Midden 2014 kreeg ik interesse voor het beluisteren van signalen op MF, LF en VLF.  Van dan tot midden 2016 realiseerde ik op het gevoel een aantal afgestemde ferriet antennes voor ontvangst op 472 kHz, 137 kHz en voor het bereik 10 – 20 kHz. In enkele gevallen overtroffen de resultaten de verwachtingen, in andere gevallen vielen de resultaten nogal tegen. In september 2016 stootte ik op document "whp091.pdf", gepubliceerd door de BBC, en kort daarna vond ik de bijhorende Excel spreadsheet "whp091excel.xls"  (beiden te vinden door te googelen op de bestandsnamen). Ondertussen had ik zelf ook een Excel-tool ontwikkeld voor het voorspellen van de resultaten van een ferrietantenne (met formules gevonden op web). Beide calculators doen het goed maar het nauwkeurig voorspellen van de coëfficiënt van zelfinductie van compacte wikkelingen met meerdere lagen is wat problematisch. Voor mijn eigen calculator noteer ik daarbij een gemiddelde fout van 15%, tegenover 20% voor whp091excel.  

Ferrietantenne vs dipool

Weinigen hebben de plaats om een dipool op te hangen voor de 160m-band. Op 472kHz en lager wordt dat voor bijna iedereen onmogelijk. Eigenlijk zou men de prestaties van een ferrietantenne dus niet mogen vergelijken met die van een dipool, maar omdat een referentie nodig is, en naar analogie met de behandeling van de loop antennes, heb ik  dat toch gedaan. Op de figuur hieronder is de te verwachten externe ruis in een dipool weergegeven, evenals het berekende signaalverlies ten opzichte van dezelfde dipool voor enkele van mijn ferrietantennes. Voor uitleg bij de figuur wordt verwezen naar de bespreking in het artikel over loop antennes. in dat artikel is ook de raamantenne AR171 besproken waarvan de berekende prestaties hieronder opgenomen zijn in magenta stippellijn. 

Fernoise 

 

Ervaringen en suggesties in verband met ferrietantennes:

- Theoretisch is het gebruik van litzedraad aangewezen maar in de praktijk zijn de verliezen in de ferrietkern steeds groter dan de verliezen in de wikkeldraad, mede omdat bij mijn realisaties steeds draad met een vrij grote sectie gebruikt wordt. Voor frequenties groter dan 100kHz gebruik ik een goede soepele geïsoleerde draad met een sectie van ongeveer 0,35mm² en bestaande uit een groot aantal adertjes. Voor frequenties kleiner dan 100kHz durf ik al eens gebruik maken van massieve verniste wikkeldraad met een diameter van 0,9mm.

- De signaalopbrengst van een ferrietantenne neemt toe met het aantal windingen op de kern en met de doorsnede van de kern. Veel windingen op een dikke kern lijkt dus aangewezen, maar daarmee neemt ook de zelfinductie van de antenne toe en als men wil profiteren van de belangrijke winst die behaald wordt met het in resonantie brengen van de antenne is een grote zelfinductie dikwijls ongewenst. De zelfinductie van de antenne, samen met haar eigen capaciteit, bepaalt immers de hoogste frequentie waarbij resonantie mogelijk is. De wikkeling tot één laag beperken resulteert in een zeer kleine eigen capaciteit. Voor een VLF antenne maakt enkele tientallen pF eigen capaciteit natuurlijk niet veel verschil.

- Een brede wikkeling heeft ook een goede invloed op de eigen capaciteit en maakt daarnaast ook beter gebruik van het ferriet materiaal. Ik probeer tegenwoordig steeds de ferrietkern van één laag draad te voorzien, gespreid over ongeveer 90% van de lengte van de kern, tenzij het aantal windingen daarvoor ontoereikend is.

- De meeste ferrietstaven bestaan uit materiaal met een initiële permeabiliteit tussen 125 en 150. Het materiaal is over het algemeen NiZn. Dit materiaal wordt gekenmerkt door een zeer grote soortelijke weerstand. Soms treft men bij afbraak ook eens een ferrietstaaf aan met een betrekkelijk lage soortelijke weerstand. Dat is dan vermoedelijk een staaf bestaande uit MnZn materiaal. De initiële permeabiliteit daarvan is groter, maar ook de verliezen in het ferriet zijn groter. Ik heb nog maar twee dergelijke staven aangetroffen (weerstand staaf 10 kOhm à 50 kOhm, gemeten met een universeelmeter). Beide staven zijn gegroefd. Ik veronderstel dat de groeven Foucault stromen moeten beperken.

