YouLoop antenna

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Descripción

YouLoop antenna recepción de LF / MF / HF

La antena de bucle pequeño YouLoop es una adición a la línea de productos de Airspy

YouLoop antenna El diseño se deriva de una clase de antenas eléctricamente pequeñas generalmente llamadas antenas de bucle blindado. Frank Dörenberg (N4SPP) proporciona una excelente discusión sobre el bucle pequeño en lo que respecta a la activación de antenas de bucle de transmisión pequeñas …

Bucle pequeño de banda ancha

El YouLoop utiliza la configuración cruzada de Möbius inspirada en August Ferdinand Möbius. [1] Tanto esta como la popular configuración de bucle “con huecos” son de banda ancha por naturaleza, como confirman los resultados de las pruebas, que se muestran a continuación. Esto contrasta con las antenas LF / MF de bucle sintonizado, en las que un condensador en paralelo con la inductancia de un bucle de múltiples vueltas genera una antena receptora muy selectiva, de banda estrecha y probablemente más eficiente.

Esta discusión se centra en una antena de bucle pequeño de una sola vuelta compuesta por un conductor hueco dispuesto en una forma cerrada, como un círculo, con un conductor aislado en su interior. A continuación se muestran dos configuraciones. Ambos comparten un espacio en el conductor exterior en la parte superior del bucle. Justo enfrente de este espacio se encuentra el punto de alimentación de la antena que se muestra aquí con un transformador de banda ancha que cumple la función de convertidor equilibrado a desequilibrado.

Antena de bucle de blindaje convencional frente a cruzada
Figura 1 – Antena de bucle de blindaje convencional frente a cruzada

El ligero cambio de cableado en el espacio abierto resalta la única diferencia entre las dos configuraciones. El enfoque convencional simplemente pasa el conductor interno al otro lado. El enfoque cruzado realiza un intercambio de interior a exterior. Ambos enfoques cortocircuitan directamente el punto de alimentación de la antena en CC.

No parece que una configuración de antena tan simple proporcione ninguna utilidad más allá de ser un bucle de alimentación inductiva para un conjunto de antena más grande. Los sutiles refinamientos del crossover en Airspy YouLoop merecen una revisión adicional. Así que hagámoslo.

Definición de bucle de Möbius (también conocido como Mobius, Moebius)

De Ofer Aluf…

Un sensor de campo magnético de bucle de Moebius es un bucle circular que consta de dos “brazos” coaxiales de 50 ohmios con blindaje sólido, que se dividen en la parte superior para formar un espacio muy pequeño en comparación con las dimensiones del bucle. El conductor central de cada brazo coaxial está conectado al blindaje del brazo opuesto.

Lectura recomendada por Moebius

Antes de continuar, agregue estos recursos a su lista de lectura.

Otros productos de bucle pequeño incluyen …

Airspy aparentemente sintió la necesidad de llenar el mercado de antenas de bucle pequeño con una oferta económica.

Presentación de YouLoop antenna

En el momento en que me enteré de YouLoop y su precio, pedí uno. Llegó como tres piezas de cable coaxial de color azul intenso terminados en conectores SMA macho y dos cajas pequeñas con conectores SMA hembra. Una caja tiene dos conectores. El otro tiene tres. Dos cables coaxiales de igual longitud forman las porciones simétricas izquierda y derecha del bucle real de poco más de 2 pies de diámetro. El tercero sirve como una conveniente línea de alimentación de un poco más de seis pies de largo. La siguiente figura muestra una perspectiva de este sistema de antena.

YouLoop antenna
Figura 2 – La configuración de Airspy YouLoop tal como se entrega

El cable coaxial es una variedad rígida que mantiene su forma un poco. Sin embargo, cuando se forma en el bucle, colapsará parcialmente por su propio peso. Encontré prudente su elección de cable coaxial, pero noté que su rigidez puede poner un poco de estrés en las conexiones si las cosas no están bien.

En general, es un poco decepcionante a primera vista, pero una mirada de cerca a las entrañas del crossover y los componentes del transformador de alimentación revela una deliciosa molienda.

El punto de alimentación YouLoop antenna con transformador

YouLoop antenna Transformador y punto de alimentación AirSpy YouLoop.
Figura 3 – Transformador y punto de alimentación AirSpy YouLoop.

