<< |
LZ1AQ / pa0nhc breedband band
raam ontvang antenne.
(Copyright) The use, copy and modification of all info on this site is only permitted for non-commercial purposes and thereby explicitly mentioning my radio amateur call sign "PA0NHC" as the original writer / designer / photographer / publisher. Met dank aan ON0BOG, PA0EBC, PA0MWU and PC2C voor hun ondersteuning. |
Van dit onderwerp kan ik een presentatie verzorgen. |
LUISTEREN naar deze antenne : |
Lees voor meer info de artikelen van LZ1AQ .
PCB service |
Onderdelen
lijst PCB 135 / 60 20101127 11:40 |
Versterker
schema PCB 135 20191126 |
Versterker
onderdelen locaties PCB 135 20191126 |
Splitter schema PCB 60: 20191126 |
Raam afschermen en UTP kabel ontstoren. | Overvoltage protectie circuit detail | HPF + LPF output filter. |
Constructie
details en testen. 20191014 Kern isolatie. Splitter. |
De printjes zijn leverbaar. Zie Hoe Bestellen
![]() PN2222 antenne PCB 135. Gewijzigd: Antenne aansluitingen, Tr1, CMC2,3. Nu 3 UTP ader paren parallel voor PWR. |
![]() PN2222 splitter PCB 60. Gewijzigd : Nu 3 UTP ader paren parallel voor PWR. Massa vlak is geïsoleerd van de schroeven. REM : PWR + met PWR bus + verbinden. Coax scherm = Minus verbinding. "OUT" via coax met BNC bus verbinden. |
In SDR# is "ATT"
hier ingesteld op 12 dB. Dit resulteert in +30 dB "Software Gain". De sterkte indicaties zijn zo volledig vergelijkbaar met een
goede draad antenne in dezelfde veldsterkte.
Deze spectra zijn
opgenomen in mijn ZEER GESTOORDE locatie en door bebouwing omsingeld en
laag opgesteld raam.
Er zijn vele stoorbronnen uit meerdere richtingen, die niet allen
tegelijk kunnen worden onderdrukt.
De VLF en LG spectra variëren tot 35 dB met de richting van het raam.
De overige spectra variëren met het uur van de dag.
|
|
|
|
|
|
|
|
LZ1AQ : This antenna acts almost as a pure magnetic transducer. The input impedance of the amplifier is so low that any currents induced by electric field become very small compared to the currents induced by magnetic filed. This antenna does not need shield or any type of grounding. For vertically polarized low elevation angle signals the antenna has very sharp null. The directivity for the sky wave signals is not determined since their polarization is stochastic. The influence of nearby non-resonant conductive object is negligible. The differential circuit also reduces the influence of common mode currents. It works from height almost zero above the ground (there is almost no change in signal levels when the loop side is placed several centimeters above the ground in field environment). The wideband properties are excellent - from LW to upper HF even 50 MHz band can be included. The dynamic range obtained from on the air tests on the bands is good and no apparent non-linear distortions are found. The circuit is very simple, stable and cheap and there is nothing critical for adjustment. The antenna can be mounted outdoor and connected with FTP cable to RX and PS parts. The FTP cable is widely available and the associated connectors are very reliable and cheap. This is my favorite antenna for my city office where nothing else can survive the EMC pollution. The only drawback of this active antenna is its relatively higher noise floor specially for frequencies above 10 MHz which is several dB above the atmospheric noise levels for quiet rural locations at some frequencies and times of the day (for single loop 1m diam.) . The antenna noise floor is acceptable and suitable for all locations where the man made noise is moderate and above. The noise floor limit of these types of WSM loops is essential - see the Appendix section for more details. The noise floor can be reduced by using “fat” , parallel or parallel crossed loops especially for places where the electromagnetic noise is very low. |
Eigenschappen :
- Goede ontvangst vanaf VLF t/m alle KG banden met optimale
S/N..
- Op lage hoogte dicht boven het aardvlak opgesteld, reeds goede ontvangst.
- De versterker hoeft NIET GEAARD te wordne.
- Puur magnetsiche, gebalanceerde en afgeschermde H-veld antenne.
- Uiterst ongevoelig voor E-velden.
- Indien draaibaar opgesteld, is tot 35dB onderdrukking van
verticaal gepolariseerd VLF / LG / MG. grondgolf signalen mogelijk
- Voor ruimtegolven (NVIS signalen op
80m en 40m, reikwijdte ca. 400 km)
heeft deze antenne geen richt effect.
