Υπολογισμός Μαγνητικής Κεραίας Βρόχου (Magnetic Loops)

(Για δυνατούς λύτες). 

Οι μαγνητικές κεραίες βρόχου (Magnetic Loop Antennas) αποτελούν μια συναρπαστική λύση για ραδιοερασιτέχνες που ζουν σε διαμερίσματα, έχουν περιορισμένο χώρο ή θέλουν μια φορητή κεραία υψηλής απόδοσης. Σε αυτήν την ανάρτησή μας παρουσιάζουμε μια πιλοτική προσέγγιση υπολογισμού αυτού του είδους της κεραίας.

Αν και το φυσικό τους μέγεθος είναι μικρό (μικρότερο από λ/10 στην περίμετρο), η ηλεκτρική τους συμπεριφορά είναι πολύπλοκη και απαιτεί ακριβείς υπολογισμούς για να λειτουργήσουν σωστά.

Σε αυτό το άρθρο, θα δούμε πώς να υπολογίζουμε τις κρίσιμες παραμέτρους για τη σχεδίαση και την ασφαλή λειτουργία μιας Magnetic Loop.

1. Τι είναι η Μαγνητική Κεραία Βρόχου (Magnetic Loop);

Μια Magnetic Loop είναι μια κεραία χαμηλής αντίστασης, η οποία συντονίζει ηλεκτρικά σε μια συγκεκριμένη συχνότητα χρησιμοποιώντας έναν μεταβλητό πυκνωτή υψηλής τάσης. Το κύριο πλεονέκτημά της είναι ότι λειτουργεί ως ένα πολύ στενό ζωνοπερατό φίλτρο (band-pass filter), προσφέροντας εξαιρετική απόρριψη θορύβου, ενώ η απόδοσή της σε σχέση με το μέγεθός της είναι εντυπωσιακή στις χαμηλές μπάντες. 

2. Οι Βασικοί Υπολογισμοί Σχεδίασης

Για να σχεδιάσουμε μια αποτελεσματική Magnetic Loop, πρέπει να υπολογίσουμε τα εξής:

Περίμετρος (C) και Διάμετρος (D) του Βρόχου:

Κανόνας: Η περίμετρος (C) πρέπει να είναι μικρότερη από το λ/4 της υψηλότερης συχνότητας λειτουργίας.

Υπολογισμός:

 

Απαραίτητη Χωρητικότητα (C_tune) του Μεταβλητού Πυκνωτή:

Υπολογισμός:

 

Υψηλή Τάση RF στον Πυκνωτή (V_peak):

Υπολογισμός (ο πιο κρίσιμος):

3. Πρακτικό Παράδειγμα: Σχεδίαση για τα 20m (14,1 MHz)

Θέλουμε να κατασκευάσουμε μια Magnetic Loop για τα 20 μέτρα χρησιμοποιώντας σωλήνα χαλκού διαμέτρου 22 mm.

Υπολογισμός Μήκους Κύματος (λ): 300 / 14,1 ≈ 21,3 m.

Υπολογισμός Διαμέτρου (D):

D ≈ 21,3 x 0,08 = 1,7 m. (Περίμετρος C = π  x D ≈ 5,3 m).

Υπολογισμός Χωρητικότητας

(C_tune) για 14,1 MHz:

Υποθέτουμε ότι η αυτεπαγωγή L του βρόχου είναι 3,8μH.

 

Αποτέλεσμα: Χρειαζόμαστε έναν μεταβλητό πυκνωτή που να μπορεί να καλύψει αυτήν την τιμή (π.χ. 10 - 50 pF).

Υπολογισμός Τάσης RF (V_peak) για Εκπομπή 100 W:

Υπολογίζουμε την αντιδραστική αυτεπαγωγή X_L στα 14,1MHz:X_L = 2πf L ≈ 337Ohm. 

Αποτέλεσμα: Ο μεταβλητός πυκνωτής πρέπει να έχει διάκενο (air gap) που να αντέχει τουλάχιστον 260 Volts RF peak (συνήθως >1 mm για ασφάλεια). 

Συνοπτικός Πίνακας Magnetic Loop

Συχνότητα	Διάμετρος Βρόχου (D)	Χωρητικότητα (Ctune​)	Τάση Πυκνωτή (Vpeak​)@ 100 W
7,1 MHz (40m)	≈ 2,5 m	≈ 85 pF	≈ 450 V
14,1 MHz (20m)	≈ 1,7 m	≈ 33,6 pF	≈ 260V
21,2 MHz (15m)	≈ 1,1 m	≈ 20,2 pF	≈ 210 V
28,5 MHz (10m)	≈ 0,8 m	≈ 14,5 pF	≈ 180 V

Σημείωση: Οι τιμές είναι ενδεικτικές και εξαρτώνται από τη διάμετρο του αγωγού και τις παρασιτικές χωρητικότητες. 

Συμπέρασμα

Ο υπολογισμός μιας Magnetic Loop δεν είναι απλώς θεωρητική άσκηση, αλλά απαραίτητο βήμα για να διασφαλίσουμε ότι η κεραία θα συντονίσει στη σωστή συχνότητα και ότι ο μεταβλητός πυκνωτής δεν θα υποστεί ζημιά (flashover) λόγω των εξαιρετικά υψηλών τάσεων RF που αναπτύσσονται. Χρησιμοποιώντας τους παραπάνω τύπους και τους Online Calculators, μπορείτε να σχεδιάσετε την ιδανική Magnetic Loop για το δικό σας μπαλκόνι!