Como se ve arriba, el punto de alimentación del conector SMA medio se conecta a un lado del pequeño transformador. Los conductores secundarios del transformador se conectan a los pines centrales de los conectores SMA izquierdo y derecho. Las pantallas de los conectores SMA se traspasan entre sí. A todos nos encantan los transformadores de RF, ¿verdad? Bueno, aquí tienes …

Figura 4 – Vista del transformador Airspy YouLoop, de cerca y personal.

Verifiqué la relación de impedancia del transformador midiendo la pérdida de retorno (50 ohmios) soldando varias resistencias por encima y por debajo de 50 ohmios al lado secundario.

Figura 5 – Transformador Airspy YouLoop con resistencia de prueba en el lado balanceado.

Una resistencia no inductiva de 47 ohmios (lo siento… no tenía 50) produjo el mejor S11, lo que indica que este transformador es 1: 1. Esperaba algo bastante diferente dada la probable impedancia ultrabaja de las antenas pequeñas.

El crossover de YouLoop antenna

A continuación se muestra la placa de circuito que realiza la función de cruce Möbius de YouLoop.

Tablero crossover Airspy YouLoop.
Figura 6 – Placa cruzada Airspy YouLoop.

No estoy seguro de qué hacer con las vías de corte en el centro y la parte inferior, pero supongo que hace lo que sea necesario para que esta revisión inicial encaje en las cajas de plástico provistas (no se muestran) … luego para comercializar. Las pruebas óhmicas confirman que el crossover funciona según el diseño.

Objetivos de prueba de la antena de YouLoop

Al ser una antena eléctricamente pequeña para LF a HF, el YouLoop y todas las antenas de estatura similar traen consigo la preocupación de que su línea de alimentación pueda ser parte de la razón de su éxito. Por lo tanto, la línea de alimentación suministrada tuvo que desaparecer. Añada a esto la necesidad de asegurarse de que no haya otros conductores de ningún tipo en las proximidades del sistema de antena, como alimentación, USB, Ethernet, etc. Además, no se involucrará ningún mástil conductor.

En resumen, necesitamos ver si el lazo por sí solo puede captar señales razonablemente bien solo con él mismo y con un pequeño receptor en el punto de alimentación del lazo.

Diseño de ensamblaje de prueba de antena YouLoop

Para promover los objetivos descritos anteriormente, la línea de alimentación de seis pies se eliminó y se reemplazó con un conjunto de componentes electrónicos como se muestra a continuación.

Figura 7 – Equipo de prueba Airspy YouLoop con pila de instrumentos corta

Las proporciones de los componentes son aproximadamente correctas. De derecha a izquierda tenemos …

  • La antena Airspy YouLoop sin su línea de alimentación, pero incluyendo el transformador de alimentación y los componentes de cruce;
  • Un adaptador de barril SMA-Macho a SMA-Macho;
  • Airspy HF + Discovery SDR;
  • Carcasa interior del microordenador Raspberry Pi 3B + hecha de metal real que disipa de manera robusta los componentes de la placa y funciona como blindaje;
  • Se ejecuta en Raspberry Pi una imagen de arranque de OpenWebRX .
  • No se muestra un módulo de conexión WiFi USB para llevar la antena WiFi fuera de la carcasa conductora;
  • La fuente de alimentación es una de esas baterías USB portátiles de inmensa capacidad que se utilizan para cargar teléfonos, tabletas y, ahora, configuraciones de prueba portátiles e inalámbricas de YouLoop (gracias a mi local Fauquier ARC por esta idea);
  • Un cable USB con estranguladores de ferrita en cada extremo para conectar el Airspy SDR a la Raspberry Pi.
  • Un cable USB con interruptor de encendido en línea para llevar energía desde la batería a la Raspberry Pi.

Todo está listo para usar. Cualquiera puede replicar esta configuración con facilidad. El único problema que se observa es la entrada ocasional de registros de bajo voltaje en el R-Pi durante momentos de alta computación. Si pudiera subir el regulador de voltaje de la batería USB 1/10 de voltio, esto no sucedería. No era un tapón de espectáculo, así que viví con eso.

Construcción del ensamblaje de prueba de antena YouLoop

Aquí se ensambla sobre una pieza de madera no conductora. Decidí apilar el R-Pi en la batería para encoger un poco el ensamblaje.

El YouLoop emparejado con un sistema WiFi SDR.
Figura 8: el YouLoop emparejado con un sistema WiFi SDR.