Het lijkt raar, maar de effectieve permeabiliteit van een ferrietstaaf hangt vooral af van de verhouding lengte/diameter en veel minder van de permeabiliteit van het materiaal.

- Ik heb ferrietantennes gebouwd voor 472 kHz met één staaf van 200 mm x 10 mm, maar bundelen van ferrietstaven geeft meer signaal voor hetzelfde aantal windingen. Voor LF en VLF lijkt het bundelen van ferrietstaven (groter volume ferriet) mij bijna noodzakelijk om een behoorlijk resultaat te bekomen. Bij het bundelen van de staven streef ik naar een configuratie waarbij de verhouding ferriet/lucht in de kern zo groot mogelijk is. Met zeven staven lukt dat vrij goed. Ook de lengte van de ferrietkern heeft zijn invloed op de resultaten. Als het kan gebruik ik staven van 200 mm of meer.

 - Afschermen heeft een gunstige invloed op de signaal/ruisverhouding. De afscherming mag echter geen gesloten wikkeling vormen en ze mag niet bestaan uit magnetisch materiaal. Bovendien moet er een redelijke ruimte blijven tussen de ferrietkern en de afscherming. Zelfs dan zal men vaststellen dat de afscherming de coëfficiënt van zelfinductie van de antenne doet afnemen. Als men de ferrietantenne afschermt is het logisch dat men zich ook de moeite getroost om de aanpassingskring af te schermen. ook daarvoor wordt best geen magnetisch materiaal gebruikt.   

- Ferrietantennes zijn uiteraard zeer gevoelig voor magnetische velden, ook voor ongewenste. Ze worden best weggehouden van voorwerpen uit magnetisch materiaal, omdat ze daar anders een deel van de beschikbare magnetische krachtlijnen aan verliezen. Ze moeten ook opgesteld worden weg van machines en transformatoren die magnetische strooivelden opwekken.

- Ferrietstaven gerecupereerd uit radiotoestellen zijn in zekere mate bruikbaar op HF (ik heb ze gebruikt tot ongeveer 8 MHz). Het is echter moeilijk om op HF de prestatie van een loop te evenaren. Het aantal windingen moet beperkt worden met het oog op de max. afstemfrequentie maar dat gaat ten koste van de gevoeligheid. Daarnaast nemen de verliezen in het ferrietmateriaal natuurlijk ook toe met de frequentie en ferrietstaven uit oude radio's waren toch al  niet bedoeld om te werken ver boven 1,6 MHz.

- Gelet op de grote gevoeligheid voor magnetische velden is voeding met batterijen of met een externe voeding aanbevolen.

- De gevoeligheid van een ferrietantenne neemt evenredig toe met de Q-factor van die antenne onder belasting (loaded Q). Het is daarom van belang de ingangsimpedantie van de aanpassingskring zo groot mogelijk te houden. Daarom gebruik ik meestal automatische polarisatie voor de instelling van de FET aan de ingang. Dat geeft een bijzonder hoge ingangsimpedantie, maar helaas neemt daarmee ook het gevaar op oscilleren toe. 

- De gevoeligheid van een ferrietantenne kan aanzienlijk vergroot worden door middel van gecontroleerde positieve terugkoppeling. Die techniek heb ik vanaf 2018 standaard toegepast. Opgelet! Een grotere gevoeligheid leidt niet noodzakelijk tot een betere signaal/ruis verhouding, In veel gevallen is de terugkoppeling dan ook overbodig. Anderzijds vraagt ze weinig extra componenten en kan ze gemakkelijk uitgeschakeld worden.    

- Bij de eerste experimenten kreeg elke ferrietantenne een eigen aanpassingskring. Later koos ik voor aanpassingskringen die kunnen gebruikt worden in combinatie met meerdere antennes.

- Indien voorzien van een goede afscherming kan men met een ferrietantenne zeer nauwkeurige peilingen uitvoeren op lage frequenties. Een draaibaar plateau met gradenverdeling is daarbij handig. Met de naaf van een fietswiel kan dat vrij eenvoudig gemaakt worden (zie foto bij aanpassingskring AM162 hieronder). De naaf is aan het zicht onttrokken door een alu cilinder voorzien van een papieren band met een verdeling per 10°. Het gele plaatje op de voetplaat is voorzien van een nonius, waardoor de richting tot op één graad kan afgelezen worden. 

 

 

Enkele realisaties

Hieronder zijn enkele van die realisaties opgenomen in de hoop dat ze misschien toch inspirerend kunnen werken. Ze zijn min of meer chronologisch gerangschikt. Een aantal vroege realisaties zijn aangepast naarmate het inzicht in de materie groeide. Meestal hebben de foto's betrekking op de laatste versie. Men zou daardoor mijn vroege realisaties wat kunnen overschatten.

