K1FM MANYETİK LOOP ANTEN - VERSİYON 1

K1FM MAGNETIC LOOP - Version 1

Queens, NY'ta çatıdan WSPR ile ilk testler 

2015'te olması lazım, bir gün İstanbul'da oturduğum sitenin yöneticisiyle oturduğum bloğun çatısına bir telsiz anteni kurmak için görüşmeye gittim. Radyo amatörleri olarak bu girişimlerin genelde hüsranla sonuçlandığını biliyordum, ancak tanıdığım kadarıyla yöneticimiz çağdaş bir kişi olduğu için yine de şansımı denemek istedim. Sonuç olumlu olumlu olmakla kalmadı, teknik destek de verebileceklerini söylediler. Ama mümkün olduğunca sade bir anten olacağına, görüntü kirliliği yaratmayacağına, çatıyla ilgili sorunlara yol açmayacağına dair de söz verdim. Aslında kullanacağım antenin ne olacağına az-çok karar vermiştim, TA8A'nın tavsiyesiyle yapmış olduğum delta loop hem yukarıdaki şartları karşılıyordu, hem de verimli sayılabilecek bir antendi. 

Delta loop ile uğraşırken tabii 'loop, anten' anahtar sözcükleriyle internette her kaynak aradığımda manyetik loop (ML) antenlerle ilgili bilgiler de karşıma çıkıyordu. Özellike PY1AHD Alex Grimberg'in sitesi çok ilgimi çekmişti. O zaman sanırım işin ticari yönüyle yeni yeni ilgilenmeye başlamıştı ama deneysel olarak yaptığı ML antenler, bakır plaket, bakır su borusu hatta kutu koladan yapmış olduğu kondansatörlere, ve hiç akla gelmeyecek malzemelerle yapmış olduğu ayar mekanizmalarına hayran kalmıştım. 

Bu tip antenlere 'küçük manyetik loop (small magnetic loop, STL) denildiğini o zaman öğrenmiştim. Bunların ortak özelliklerinin (1) genelde çevrelerinin kullanıldıkları dalga boyunun onda biri veya daha kısa olması; (2) RF enerjisinin küçük halkadan büyük halkaya manyetik alan üzerinden aktarılıyor, ve asıl ışımanın büyük halkadan yapılıyor olması. Büyük halkanın üzerindeki bir kondansatörün değeri değiştirilerek ayar yapılıyor ves istenilen frekansta rezonans elde ediliyor. Ayrıca bu parçalar halka şeklinde olmak zorunda değil, kare, altıgen, sekizgen gibi başka bir kapalı bir biçim de olabilir. 

BOSWELL, A., TYLER, A.J.and WHITE, A. , ”Performance of a Small Loop Antenna

 in the 3-10 MHz band". Antennas and Propagation Magazine, 

Vol. 47, Issue 2 (April 2005), pp. 51-56.

Internet'te konunun teknik boyutunu -hem de derinlemesine- açıklayan pek çok kaynak bulabilirsiniz. Özellikle bir tanesini önermek isterim: N4SPP Frank Dorenberg'in web sitesi. Dorenberg neredeyse ML antenlerle pratikte yapılacabilecek herşeyi denemiş, tecrübelerini de tüm ayrıntılarıyla aktarmış. Bir ML yapmak isterseniz mutlaka önce bu web sitesine bir bakın. Aklınıza hangi fikir gelmiş olursa olsun, emin olun N4SPP sizden önce denemiştir...