- Één standaard 1:1 UTP netwerk kabel zorgt voor gescheiden en gebalanceerde verbindingen
van signaal en
voeding.
- Beste onderdrukking van de negatieve invloeden van de
verbindende kabel door toepassen van
- de juiste ferriet klemmen over de kabel,
- ingebouwde optimale CMC's en transformatoren in antenne en
combiner.
Dit antenne systeem is zeer robuuste
en bestand tegen :
1. Inductie van bliksem inslag op 100m afstand.
2. Tot 1,5 kW uitgestraald vermogen op 10m afstand.
3. Verkeerde voeding polariteit en overspanning.
Een ontvangen signaal met de enorme sterkte S9+110dB (= 500mV antenne versterker output) veroorzaakt GEEN ENKEL NEGATIEF EFFECT op de goede eigenschappen van de antenne.
|
De benodigde
externe ruisvrije analoge voeding :
De minimum voeding voor de antenne PCB is 10,0Vdc.
De maximale aan de splitter aan te sluiten voeding spanning is 16V.
De opgenomen stroom is ca. 132 mA bij 12,0 Vdc voeding.
De versterker v135.
Deze versterker is stabiel zonder
enige oscillatie neiging.
- Twee trappen voor voldoende versterking en bandbreedte.
- Volledig gebalanceerd.
- Versterker ingang impedantie ca. 3 Ohm gebalanceerd.
- Versterker uitgang impedantie 100 Ohm gebalanceerd.
- Output -30 dBm bij een veldsterkte van 0,02 V/m.
- Versterking factor ca. 48 dB.
- Laag ruis niveau (weinig hoger dan de aangsloten ontvanger).
- Versterker bandbreedte, gemeten met nanoVNA :
500 kHz tot 23 MHz -3 dB => breedband.
30 MHz -5 dB.
70 MHz -45 dB (goede onderdrukking van FM
omroep).
50 kHz -20 dB. Op VLF is de S/N nog
uitstekend.
- Bandbreedte van het raam (omtrek 2 m = 1/10
lambda) : 15 MHz.
Splitter uitgang impedantie: 50 Ohm asymmetrisch met lage VSWR.
Versterker overspanning beveiliging antenne circuit.
Snelle schakeldiodes D1-8 begrenzen te sterke HF signalen.
Mijn aanpassingen :
Film- en NP0 condensatoren zijn meest als
bedrade componenten beschikbaar. Film en NP0 zijn nodig voor geringe IMD, en
maximale temperatuur
stabiliteit. Montage van bedrade onderdelen in ruime gaten is eenvoudiger. Ik koos daarom voor het ontwerpen van
:
- Twee printjes met dubbelzijdige aard vlakken en veel massa-via's,
- Met ruime gaten voor bedrade onderdelen.
- Met RJ45 bussen.
- Output transformator toegevoegd van 100 ohm gebalanceerd naar 50 Ohms
asymmetrisch met gescheiden wikkelingen voor optimale common mode onderdrukking
beneden 7 MHz.
- Transformatoren zijn op optimaal #77 en #61 kernen gewikkeld voor grote
bandbreedte.
- Zeer effectieve Common Mode Chokes met optimaal kern
materiaal.
- De waarden van C5 en C10 zijn aangepast om de bandbreedte, en FM omroep onderdrukking aan te
passen.
Hierbij is met de raam capaciteit en PCB+bedrading
capaciteit rekening gehouden.
- De componentenlijst met bestel nummers voor Conrad en Mouser
samengesteld.
- Ontstoren onderzocht en beschreven.
Output
/ gevoeligheid / Smeter.
- In een HF veld met sterkte 0,02 V/m, levert een 40m lange dipool
antenne op 20m hoogte op 3,65 MHz over 50 Ohm een HF spanning van 0 dBm.
- Dit 60cm diameter raam levert in datzelfde HFveld een HF stroom van 0,014 mA.
- Met deze versterker, is in die veldsterkte, tussen 30 kHz en 15 MHz het
versterker uitgang vermogen over 50 Ohm -43 dBv, of -30 dBm (S9+43
dB).
De voor deze antenne correcte
instellingen van SDR software.