Mira mamá, no hay cables “extra largos”. No, no es exactamente un momento distintivo de pulcritud. Uno puede esperar haber ganado puntos de bonificación haciendo coincidir el color de la cinta del pintor con el cable coaxial Airspy, pero, por desgracia, fue una mera coincidencia.

Tenía requisitos contradictorios con respecto a la distancia entre Airspy SDR y Raspberry Pi. Demasiado corto y corro el riesgo de inyectar ruido de computadora / interfaz en el receptor. Demasiado tiempo y violé mi objetivo de asegurarme de que solo la antena de cuadro esté recibiendo. Al final del día, simplemente lo junta, dice sus oraciones y comienza a probar. Aquí hay un par de primeros planos …

Sí, el cable USB entre el R-Pi y el SDR es un poco largo. Agruparlo tenía que ser suficiente para esta prueba.

Después de las maquinaciones habituales de solucionar problemas de red, llamé a OpenWebRX desde el “sitio web” del ensamblaje de prueba e inmediatamente recibí con la antena de YouLoop a través de mi WiFi local. Muy genial.

Tengo que decir … realizar pruebas de antena mientras está reclinado en un sofá con una computadora portátil … tan agradable. ¡Gracias OpenWebRX!

Pruebas de recepción de antena YouLoop en interiores

Dejo el ensamblaje de la antena de YouLoop en una silla. Rápidamente noté muchas señales. El AM BCB fue abundante, por supuesto, pero también nuestro local Culpeper NDB … y para mi sorpresa, el WWVB. Los bucles son famosos por sus valores nulos de azimut, por lo que anular la baliza NDB local fue mi primera prueba.

Gire el YouLoop dentro de la casa mientras escucha una baliza de 351 kHz.
Figura 11 – Girando el YouLoop dentro de la casa mientras escucha una baliza de 351 kHz.

No pensé que esto fuera posible dentro de una casa con una gran cantidad de conductores, pero de hecho era bastante evidente que podía anular significativamente la baliza NDB junto con otras señales girando el bucle en mi mano. No esperaba mucho de esto de mi sótano.

Más pruebas de sótano de K2PI

Robert Harvey (K2PI) ejecutó su sistema de vigilancia con su nuevo Airspy YouLoop colocado en la pared del sótano dentro de su casa. Estos informes puntuales de 20 my 40 m confirman el buen rendimiento de HF del YouLoop.

Figura 12: puntos de 20 my 40 m desde una antena AirSpy YouLoop dentro de un sótano.

Un éxito similar se produjo en 80 m, incluido un anuncio de mediodía en ZL.

Pruebas de recepción de antena YouLoop en exteriores

Era el momento de llevar el conjunto de prueba de YouLoop al aire libre para realizar algunas pruebas de campo. Fije el conjunto a mi soporte de altavoz portátil.

El conjunto de prueba portátil Airspy YouLoop en un soporte de altavoz.
Figura 13: el conjunto de prueba portátil Airspy YouLoop en un soporte de altavoz.

Sí, el soporte del altavoz está hecho de aluminio conductor, por lo que existe la preocupación de que esté en el campo cercano, pero haces lo que tienes que hacer. También hice pruebas con el conjunto de madera amarrado a un mástil de fibra de vidrio de dos metros y medio para poner más distancia del soporte y entre el lazo y la tierra.

El conjunto de prueba portátil de antena Airspy YouLoop en un mástil no conductor de dos metros y medio.
Figura 14 – El conjunto de prueba portátil de la antena Airspy YouLoop en un mástil no conductor de dos metros y medio.

Esto coloca aproximadamente dos pies entre el soporte del altavoz y la pila R-Pi / Battery. Es lo que es.

Resumen de resultados

Los resultados son, en resumen, bastante impresionantes. La antena de bucle sin sintonizar eléctricamente pequeña emparejada con el HF + SDR en su punto de alimentación simplemente funciona.

  • Puedo escuchar WWVB durante el día y las noches desde adentro o desde afuera.
  • La baliza de 351 kHz a unas 13 millas al sur llega fuerte y clara … a través de ondas terrestres sin duda.
  • Las estaciones de transmisión de AM llegan de día y de noche.
  • OpenWebRX proporciona amplios informes FT4 / 8 sobre HF.