Peki ML anten kullanan radyo amatörleri bu anteni neden tercih ediyordu? Okudukça temel nedenin çoğunlukla yer darlığı olduğunu anladım. Bildiğiniz gibi hem yüksek kazançlı, hem geniş bantlı, hem de boyutları küçük bir antene sahip olmak MÜMKÜN DEĞİL. Bu üç kıstastan birinden, hatta bazen ikisinden ödün vermek gerekiyor. Bu açıdan bakıldığında hem dar bantlı (çoğunlukla 20-30 kHz), hem de düşük kazançlı olmasıyla ML bazılarımıza en iyi seçenek gibi görünmeyebilir. Fakat yerden bilmemkaç dalga boyu yüksekliğe kurulmak zorunluluğu olmamak, dengeleyici (counterpoise) veya radyal vb. gerektirmemek, en önemlisi de gerçekten çok az yer kaplamak gibi avantajları var. Bu anlamda, boyutuna kıyasla benim gördüğüm en verimli anten olduğunu düşünüyorum. 

Hikayeye devam edeyim. 2018'de ABD'ye taşındıktan bir süre sonra tabii yerleşmek, alışmak falan derken amatörlük hastalığı yine baş gösterdi. Klüp bulmak, üyelik, sınav, çağrı işareti vb. derken istasyon konusunu da düşünmeye başladım. İki katlı, 1915'te inşa edilmiş bir evin birinci katındaydık. Gören bayılıyordu falan ama benim açımdan durum acıklıydı. Çatıya bir anten koyup aşağıya kablo çekme şansım kesinlikle yoktu. Bir süre böyle devam ettikten sonra neyse ki mahalleden komşum olan bir başka amatör, K1FM Alan ile tanıştım. Alan açıkhavada QRP çalışmayı çok sevdiği için bir süredir sökülüp taşınabilir ML'lar ile uğraşıyordu hatta Dayton'da sırtında loop antenle gezerken çekilen fotoğrafıyla QST'ye kapak bile olmuştu. Bana 14 MHz için yapmış olduğu anteninin son halini gösterince birkaç yıl önce okuduklarımı anımsadım. 

İnceleyince gördüm ki, K1FM'in anteni hem işçilik bakımından son derece basitti, hem de maliyeti düşüktü. Boyutları evin içinden kullanıma bile uygundu. En önemlisi, parçalara ayrılınca küçük bir sırt çantasına sığabiliyordu! Evden çalışamasam da parka vb. götürüp az da olsa HF'te çalışabilirdim. Böylece ikna olup, onun sitesindeki bilgilerden yararlanarak ben de bir tane yaptım. 

Görebileceğiniz gibi, eliniz yatkınsa hiç de zor bir yapım değil. Bu anten, açılır-kapanır (teleskopik) bir çubuğa asılı duran iki adet halkadan oluşuyor. Halkalar eşeksenli (koaksiyel) kablodan yapılmış. Küçük olan halka, RF besleme hattıyla cihaza bağlanıyor. Büyük olan ise kutunun içindeki kondansatöre bağlı. Bu kutu da cubuğun gövdesi üzerine, yerden 20 cm kadar yukarıya asılmış durumda. Halkalar böylece yer düzlemine dik, ve birbirleriyle iç içe, aynı düzlemde duruyor. Bu şekilde, yukarıdaki şemada gördüğünüz elektriksel yapıyı kurmuş oluyoruz. Burada bazı önemli ayrıntılar var:

• Boyutlar - Büyük halka için uygun çevre uzunluğunu şuradaki hesaplama aracıyla hesaplayabilirsiniz, bu basit bir araç ama yeterli. Tabii daha fazla parametreyle hesaplama yapmak ve sonucu grafik olarak görmek istiyorsanız, bunu da kullanabilirsiniz. Küçük halkanın çevresi, büyüğün beşte biri uzunluğunda olacak. Çevreden yola çıkarak çapı hesaplama zahmetini size bırakıyorum.
• Işıyan parçalar - Bu antenin ışıyan parçaları, büyük halka için RG-213 vb., küçük halka için RG-58 vb. eşeksenli RF kablosundan yapılıyor. Ben dış kılıfı daha sert olduğu ve asıldığında sarkmadığı için büyük halkada LMR-400 kullandım. Dikkat: Büyük halkada kablonun ışıyan kısmı olarak sadece ekranını kullanıyoruz, iç (merkez) iletkenin hiçbir işlevi yok. Kabloyu uygun boyda kestikten sonra iç iletkeni olabildiğince dipten kesin. PL-259 konnektörleri geçirdikten sonra yalnızca kablo ekranıyla konektörlerin şaşesini lehimleyin. Küçük kablo ise biraz daha 'alengirli', bunda bir yerde iç iletkenle ekranı bağlamak durumundayız. Aşağıdaki şekle dikkat ederseniz kablonun iki ucundaki BNC konnektörlerden birinin pini yok! Diğer uçta ise kablo kesilmiş, cihaz tarafından canlı uç geliyor ve karşı tarafta blendaja lehimleniyor. Bu kablo bir BNC 'T' konnektörde birleşerek küçük halkayı tamamlıyor. 