SDRconsole : Bandwidth : "768 kHz" AGC : "Low" ATT : "Off" Preamp : "Off". Visual gain : "+30dB". |
SDR# (SDRsharp) : Bandwidth : "610 kHz" HF AGC : "Off" HF PREAMP : "Off" ATT : "-12 dB". |
Op 3,65 MHz is (in gelijke HF veld sterkte) het uitgang vermogen van dit raam 30dB lager dan van een goede dipool antenne Ik stel voor mijn Airspy HF+ SDR unit de gevoeligheid zoals hiernaast in. De software telt dan automatisch die 30 dB bij de signaalsterkte op.
De weergegeven sterkte indicaties komen dan exact overeen met die van een goede dipool antenne die in dezelfde veldsterkte opereert. Met als resultaat : eerlijke rapporten.
Versterker ruis vloer.
In stedelijke omgevingen
is lager dan 14 MHz de atmosferische ruis niveau hoger dan de versterker ruisvloer.
Gemeten met :
SDR#, Airspy HF+, B=10 kHz.
Software gain +30 dB.
Raam versterker antenne ingang
afgesloten met (te ruime waarde) 2,2 uH,
Splitter uitgang belast met 50 Ohm.
MHz : 1.8 3.65
7.1 14.175
Versterker ruisvloer -dBm : 112 115
115 117
Opgesteld in een (zeldzaam wordende)
uiterst ruis arme
locatie, is boven 14 MHz het eigenruis ruisniveau van deze antenne hoger
dan de atmosferische ruis.
Dan is een andere raam constructie met geringere zelf
inductie aan te
bevelen.
Zie LZ1AQ
voor meer efficiënte antenne vormen.
Door grote ongevoeligheid voor E-velden met als resultaat : PURE H-veld antenne.
![]() |
Door de lage versterker ingang impedantie (3 Ohm) werkt een aangesloten raam in "kortsluit
mode".
Zijn stroom-output is daarom constant tot een golflengte van
10x de raam omtrek.
Een 60 cm diameter raam gedraagt zich dus tot 15 MHz (= 20m = 10x de 2m raam omtrek) als een HF stroom bron met ca. 1,6 uH interne zelf inductie. De verlies weerstand door het raam skin effect is klein tov. de reactantie van de raam zelf inductie. Het skin effect heeft daarom nagenoeg geen invloed op de door het taam (als stroombron werkende) geleverde HFstroom. Ook met minder goed geleidende metalen, is de waarde van de inwendige serie (verlies) weerstand lager dan de reactantie van deze raam zelf inductie..
Dit raam is onafgeschermd al zeer ongevoelig voor E-veld
storingen, want :
- Uit het nabij-veld komende E-veld storingen worden capacitief (via ca.
10 pF raam capaciteit) gekoppeld, en zijn dus zeer hoog-ohmig van
aard.
- Resulterende stoor stromen in het raam zijn daarom al zwak.
- Het raam heeft kleine afmetingen. De stoorstromen in het raam vertonen daardoor (bijna) gelijke fase en
sterkte op beide raam aansluitingen .
- Een goed gebalanceerde versterker verzwakt deze storingen verder.
Toch moet het raam afgeschermd worden om kabel gerelateerde storing hinder te voorkomen.
Het aanvankelijk niet begrepen probleem van
hardnekkig gestoorde frequentie gebieden.
Als voor de beluisterde frequentie de kabel lengte ongeveer 1/2 lambda, of een veelvoud daarvan is,
is
de kabel in resonantie. Deze E-veld koppeling, en hinderlijke kabel resonanties, moeten voorkomen
worden : |
De invloed van de eigen zelfinductie van het raam.
Volgens LZ1AQ is een raam
diameter van 1 meter optimaal. |
Hoe de versterker ruisvloer verlagen (alleen voor zeer stoor arme
locaties) :
- Een
dikker raam zal de raam zelfinductie
verlagen, en de
ruisvloer VERBETEREN.
- Een raam met meer dan één winding PARALLEL geschakeld, heeft een geringere zelf
inductie, en zal de versterker ruisvloer VERBETEREN.
- "Cross Connected Loops" verbeteren de versterker ruisvloer. Zie
LZ1AQ.
Zie LZ1AQ
voor meer efficiënte antenne vormen.
Wat de systeem ruisvloer niet verlaagt :
- Een grotere raam omtrek zal de raam
zelfinductie verhogen, en de versterker ruisvloer VERSLECHTEREN.