De keuze van de componenten voor de schema's en voor de mechanische uitvoeringen heeft vooral te maken met de beschikbaarheid ervan in mijn (nogal grote) "brolbak". Ik ben bovendien een fervent aanhanger van het KISS principe. Wat ik bedoel is dat mijn ervaringen belangrijker zijn voor de lezer dan mijn realisaties. U kan zich door de laatste laten inspireren maar andere mechanische uitvoeringen en andere schema's zijn zeker mogelijk.

 

 

AF141

Bedoeld voor ontvangst op 472 kHz. 7 gebundelde ferrietstaven 10 x 200 mm, bewikkeld met 48 wdg. dikke litzedraad. Die litzedraad komt uit een militaire PA en de spoel waarop hij gewikkeld was had een aantal aftakkingen. De sporen van die aftakkingen zijn nog zichtbaar. L= 363 µH (zonder afscherming).

AF141a

De ferrietantenne is geplaatst in het center van een aluminium koker met een doorsnede van 70 x 110 mm. De koker is in de lengte doorgezaagd om te vermijden dat hij een kortgesloten wikkeling zou vormen.

AF141b

De spoel van de antenne is met de afstemcondensator verbonden door middel van een korte afgeschermde kabel met twee geleiders. Het signaal van de afgestemde kring komt aan de gate van een JFET BF245c, geschakeld als source volger. De instelling van de FET gebeurt uitsluitend door middel van de source weerstand. Dat is niet ideaal voor het gedrag van de transistor bij sterke signalen, maar het zorgt voor een zeer hoge ingangsimpedantie en door de hoge Q van de antenne is de bandbreedte zo klein dat in de praktijk toch maar weinig kruismodulatie optreedt. Het signaal voor de ontvanger wordt via een condensator aan de source van Q1 afgenomen.

AF141e

De simpele schakeling heeft nog een tweede tekortkoming. Om het signaal van de antenne onverzwakt aan een 50 ohm belasting af te leveren zou de steilheid van de FET meer dan 20 mA/V moeten bedragen. Geen enkele FET in mijn bezit haalt dat. Maar in de praktijk lijkt wat signaalverlies ook geen probleem te vormen. De antenne is afstembaar tussen 280 kHz en 895 kHz. De BF245 verbruikt amper 2 à 3 mA. Met deze antenne hoor ik in de avonduren meestal het baken BIA (474 kHz, locator KO10BC) en regelmatig ook het baken AS (474,5 kHz, JO48EK). Als ontvanger wordt daarbij een  Telefunken ELK639 gebruikt.

AF141d

De antenne is gemonteerd op een draaibare sokkel die voorzien is van een draaibare schijf met gradenverdeling. Peilen op minimum signaal werkt bijzonder goed. De schijf met gradenverdeling wordt daarvoor eerst gedraaid tot van een gekend baken de juiste richting aangegeven wordt.

Het is natuurlijk de bedoeling dat het RF opgepikt wordt door de ferrietstaven en niet door de afstemcondensator, de sourcevolger en de bedrading. Mijn voorkeur gaat daarom uit naar een metalen behuizing voor die componenten.

AF141c

Met een ABS-kastje lukt het ook, mits wat voorzorgsmaatregelen. Zo kan een metalen plaatje achter de afstemcondensator de statorbladen daarvan afschermen  van elektrische velden. Gebruik van dunne coax voor de signaal voerende geleiders helpt ook nog wat.

 

AF151

In 2015 kwam ik toevallig in het bezit van een loopantenne voor een radiokompas AN/ARN-6. Dat radiokompas heeft een frequentiebereik van 100 kHz tot 1750 kHz in 4 bereiken. De zelfinductie van deze antenne bedraagt amper 26µH. Geen enkele variabele condensator zou die antenne afgestemd krijgen op 100 kHz. In de ontvanger van de ARN-6 installatie zit echter een module (de LOOP module) met daarin 4 transformatortjes die de zelfinductie van de antenne voor elk bereik transformeren naar een meer geschikte waarde. In de aanpassingskring van deze antenne is zo een LOOP module van een R101 ontvanger verwerkt.

AF151a

De aanpassingskring is verder gebouwd volgens het vertrouwde eenvoudige schema.

AF151c

Qua frequentiebereik werkt alles zoals verwacht, maar op het gebied van ontvangst komt de antenne niet in de buurt van AF141 en AF153 Mk2. De wikkelingen van AF151 zijn afgeschermd met kopergaas, maar toch wordt veel lokale storing opgepikt. Gewenste signalen daarentegen worden zwakker ontvangen dan met de andere ferriet antennes. Wegens de tegenvallende resultaten ligt dit project voorlopig aan de kant.