Aslında yukarıda oluşturduğumuz yapı bu. İsterseniz konnektör vb. kullanmadan, ister yumuşak
bakır borudan, ister eşeksenli kablodan doğrudan doğruya yapabilirsiniz. Konnektörleri
kullanmamın nedeni, gerektiğinde küçük halkayı da parçalara ayırabilmek.
Kaynak: https://www.nonstopsystems.com/radio/frank_radio_antenna_magloop.htm#top-of-page

• Kondansatör - Kondansatör, ayar yapılabilecek şekilde uygun bir kutuya yerleştirilecek, sabit ve döner bölümleri kutuya monte edilecek iki adet PL-259 şasi tipi konnektörle iritibatlandırılacak.  Kullanılacak sığanın seçiminde genel olarak üç unsura dikkat etmek gerekiyor bunlar (1) antenin kullanılacağı frekans aralığı, (2) sığanın maksimum gerilim dayanımı, (3) anteni 'tune' ederken kullanılacak ayar mekanizması. Bunları sırayla açalım: 
• (1) Bu anten nihayetinde 3-5 metre uzunluğunda bir iletkenden oluşuyor. Kondasatörün değerini değiştirerek elbette bu iletkeni farklı frekanslarda rezonansa getirebilir, SWR ölçerimizde muhteşem (!) değerler görebiliriz ama bu durum, antenimizin o frekansta verimli olacağı anlamına gelmez. O nedenle en çok 2 bant düşünmenizi (mesela 20m ve 30m) ve bu bantlarda ayar yapmaya yetecek aralıkta bir kondansatör almanızı öneririm. Fazlası hem işe yaramıyor, hem daha pahalı, hem de ayar sorununu büyütüyor bkz. madde 3; 
• (2) ML antenlerde çok yüksek gerilim ve akım meydana geliyor -zaten bu nedenle QRP düzeyinde bile asla gönderme anında bir ML antene dokunmamalısınız- bu nedenle 5W ve altı uygulamalar dışında, örneğin eski radyo alıcılarından cıkan, plaka aralıkları çok dar olan kondansatörlerden uzak durun; 
• (3) Ayar mekanizması konusu, ki bu konu da yine sığanın en düşük ve en yüksek değeri ile ilgili aslında. Sığanın değerini ne kadar küçük miktarlarda değiştirebilirseniz, o kadar kolay ve hassas ayar yaparsınız. Bu nedenle şu ya da bu şekilde ML anten tasarınlarında mutlaka bir redüktör mekanizması, Vernier kadran vb. görüyorsunuz. 