- Een raam met meer dan één winding in SERIE geschakeld heeft een
grotere zelf inductie, en zal de versterker ruisvloer VERSLECHTEREN.
- Low noise transistors zullen de
versterker ruisvloer NIET verlagen.
- Beter geleidend raam materiaal (koper, verzilverd) zal de raam
zelf inductie, en daarom de versterker ruisvloer NIET verlagen.
- Transistoren met hoge Ft vergroten de bandbreedte weinig (of NIET),
omdat de bandbreedte hoofdzakelijk door de raam omtrek bepaald wordt.
Bovendien is het
moeilijk een dergelijke versterker stabiel en vrij van oscillaties te
houden.
De gebruikte, goedkope PN2222A
transistoren
functioneren prima.
Splitter.
Belangrijk voor storing onderdrukking :
De metalen 12V connector en de BNC connector De
massaverbinding van de print is alleen met de |
Transmissie lijn en splitter v50.
Een standaard, onafgeschermde, standaard 1:1,
UTP netwerk kabel
verzorgt gebalanceerde verbindingen tussen splitter en versterker.
Één paar draden wordt voor signaal transport gebruikt. De overige voor voeding spanning.
Common
mode storingen in de UTP netwerk kabel worden in de splitter geblokkeerd door Common
Mode Chokes L10, L12, en nieuw ontwikkelde balans naar onbalans transformator
Tr2.
In de versterker blokkeren CMC L7 en balans naar balans transformator Tr1 common
mode signalen.
Z1 en F1 voorkomen schade bij te hoge, of omgepoolde voeding spanning, of kortsluiting in de netwerk kabel. Zekering : 5 x 20 mm, 200mA T (traag).
De benodigde externe voeding.
- MOET een LINEAiRE LOW NOISE voeding zijn (dus met een 50/60Hz
net transformator).
- Controleer of de gelijkricht diodes ieder met een 0,1 uF condensator
overbrugd zijn.
Zo niet : breng die condensatoren
alsnog aan.
LET OP :
- De net aarde mag NIET met het interne van de voeding
verbonden zijn.
- De 12V uitgang MOET een van de kast geïsoleerd (plastic) type zijn !
Zie "PIN1 problem"
hierna .
De externe voeding spanning.
De maximale waarde voor de externe voeding spanning is 16 Vdc.
TIP :
op Aliexpress zijn kleine, ruisarme, lineaire 12Vdc voedingen voor
HIFI audio toepassingen te vinden.
Aarding, appartuur ontstoren, en aansluiten.
NIET aarden :
- Antenne
- Splitter behuizing
- 12Vdc voeding uitgang.
![]() |
Nieuwe
effectieve de-noising maatregelen. |
Wel aarden :
De aangesloten ontvanger of de aangesloten PC.
Buiten de antenne om kunnen stoorsignalen op
verschillende manieren binnen dringen.
Probeer
deze "niet door de raam antenne ontvangen" stoor signalen in onderstaande volgorde te verminderen.
a. Storing
uit het de lichtnet.
|
|
b. Storing via de overige bekabeling.
Een NIET van ferriet voorziene UTP kabel pikt lichtnet storing op. Die storing wordt in het (niet afgeschermde) raam gekoppeld, en wordt sterk hoorbaar op frequenties waar de verbindende (UTP) kabel een lengte heeft van 1/2 lambda of een veelvoud daarvan.1. Monteer een afgeschermd raam.
2. Breng elke 3m een gedeelde ferriet kern materiaal #31 aan.
Zie constructie en ontstoor aanwijzingen.
1. Als u een USB gevoede SDR ontvanger gebruikt, moet over
die USB kabel, dicht bij de SDR unit, een CMC met 8 wdn. over een 29mm #31 kern aangebracht
worden.
2. Op de 12Vdc voeding kabel dicht bij de splitter.
3. Op het 240V~ netsnoer dicht bij de voeding.
4. Op de 50 Ohm kabel dicht bij de ontvanger.
c.
Wat overblijft :
Probeer als laatste de door het raam ontvangen
magnetische storing te minimaliseren door het raam te draaien.
Dit werkt echter alleen als de storing uit het nabijveld ontvangen
wordt (dus als verticaal gepolariseerd
signaal onder een lage hoek met de horizon).
Voor verreveld signalen op frequenties boven 7 MHz vertoont het raam
weinig richt
effect.
Die verre veld storingen zijn moeilijk te onderdrukken.