 

AF152

Deze antenne is vooral bedoeld voor het opsporen van lokale storingsbronnen. Eén enkele ferrietstaaf 240 x 10 mm, in het midden voorzien van een spoel van 133 mm breed, met daarop 41 windingen in één laag. De ferrietstaaf is in het center geplaatst van een in de lengte doorgezaagde aluminium buis met een diameter van 50 mm. De afstemcondensator, de klassieke klassieke sourcevolger en een 9V batterij ondergebracht in een kastje van niet magnetisch materiaal.

AF152a

De aluminium buis is elektrisch verbonden met het metalen kastje en dat kastje is meteen ook de negatieve klem van de voeding. Het kastje werd ook nog voorzien van een handgreep.

AF152d

De figuur hieronder toont de ferrietkern met de brede wikkeling

AF_152_rod 

Deze antenne is afstembaar tussen ongeveer 2,5 MHz en 5 MHz (het frequentiebereik bij het schema slaat nog op de oorspronkelijke versie) .  Ze doet het goed op 80m. Het signaal is iets minder sterk dan het signaal van mijn loop antennes, maar deze antenne was nooit bedoeld als alternatief daarvoor. Als peilantenne voor lokale signalen werkt ze uitstekend. Er is ook steeds een duidelijke piek bij het afstemmen. Voeding gebeurt in principe met een interne 9V batterij, maar in de OFF stand is externe voeding mogelijk. 

Opmerking.

Het is mij bij het gebruik van AF152 duidelijk geworden dat ferrietantennes bijzonder gevoelig zijn voor beïnvloeding door andere antennes in de buurt, vooral als ze daar gemakkelijk inductief mee kunnen koppelen. Zo kan een magnetische loop in de buurt de ontvangst totaal wijzigen. Ook de verlengspoelen van een verkorte dipool blijken zich goed te lenen tot inductieve koppeling. Zelfs op verrassend grote afstand. 

 

AF153

7 gebundelde ferrietstaven van 200 x 10 mm voorzien van een spoel met een breedte van 155 mm met daarop 82 windingen dikke litzedraad (hetzelfde type als die gebruikt voor AF141) in één laag. L = 930 µH zonder afscherming. Met afscherming (identiek aan die gebruikt voor AF141) bedraagt de zelfinductie nog 695 µH. 

AF153 lijkt qua afwerking bijzonder goed op AF141. De antenne past ook op dezelfde draaibare sokkel.

AF153 werd oorspronkelijk voorzien van een aanpassingskring met twee transistoren. Die geeft een versterking van ongeveer 8 dB.

Opmerking

De combinatie ferrietantenne - aanpassingskring gaat gemakkelijk oscilleren. Bij inductieve terugkoppeling met de antenne wordt de rondgaande spanningsversterking immers al snel groter dan 1. Gebruik van korte verbindingen en goed afschermen is absoluut noodzakelijk. Om het gevaar voor oscilleren te beperken gebruik ik de BFY90 tegenwoordig niet meer. Het signaal wordt nu weer afgenomen aan de source van de FET zoals bij eerdere realisaties . 

 

AF161

10 ferrietstaven van 200 x 10 mm gebundeld en voorzien van een spoel met een breedte van 145 mm waarop zich 473 windingen bevinden verdeeld over 4 lagen. L = 34,94 mH. De weerstand bedraagt 3 Ohm. De eigen capaciteit bedraagt ongeveer 128 pF.

AF161 blijkt in de praktijk geen afscherming nodig te hebben. Dat is ook te verwachten omdat de afmetingen van de antenne zeer klein zijn ten opzichte van de golflengte binnen het frequentiebereik waarin ze gebruikt wordt. AF161 werd gebouwd voor gebruik met aanpassingskring AM162. Later is een wikkeling van 25 wdg toegevoegd voor terugkoppeling. Daarmee kan AF161 ook profiteren van de ondersteuning voor gecontroleerde terugkoppeling zoals die geleverd wordt door aanpassingskring AM191.

 

AF163 / AM162

De combinatie ferrietantenne AF163 / aanpassingskring AM162 is vooral bedoeld voor ontvangst tussen 10 en 20 kHz. Er is echter alles aan gedaan om de combinatie ook bruikbaar te maken op hogere frequenties.