Grabé tres cascadas OpenWebRX diferentes mientras escuchaba tres fuertes señales diurnas: la baliza de aviación de Culpeper en mi sur, una estación de transmisión AM local en mi norte y una estación de transmisión de HF de onda corta distante. Cada vez que giré la antena de cuadro en azimut una vez para verificar si había nulos. Los tres resultados se combinan a continuación.

Figura 15 – Verificación nula de tres frecuencias diferentes con YouLoop.

Conclusiones clave …

  • Baliza de 25 vatios y 351 kHz a unos 22 km al sur: los nulos son profundos, nítidos y estrechos;
  • 22.000 vatios – 1420 kHz WKCW a unas 7 millas (11 km) al norte – Muy fuerte. No sorpresa. Los nulos son profundos, nítidos y estrechos.
  • 9455 kHz: no recuerdo qué estación es, pero era bastante fácil de escuchar. Cualquier anulación era imperceptible. Inclinar el lazo no ayudó … ni dolió.

El YouLoop tiene una buena forma de patrón con nulos profundos que se observan mejor durante la recepción de señales de ondas terrestres de baja frecuencia. Esto también funciona para WWVB. Los nulos son mucho menos evidentes a frecuencias más altas y / o propagación de ondas celestes.

Möbius vs bucle dividido convencional

Una discusión sobre el diseño de la antena Airspy YouLoop está incompleta sin comparar el crossover con enfoques más simples. ¿El crossover realmente proporciona algún beneficio de medición? La naturaleza modular del YouLoop con sus conectores SMA facilita la prueba al reemplazar el crossover con una longitud similar en línea recta equivalente como se muestra a continuación.

Figura 16 – Tablero cruzado Airspy YouLoop (parte inferior) con conductor central recto de prueba (parte superior).

Existen numerosas discusiones que teorizan esta cuestión. Muchos se centran firmemente en el rendimiento del ruido. Para todos, excepto para WWVB, pude discernir una pequeña diferencia en los niveles de ruido, ya que hay demasiada energía en mi entorno para dar sentido a un piso de ruido. Sin embargo, la intensidad de la señal de la portadora principal de varias señales AM es fuerte, estable y fácil de medir con OpenWebRX.

El Airspy HF + Discovery como instrumento de prueba

Siguiendo un consejo de Owen Duffy, sintonicé los portadores de AM en el medio de una banda de paso USB para asegurarme de que la señal de interés esté cómodamente dentro de una ventana de demodulación. Esto funciona muy bien.

Comprobé la ganancia y la linealidad del Airspy SDR a varias frecuencias con un generador de referencia. Con el preamplificador de 10 dB encendido, encontré ganancias de 7 a 13 dB dependiendo de la frecuencia. Sin embargo, para cualquier frecuencia dada, la precisión relativa en grandes oscilaciones de potencia estuvo dentro de los 0,3 dB. Esto resultó más que suficiente para las siguientes medidas referenciales.

Candidatos de señal de prueba

El método de prueba y el equipo así desarrollado, armé una lista de estaciones de transmisión AM locales durante el día con señales agradables y constantes dentro de las 50 millas. Todos están al norte y al este. A esto le agregué el WWVB occidental y la baliza de 351 kHz del sur de Culpeper. También escuché la señal horaria CHU del norte de Canadá en 3330 kHz.

El acimut de YouLoop elegido evitó un nulo en las estaciones de interés. El acimut para cada sesión de medición fue exactamente el mismo.

Ejecuté la prueba en tres sesiones, calculando la diferencia en dB entre el crossover de Möbius y las configuraciones de bucle dividido. Teniendo en cuenta el preamplificador de 10 dB, los niveles de potencia medidos oscilan entre -116 dBm (WWVB) y -48 dBm (WKCW). Al ser una prueba comparativa, resté las lecturas de bucle dividido de las lecturas de cruce de Möbius, lo que resultó en la intensidad de señal fácil de trazar diferencia de .

La señal de tiempo CHU de 3330 kHz fue fuerte en todas las pruebas, pero la intensidad de la señal varió demasiado con la propagación para ser una buena referencia de medición. Por tanto, se excluye de los resultados siguientes.

Comparación entre Mobius y Split Loop en bandas LF y MF
Figura 17 – Comparación entre Mobius y Split Loop en bandas LF y MF

Conclusiones clave

  • Las tres sesiones se superponen bastante bien.
  • La configuración de crossover de Möbius proporciona una mejora significativa en la potencia recibida sobre el no-crossover hasta aproximadamente 1100 kHz.
  • Ambos enfoques ofrecen un rendimiento similar entre 1100 y 1300 kHz.
  • La configuración sin crossover supera al crossover de Möbius por encima de 1300 kHz.
  • Independientemente de estas diferencias, ambos presentan un excelente rendimiento de banda ancha.

