Anpassungen und Änderungen sowie Zusatzausgaben.

loop3 smith uncorr

Hier sieht man gut, das der Betrag sehr genau gemessen sein muss. In diesem Grenzbereich ist der VNA
schnell am Ende seiner Genauigkeit. Nach setzen des Betrages von S11 auf 0 ergibt sich folgendes Bild:

loop3 smith corr

Das ganze können wir uns nun als Betrag der Impedanz anschauen :
(Korrigiert und unkorrigiert ergeben hier das gleiche Bild da der reale Anteil gering ist).
Die Resonanz-Frequenz liegt bei 44,83 MHz (|Z|=10,689kOhm @ fres)

loop3 imped corr

Zuletzt noch die Umrechnung der Impedanz in rein Induktivität/Kapazität :
(auch hier unterscheiden sich korrigiert und unkorrigiert im Bereich der Resonanz etwas)

loop3 induc corr
 
Fazit : Bis zur Parallel-Resonanz ist die Loop induktiv, danach kapazitiv. Die Resonanzfrequenz liegt bei
44,83MHz, bei dieser ist die Impedanz |Z|=10,689kOhm
Anmerkung :

 

1. Koppelschleifen-Aufbau

Durchmesser 16,5cm (ausgehend von einer Loop mit 82,5cm Durchmesser und D/d=5/1)

A) Drahtschleife aus Vollkupfer 3,5mm Durchmesser.
B) Schleife aus RG58C/U, Innenleiter am Ende an Masse, Aussenleiter am Ende offen.
C) Schleife aus RG58C/U, In der Mitte wird der Aussenleiter unterbrochen.
   Im zweiten Teil der Schleife wird Innen und Aussenleiter an beiden Enden
   verbunden. An einer Seite mit den anderen Innenleiter und an der anderen
   Seite mit dem Aussenleiter verbunden.

RG58C/U Durchmesser des Schirm-Geflechts : ca. 3,2mm
RG58C/U Durchmesser des Innenleiters : ca. 0,9mm

 

2. Messung Induktivität

 

A) 430nH
B) 577nH
C) 501nH

 

3. Rechnung Induktivität


L = u * a * ( LN ((8*a)/b) - 2 )

a=Radius der Schleife
b=Radius des Leiters der Schleife
u= 4*PI*10^-7

A) 408nH
B) 548nH (Nur Innenleiter gerechnet)
C) Hälfte nur Innenleiter und Hälfte Aussenleiter ergibt 482nH