De eigenlijke antenne bestaat uit één ferrietstaaf met een lengte van 315 mm en een diameter van 25,9 mm. Het ferrietmateriaal is NiZn met initiële µ = 125. Op die staaf zijn 3 wikkelingen van 111 windingen massieve verniste koperdraad met een diameter 0,9 mm gewikkeld. De drie wikkelingen zijn permanent in serie geschakeld. De aftakkingen op de wikkeling zijn bedoeld voor experimenten, maar ze werden nog niet gebruikt. De totale wikkeling beperkt zich tot één laag met een totale breedte van 300 mm. De eigen capaciteit bedraagt amper 6pF (vergelijk dat met de 128 pF van AF161 met meerdere wikkellagen). De antenne is omgeven door een wegneembaar geperforeerd aluminium scherm.

Een dubbele condensatorenbank in combinatie met een dubbele afstemcondensator laat toe elke condensatorwaarde tussen 6 pF en 23,5 nF parallel te schakelen met de ferrietantenne. Daarmee is afstemmen mogelijk tussen 9,7 kHz en 270 kHz. Om een afstembereik tot 270 kHz mogelijk te maken is schakelaar S1 voorzien waarmee de condensatorsecties in serie kunnen geschakeld worden. De minimum capaciteit bedraagt daarmee slechts 6 pF (tegenover 24 pF bij parallel geschakelde condensatorsecties). De aanpassingskring zoals getekend zorgt ook nog voor een extra versterking van ongeveer 6 dB. Uit bezorgdheid over de stabiliteit wordt de extra trap met de BFY90 ondertussen niet meer gebruikt. Het signaal wordt ook hier vandaag weer afgenomen aan de source van de FET zoals bij eerdere realisaties.

 

De binnenkant van de behuizing van AM162 (bakeliet) is volledig bekleed met aluminiumfolie.

Ik gebruik AM162 vooral voor ontvangst op ELF, maar de aanpassingskring is universeel. Hij kan gebruikt worden in combinatie met elke ferrietantenne, raamantanne of met een loop, in plaats van de afgeschermde koppellus. AM162 kan ook gebruikt worden in combinatie met een loop in plaats van de afgeschermde koppellus.

 

Opmerking bij de gebruikte aanpassingskring

Een hoge Q is noodzakelijk voor een behoorlijke signaalopbrengst. De FET sourcevolger die ik steeds gebruik voor de aanpassingskring versterkt de spanning niet, maar impedantietransformatie, bijna zonder verlies van signaal, vertegenwoordigt ook versterking en die is in dit geval zelfs aanzienlijk. Daarmee gaat de zaak bij de minste terugkoppeling.

Als u zich het schema van AF152 met enkel de sourcevolger voorstelt uitgebreid met de gate-source capaciteit van de FET en de capaciteit van de coaxkabel aan de uitgang (naar de ontvanger), dan herkent u daarin ook nog eens de sourcevolger versie van een Colpitts oscillator. De gate-source capaciteit is weliswaar zeer klein, maar toch.

Ik heb inderdaad al vastgesteld dat ik sommige van mijn ferrietantennes kan laten oscilleren door er een (niet afgesloten) kort stukje coaxkabel op aan te sluiten. Het oscilleren stopt eens de coax aan de andere kant verbonden wordt met de ontvanger. Bij normaal gebruik heb ik met de aanpassingskring met enkel de sourcevolger geen problemen maar met een tweede transistor erbij was het steeds op het randje.   

 

Experimenten met ferrietantennes op HF

Eind 2017 vormde enkel het lage HF gebied (160, 80, 60 en 40m) nog wat onontgonnen terrein op het gebied van ferrietantennes. Het was al bij aanvang duidelijk dat het zeer moeilijk zou worden om de loop te evenaren, maar begin 2019 lijkt dat toch (bijna) gelukt.

 

AF181

Deze antenne was bedoeld als een verbeterde AF152. Er was gehoopt op winst ten opzichte van die antenne door het gebruik van een afscherming met grotere diameter en door een meer verzorgde constructie. AF181 is een verdienstelijke antenne geworden en de signaal/ruis verhouding is zeer goed maar de kloof tussen AF152 en de loops wordt er zeker niet mee overbrugd. De signaalopbrengst blijft merkelijk onder die van loop AL131, die als referentie gebruikt werd.