Kondansatör plastik kutusunun içinde.
Konektörlerin yalnızca şaselerinin kondansatöre bağlı oluşuna dikkat edin

Kullandığım malzelerin listesi aşağıda. Unutmayın, bunlarla aynı işi görecek başka malzemeler kullanabilirsiniz. Zaten sabit bir

• Açılıp kapanabilir GoPro kamera adaptörlü özçekim çubuğu 
• Çubuğun altına vidalanacak ve onu yere dik tutacak olan üçayak
• Antenin büyük halkasını oluşturacak kalın koaks parçası
• Antenin küçük halkasını oluşturacak ince koaks parçası
• 2 adet PL-259 (erkek) konnektör
• 2 adet BNC (erkek) konnektör
• 1 adet BNC T (dişi) konnektör
• Kondansatörün sığacağı boyda bir kutu
• Eğer tercih ederseniz: Çubuğun ucundaki GoPro adaptörünün ucuna, büyük ve küçük halkaları tutacak parça (üç boyutlu yazıcıda bastırmak gerekiyor). K1FM'nin tasarımına buradan ulaşabilirsiniz.

K1FM'in selfie çubuğunun ucundaki GoPro 
adaptörüne göre tasarladığı parça

Bu parça iki halkayı kuplaj halinde taşıyor

Çalışma odasında dinleme yaparken

Anteni bu ilk haliyle birkaç hafta denedikten sonra iki şeyi anladım: Birincisi, gerçekten boyutlarına kıyasla çok iyi iş görüyordu; ikincisi ise, evet çok iyi iş görüyordu ama ancak düzgün ayarlanırsa! 

Elimdeki kondansatör, 13-300 pF gibi büyük bir değer aralığı sağlıyordu. Hareketli plakalar, sabit plakalara göre 180 derece dönebildiğine göre kondansatörü çevirirken (300-13)/180= yaklaşık 1,6 pF/derece gibi bir değişim meydana geliyordu. Elle ayar yapmaya çalışırken en az 5-10 derece çevirdiğinizi düşünürseniz, bu kadar az hassasiyetle ayar yapmanın ne kadar zor olduğunu tahmin edebilirsiniz. Bu nedenle, kondansatörü daha küçük adımlarla çevirebilmemi sağlayacak çözümler düşündüm. Kayış, kasnak gibi fikirleri çabucak bir kenara bıraktım. Kondansatörün kutusuna monte edebileceğim büyüklükte bir redüktör mekanizması aradım. Icinde kendinden redüktörü olan Vernier (verniye) skalalı redüktörlerden satın almak mümkündü ama hem indirgeme oranları çok küçüktü, hem de pahalıydılar. 

Lego Technic set 856, Buldozer (1979). Her çocuğa kısmet olmaz!

Derken aklıma çocukken oynadığım Lego setlerinin çarkları geldi. Aks, dişli gibi parçaları, aktarma oranı gibi kavramları o setlerle öğrenmiştim. Klüpte, yakınlardaki bir ilkokulda fen öğretmeni olan bir arkadaşım vardı. Elinde fazladan birkaç parça Lego olup olmadığını sordum. Her yıl yeni teknik lego setleri almak için bütçe ayrıdıkları için 3-4 yılda bir eski setleri dağıttıklarını, istediğim kadar parça alabileceğimi söyledi. Ondan aldığım çarklarla önce 5:1, istediğim sonucu bulmayınca da 25:1 bir redüktör yaptım ve kondansatörün aksına bağladım. 

25:1 Redüktörle

Bu şekilde istediğim şekilde hassas ayar yapabilir hale geldim, ama bu durum da beni ancak geçici olarak memnun etti. Hassas ayar yapabilmek birşeydi, yerinden kalkmadan ayar yapabilmek, başka birşey. Her frekans değiştirdiğimde, antenin yanında gidip bağladığım VNA'ya bakarak ayar yapmak zorunda kalıyordum. WSPR yaparken çok farketmiyordu ama SSB, CW gibi farklı bantlarda ve frekanslarda dolaşmanın şart olduğu modlarda bu durum ciddi bir zahmet oluyordu. Sonuçta ben de dönüp dolaşıp başka ML kullanıcılarının geldiği noktaya gelmiştim. Sürekli kullanacaksanız, bir uzaktan kumanda mekanizması şarttı bu anten için. Uğraşa uğraşa onu da yaptım zaten, şurada okuyabilirsiniz.