Gerilltes Koaxialkabel als Loop für Magnet-Antennen

 

Oben im Bild sehen wir ein Halbzoll Cellflex (grau) und ein 7/8 Zoll Cellflex (schwarz) im Vergleich.

Das 7/8 hat den doppelten Durchmesser des 1/2 Kabels. Der Durchmesser der Abschirmung beträgt auf den Rillengipfeln 25.2mm und in den Rillentälern ca. 22mm. Benutzt man die Abschirmung eines solchen Kabels als Ringspule einer Magnet-Loop Antenne, muss der HF-Strom eine Achterbahnfahrt durchlaufen. Er fliesst wegen des Skineffekts ja nur an der Oberfläche - bei 7 MHz beträgt die Eindringtiefe bloss 25um.

Auf einem gleich dicken Kupferrohr mit glatter Oberfläche wäre sein Weg kürzer. Daher hat die Ringspule aus 7/8 Zoll Koax einen höheren Verlustwiderstand als ein gleichstarkes Kupferrohr.

Um eine Schätzung vorzunehmen, kann man das Längsprofil der Koax-Oberfläche in ein einfaches Trapez-Profil vereinfachen. Dann lässt sich die Verlängerung der Wegstrecke mittels simpler Geometrie berechnen. 

Die Höhe des gleichschenkligen Trapezes errechnet sich aus der halben Differenz zwischen minimalem und maximalem Durchmesser (25.2/22mm). Das sind 1.6mm. Ein Wert, der sich mit der Schublehre verifizieren lässt. Der Bergkamm der Rille misst ca. 3mm, das Tal ca. 2mm. Eine komplette Berg- und Talfahrt beträgt 9.4mm. Also einmal hoch auf den Gipfel, dann runter und durch das Tal bis zum nächsten Anstieg. Ohne Berg- und Talfahrt wäre die Strecke für den HF-Strom nur 7mm lang. Das Verhältnis zwischen direkter und Rillen-Strecke beträgt also 1.34. Um diesen Faktor erhöht sich daher der Verlustwiderstand bei Verwendung des 7/8 Kabelmantels anstelle eines glatten Kupferrohrs.

Welche Auswirkung hat das in der Praxis der Magnet-Antennen?

Wenn wir als Beispiel eine Antenne mit einem Loop-Durchmesser von 1.5m bei 7MHz annehmen, erhalten wir für das glatte Kupferrohr einen Wirkungsgrad von 41.6% (notabene ohne Zusatzverluste durch Kontaktstellen)

Verwenden wir dagegen ein 7/8 Cellflex, sinkt der Wirkungsgrad auf 34.7%. 

Beim 1/2 Zoll Cellflex dürfte es düsterer aussehen. Wie man im Bild erkennen kann, sind die Rillen ausgeprägter. In Ermangelung geeigneter Messmittel habe ich bei diesem Kabel auf eine Berechnung verzichtet. Zudem handelt es sich bei dem abgebildeten 1/2 Zoll Kabel um eine alte Ausführung. Wie dem scharfen Auge nicht entgangen sein dürfte, sind hier die Rillen spiralförmig ausgeführt. Bei neuem 1/2 Zoll Kabel ist das nicht mehr der Fall. Denn der spiralfömige Mantel hatte einen entscheidenden Nachteil: Drang Wasser in das Kabel ein, konnte dieses ungehindert durch das ganze Kabel fliessen.

Die Zollbezeichnung bei diesen Kabeln scheint aus mir nicht bekannten Gründen keinen direkten Zusammenhang mit dem Aussendurchmesser der Kabe zu haben (1 Zoll = 25.4mm). Das 1/2 Zoll ist 15.8mm dick und das 7/8 Zoll 27.8mm.

Text in Englisch unter dem nächsten Bild (Val de Charmey)

Corrugated Coax in Magnet Loop Antennas

 At the top of the picture we see a half inch Cellflex (gray) and a 7/8 inch Cellflex (black) in comparison.

The 7/8 has twice the diameter of the 1/2 cable. The diameter of the shielding is 25.2mm on the groove peaks and about 22mm in the groove valleys. If the shielding of such a cable is used as a ring coil of a magnet loop antenna, the RF current has to go through a roller coaster ride. Because of the skin effect, it flows only on the surface - at 7 MHz the penetration depth is only 25um.

On a copper tube of the same thickness with a smooth surface, its path would be shorter. Therefore, the ring coil of 7/8 inch coax has a higher loss resistance than a copper tube of the same thickness.

To make an estimate, one can simplify the longitudinal profile of the coax surface into a simple trapezoidal profile. Then the extension of the path can be calculated using simple geometry. 

The height of the isosceles trapezoid is calculated from half the difference between the minimum and maximum diameter (25.2/22mm). This is 1.6mm. A value that can be verified with the caliper. The crest of the groove measures about 3mm, the valley about 2mm. A complete uphill and downhill run is 9.4mm. So once up to the top, then down and through the valley to the next climb. Without uphill and downhill, the distance for the HF current would be only 7mm. The ratio between direct and groove distance is therefore 1.34. The loss resistance therefore increases by this factor when using the 7/8 cable sheath instead of a smooth copper tube.

What effect does this have in the practice of magnetic antennas?

If we take as an example an antenna with a loop diameter of 1.5m at 7MHz, we get an efficiency of 41.6% for the plain copper tube (nota bene without additional losses due to contact points).

If we use a 7/8 inch Cellflex, the efficiency drops to 34.7%. 

With the 1/2 inch Cellflex, the situation looks even worse. As you can see in the picture, the grooves are more pronounced. Due to the lack of suitable measuring equipment, I did not perform a calculation for this cable. In addition, the 1/2 inch cable shown is an old version. As the sharp eye may have noticed, the grooves here are spiral-shaped. This is no longer the case with the new 1/2 inch cable. This is because the spiral-shaped jacket had a decisive disadvantage: If water penetrated the cable, it could flow unhindered through the entire cable.

The inch designation on these cables seems to have no direct relation to the outer diameter of the cable (1 inch = 25.4mm). The 1/2 inch is 15.8mm thick and the 7/8 inch is 27.8mm.