 

 

 

 AF182

Bij deze antenne werd ingezet op ferrietmateriaal met minder verliezen op HF. Over het algemeen heeft ferrietmateriaal een lagere initiële permeabiliteit naarmate het geschikt is voor hogere frequenties. Met dat in gedachten werd een kartonnen kokertje van een twintigtal windingen draad voorzien en de zelfinductie werd genoteerd met dat spoeltje geplaatst in het midden van elk van de resterende ferrietstaven. Eén ferrietstaaf (10 x 183mm) bleek een merkelijk lagere permeabiliteit te hebben (door gebruik van de calculator geschat op ongeveer 60 tegenover 125 à 150 voor de rest van de ferrietstaven). De staaf werd voorzien van een wikkeling met 32 windingen over een breedte van 88 mm. Op elektrisch gebied werd de antenne verder afgewerkt zoals AF152. De resultaten waren vergelijkbaar met die van AF181 maar boven 5 MHz ging de zaak spontaan oscilleren. Als noodoplossing werd de voedingsspanning regelbaar gemaakt. Dat werkte maar de voedingsspanning moest soms onder 1,5 Volt gebracht worden om het oscilleren te stoppen. De instelling van de FET gaat daarmee natuurlijk de mist in. Ondanks dat nam de signaalopbrengst sterk toe net voor de kring ging oscilleren. Daarmee ontstond de idee om een ferrietantenne te bouwen met gecontroleerde terugkoppeling.

 

 

 

AF191

Het principe om de Q factor te vergroten door middel van terugkoppeling is niet nieuw en ik had zelf vroeger al geprobeerd om de gevoeligheid van een draagbare omroepradio op die wijze te verhogen. Met AF191 is alle opgedane ervaring gebundeld in een antenne voor 160, 80, 60 en 40m die over heel het bereik op een gecontroleerde wijze op de rand van oscilleren kan gebracht worden. Het materiaal van de  kern bestaat niet uit ferrietmateriaal dat specifiek voor antennes bedoeld was, maar uit een vijftal latjes die gediend hebben als afscherming in de eindtrap van een Siemens kW-zender. Bundeling van die 5 latjes geeft een ferrietkern van 40 x 50 x 110 mm met daarop 10 windingen over een breedte van 70 mm en een "ticklercoil" bestaande uit één winding op één van de uiteinden. Omdat het ferriet gebruikt werd in de eindtrap van een zender met hoog vermogen en met een bereik tot 30 MHz werd verondersteld dat de verliezen van het ferrrietmateriaal vrij laag zouden zijn.   

Het schema van de MkII versie lag al klaar maar bij wijze van proef zou eerst een aanpassingskring getest worden met één FET die terugkoppeling  en impedantieaanpassing combineert.

 

De signaal/ruisverhouding was goed maar zoals verwacht ging een deel van de winst afkomstig van de hoge Q verloren door de extreem lage voedingsspanning (nodig om spontaan oscilleren te stoppen).

AF191 MkII heeft dat probleem niet.

 

Daar gebeurt de terugkoppeling door middel van een tweede FET, die onafhankelijk werkt van de eerste. Van volledige inactiviteit tot oscillatie verandert de spanning aan de drain van Q2 minder dan één Volt. Zelfs bij gebruik van een tien-toeren potentiometer is de instelling nog kritisch.

Op het gebied van comfort bij het afstemmen scoort loop AL131 beter, maar het regelen van de terugkoppeling van AF191 valt nogal mee en eens die correct ingesteld is doet AF191 nauwelijks onder voor de loop, al lijkt de loop beter geschikt bij sterke lokale ruisbronnen. Al bij al vind ik de resultaten verbluffend voor een antenne die gebouwd is rond een blokje ferrietmateriaal van amper 40 x 50 x 110mm! AF191 moet het wel hebben van de hoge (schijnbare) Q en voor dezelfde signaalsterkte is de bandbreedte dan ook veel kleiner dan die van de loop. Aan de rand van oscillatie, op 80m, bedraagt de bandbreedte van AF191 minder dan 1kHz. Die mate van terugkoppeling is absoluut niet nodig.

AF191 heeft wat weg van een ontvanger met reactieve detector. Met een paar kleine aanpassingen en een audio versterker erachter in plaats van een ontvanger moet de kring inderdaad ook wel in die zin werken (een idee oor een volgend project). Maar in tegenstelling tot de reactieve detector is het nooit de bedoeling om AF191 te laten oscilleren. Als dat toch gebeurt verschijnt 210 mV RF spanning aan de uitgang (onbelast). De amplitude wordt grotendeels bepaald (en beperkt) door de diodes over de afgestemde kring. Tot op heden heeft geen van mijn ontvangers schade ondervonden van het oscilleren. Zonder de diodes zou de spanning wellicht oplopen, maar de diodes worden ook om andere redenen beter niet weggenomen. Misschien eerst eens nazien welke RF spanning de ontvanger aankan vooraleer hem aan te sluiten op de aanpassingskring.    