Si bien esta diferencia es interesante y útil de entender, es satisfactorio saber que ambas configuraciones brindan un servicio de yeoman al entusiasta de la radio. Dicho esto, parece que el enfoque cruzado puede ser superior para 1MHz y menos.

¿Y el ruido?

Como se insinuó anteriormente, WWVB fue el único lugar donde vi una diferencia en el piso de ruido idéntica a la diferencia de 5 dB anotada en los datos anteriores. Tanto la señal WWVB como el piso de ruido justo al lado se movieron de manera idéntica con el cambio de configuración de la antena. Estos son los valores de potencia medidos del Airspy …

  • WWVB con crossover: señal -111 dBm, ruido -116 dBm
  • WWVB con recto: señal -116 dBm, ruido -121 dBm

Aquí están los valores de potencia medidos para la baliza de 351 kHz …

  • Baliza MSQ con crossover: señal -93,9 dBm, ruido -125 dBm
  • Baliza MSQ con recta: señal -99,8 dBm, ruido -125 dBm

Quizás se pueda decir algo sobre el efecto sobre el ruido con respecto a WWVB, pero no estoy seguro de qué decir sobre la baliza MSQ. También es muy posible que el receptor Airspy esté realizando algún procesamiento de señal para mitigar el ruido en beneficio de los oyentes. Eso, por supuesto, estropearía cualquier esfuerzo de medición de ruido.

En pocas palabras, no tengo ninguna conclusión práctica que dar con respecto al rendimiento de ruido de esta antena de cuadro.

Conclusión

Dejando de lado la falta de juicio final sobre el rendimiento del ruido, las otras mediciones revelan una tendencia sólida que se puede utilizar para comprender sus elecciones. El YouLoop tiene su propio rendimiento de recepción en un paquete pequeño y delgado.

Ventajas de Airspy YouLoop:

  • Diseño eléctrico asombrosamente simple y directo.
  • Oye, funciona. Es una antena eléctricamente pequeña, sin complicaciones.
  • Funciona perfectamente sin contrapeso o conexión equivalente a tierra.
  • No requiere energía, aunque un receptor de punto de alimentación decente o un preamplificador probablemente no le hará daño.
  • Banda ancha por naturaleza que no requiere componentes de sintonización.
  • Bastante económico. Excelente precio.
  • Funciona sorprendentemente bien en interiores… ¯ \ _ (“) _ / ¯
  • Esta delgada antena se puede sujetar legítimamente a la parte posterior de muebles de madera, obras de arte, etc. para convertirse en una antena receptora de banda baja oculta.

Desventajas de Airspy YouLoop:

  • El bucle no se soporta mecánicamente a sí mismo como algunos de los competidores de $ 200 +.
  • El cable coaxial relativamente rígido no es lo suficientemente rígido como para mantener una forma de bucle por sí solo.
  • Existe MUCHO peso y tensión de torsión en esos conectores SMA y en la PCB que los sostiene.
  • Los nuevos componentes superior e inferior de la PCB de SMA parecen ser puntos de tensión si los cables coaxiales no se colocan y sujetan con cuidado. La carcasa de plástico ciertamente ayuda, pero se recomienda cuidado.

Consideraciones para cualquier antena de cuadro pequeña:

  • Los materiales ferrosos probablemente deberían mantenerse bien alejados.
  • Como no hay escapatoria a los límites de Chu-Wheeler, estas antenas son muy ineficientes.
  • Afortunadamente, la ineficacia no es un impedimento para la recepción en las bandas bajas.

En resumen, Airspy tiene un ganador con este producto. Aporta las ventajas y capacidades de una antena de bucle pequeña bien diseñada a una audiencia más amplia gracias al nuevo precio. No es mecánicamente tan resistente como sus contemporáneos más caros. Por otra parte, tampoco es difícil para la billetera. El aparente buen desempeño dentro de un edificio hace que esta sea una opción posible para los entusiastas de la escucha de radio comunitaria que se jubilan o se unen a la HOA.

Siempre que maneje el YouLoop con cuidado, es un valor excepcional para el entusiasta de la recepción de banda baja.

Malachite SDR

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