Nog een laatste keer iets over de (slecht ingestelde) FET sourcevolgers: Een BF245A heeft een steilheid van ongeveer 5mA/V bij een drainstroom van 2mA. Dat is op zich al te weinig om het antennesignaal onverzwakt over te brengen naar de ontvanger. Maar de drainstroom van Q1 in AF191 bedraagt amper 0,8 mA wat resulteert in een nog kleinere steilheid. Bij sommige van mijn aanpassingskringen is het nog erger, daar werkt de FET nog verder van het lineaire gebied. Maar een (te) kleine drainstroom voorkomt dat de FET gaat oscilleren zonder hulp. Wat signaalverlies vind ik aanvaardbaar en in de praktijk zorgt de gebrekkige instelling niet voor problemen, wellicht als gevolg van de zeer kleine bandbreedte.   

AF191 op 10MHz en 14MHz

Het bereik van een ferrietantenne kan naar boven toe uitgebreid worden door de antenne te shunten met een geschikte spoel. Ik ben er op die manier in geslaagd AF191 met enig succes te gebruiken tot 15MHz. Die methode om het afstembereik bereik te vergroten is echter een noodoplossing die ook een aantal zorgen meebrengt. Het moet wel mogelijk zijn om twee identieke ferrietantennes in serie of in parallel te schakelen, zoals dat toegepast wordt bij een aantal van mijn loop antennes. Beide ferrietantennes zouden dan een gemeenschappelijke afscherming delen. Of misschien één ferrietstaaf voorzien van twee identieke spoelen symmetrisch geplaatst met de terugkoppelspoel in het midden. ferrietantennes 

 

AF192

AF192 is een draagbare versie van AF191, een beetje de AF152 op steroïden. De foto hieronder toont beide antennes naast elkaar.

 AF192

De afscherming van AF192 bestaat uit een Alu-buis met een diameter van 80mm. Er werd afgestapt van de tien toeren potentiometer waarmee de terugkoppeling geregeld werd bij AF191. Bij AF192 (en verdere realisaties) wordt een goede "gewone" draadgewikkelde potentiometer gebruikt die de spanning afneemt over een zenerdiode van 4,7V.

Verder valt over AF192 weinig te vertellen. schema, frequentiebereik en prestaties zijn vergelijkbaar met die van AF191.    

 

AM191

Al bij al verkies ik voor 3,5 MHz en hoger toch de loop antenne, maar voor frequenties tussen 10 kHz en 2 Mhz is de afgestemde ferrietantenne volgens mij vrijwel niet te overtreffen. Met AM162 was het bovendien mogelijk gebleken een groot frequentiebereik te bedienen met een drietal ferrietantennes. Als afsluiting van het hoofdstuk ferrietantennes wou ik van de succesrijke AM162 een versie maken met gecontroleerde terugkoppeling. 

AM191 is gebouwd rond een afstemcondensator uit een oude omroepradio met AM en FM. De condensator heeft één sectie van ongeveer 10-30 pF en twee gelijke secties van ongeveer 12,5-410 pF. De twee gelijke secties zijn permanent parallel geschakeld. Tevens is een condensatorenbank met zeer hoogwaardige condensatoren voorzien, waarvan elke condensator een capaciteit heeft die ongeveer 700 pF groter is dan de vorige. Een schakelaar laat toe te schakelen tussen de 10-30 pF sectie en de 25-820 pf sectie van de CV. Voor experimenteel gebruik is nog een stand voorzien waarbij geen interne capaciteit gebruikt wordt. Een tweede schakelaar laat toe de 25-820 pF van de afstemcondensator alleen te gebruiken of in combinatie met een condensator (van 700 pF tot 7300 pF) van de condensatorenbatterij. De condensatoren van 4,7 µF moeten ervoor zorgen dat de aanpassingskring nog goed presteert bij 10 kHz.    

AM191_schema

AM191 heeft geen vaste ferrietantenne als partner maar omdat ik toch niet over een goede losse ferrietantenne beschikte voor de middengolf werd AF193  gerealiseerd als eerste partner (zie tekening voor info).

 AM191_1

Toevallig was juist een ideale behuizing uit gegoten aluminium beschikbaar. Met het tekenprogramma van Open Office werd een voorpaneel getekend en dat werd vervolgens gelamineerd. De afstemknop is voorzien van een verdeling 0-100. Eigenlijk is de afstemcondensator een type met aangebouwde vertraging 1/3 zodat de afstemknop over anderhalve toer kan gedraaid worden (de aflezing gaat dus eigenlijk van 0 tot 150). Het schema maakt duidelijk dat de kring ook kan gebruikt worden voor antennes zonder terugkoppelspoel. 

AM191_2        

Hierboven AM191 in combinatie met AF161 MkII (AF161 voorzien van een terugkoppelspoel met 20 wdg). De foto moet vooral tonen hoe de afscherming kan gedemonteerd worden voor het wisselen van de ferrietantenne. Het is de bedoeling om het systeem met de vleugelmoeren nog te vervangen door een paar scharnieren en er moet ook nog een wieg voorzien worden waar de ferrietantenne kan in vastgegespt worden. Tenslotte wordt nog gedacht aan een eenvoudige platte connector voor het sneller verwisselen van de ferrietantenne. 

De prestaties overtreffen de verwachtingen. In combinatie met AF193 (zie schema) wordt het bereik van 1.700 kHz tot 108 kHz bediend. In combinatie met AF161 MkII (AF161 voorzien met terugkoppelspoel) kan afgestemd worden tussen 80 kHz en 9,5 kHz. 

Over heel het bereik kan de combinatie perfect op de rand van oscilleren gehouden worden. Daarbij wordt de bandbreedte zo klein dat van een AM station enkel nog de draaggolf ontvangen wordt, zonder enig spoor van de modulatie. Bij normaal gebruik wordt een stuk minder terugkoppeling toegepast. Maar ook dan blijft de signaalopbrengst van AM191 op alle frequenties ruim voldoende,

 

De combinatie AM191/AF193 als regeneratieve ontvanger

Hoewel die functie geen aandacht kreeg bij het ontwerp werkt AM191 ook als regeneratieve detector. Een experimentele opstelling voor evaluatie van de combinatie AF193/AM191 als regeneratieve ontvanger was vlug gerealiseerd.

Experimental

Een versterkertje (projectje van 2004) met hoge ingangsimpedantie en een versterking van 50dB werd met AM191 verbonden langs een laagdoorlaatfilter. De condensator van 4,8µF aan de uitgang van AM191 maakt ook deel uit van het filter. Simulatie met "Microcap" voorspelt minder dan 3 dB verzwakking tussen 100Hz en 1,9 kHz, terwijl de verzwakking bij 10 kHz al 33dB bedraagt.

Op enkele punten scoort AM191 zeer goed als regeneratieve ontvanger. De stabiliteit is uitstekend en het in en uit oscillatie brengen gaat bijzonder vlot. Omroepstations op de lange golf en op de middengolf worden probleemloos ontvangen.

Op het gebied van gevoeligheid zijn de resultaten minder goed. Men kan de absolute gevoeligheid van deze opstelling niet meten met een meetzender maar de radiobakens ONO (399,5kHz) en MAK (360,5kHz) ontvang ik daarmee 5 à 10 dB boven de ruis tegenover 30 à 35 dB met de configuratie AF193/AM191, aangesloten op een ontvanger. Misschien kan ik het verschil nog wat verkleinen, maar ik zal het vermoedelijk niet volledig kunnen wegwerken en op de frequenties die mij interesseren vormt elk prestatieverlies een probleem.

 

Signaalopbrengst en signaal/ruisverhouding

Een ferrietantenne is in feite een loopantenne waarin een kern bestaande uit magnetisch materiaal geplaatst werd. De opmerkingen opgenomen onder punt 10 van het artikel "Loop Antennes" zijn ook van toepassing voor ferrietantennes.

 

Tot slot

Loopantennes zijn zeer verdienstelijk in het bereik 1,8 - 30 MHz, maar velen beschikken voor dat bereik over een grote draadantenne of zelfs over een richtantenne. De loop (voor ontvangst) blijft daar toch een compromis-antenne. Voor MF en lagere frequenties ligt dat anders. Vrijwel iedereen moet het daar doen met een compromis-antenne en dan is de ferrietantenne volgens mij een goede keuze. 

Ik luister regelmatig op de middengolf, op 472 kHz, en op frequenties beneden de 20 kHz. Tegenwoordig gebruik ik daar bijna uitsluitend een combinatie voor bestaande uit aanpassingskring AM191 en een losse bewikkelde ferrietkern. Van die kernen heb ik AF161 en een paar andere die hier niet besproken werden maar die samen alle frequenties bedienen tot 5,5 MHz. Voor frequenties vanaf 3,5 MHz gebruik ik een van de loops en voor 1,8 - 2 Mhz heb ik geen voorkeur.

Mocht ik in het bezit komen van geschikt materiaal, dan zou ik nog wel een ferrietkern willen proberen voor frequenties tot 14 MHz of nog iets hoger, maar verder is ook het thema ferrietantennes voor mij voorlopig afgesloten.