Testbericht über die MIDI-Loop von Ciro Mazzoni von Christian Reimesch, DL2KCK

Der italienische Hersteller Ciro Mazzoni ist seit vielen Jahren mit seinen magnetischen Loop Antennen erfolgreich auf dem internationalen Markt und beliefert neben Funkamateuren auch kommerzielle Anwender. Die hohe Verarbeitungsqualität der Antennen und die Art und Weise, wie sie sich quasi auf Knopfdruck vollautomatisch abstimmen stellt im Bereich der magnetischen Loop eine Innovation dar. Auch die maximale Sendeleistung, mit der sich die Loop Antennen betreiben lässt, ist außergewöhnlich und weckte das Interesse des Verfassers. Die MIDI-Loop kann nach Herstellerangaben zwischen 3,5 MHz und 8 MHz mit einer maximalen Leistung von 300W und darüber bis 14,5MHZ mit 800W betrieben werden. Nach kurzer Überlegung wurde die Antenne für einen Test geordert und im Oktober 2019 von Ciro Mazzoni per Spedition angeliefert.

Die Antenne hat einem Durchmesser von 2m und besteht aus Alu-Rohr mit 2mm Wandstärke und 75mm Durchmesser und bringt rund 20kg auf die Waage. Aufgrund der Abmessungen wird sie in 4 Teilen zerlegt auf eine Holzkonstruktion montiert, die wiederum durch einen riesigen Karton für den Transport per Spedition optimal geschützt ist.

Bild 1) Transportverpackung der Midi-Loop

Da der Aufbau Mitte November sehr kurzfristig beschlossen wurde, hatte der Verfasser keine Zeit, um ein Helferteam zu organisieren und es stellte sich die Frage, ob ein Aufbau einer solch großen Antenne im Alleingang möglich ist. Vier Bierbänke (siehe Bild 2 und 3) dienten beim Aufbau dazu die Einzelteile der Loop bequem abzulegen und montieren zu können.

Die viergeteilte Loop hat 2 Flansche, an denen sie mit jeweils 7x M8 Schrauben mit selbstsichernden Muttern verschraubt wird. Ciro Mazzoni liefert eine speziell leitende Kupferpaste mit, die auf die Kontaktflächen vor dem Verschrauben aufgetragen wird. Diese Paste soll die elektrische Leitfähigkeit erhöhen und eine Oxidbildung an den Kontaktstellen verhindern.

Der Antrieb für die Abstimmung des Kondensators der Loop wird über einen 24V Schubstangenmotor vorgenommen. Diese Schubstangenmotoren sind im gepulsten Betrieb sehr feinfühlig abstimmbar, wetterfest und eignen sich hervorragend um die Antenne ab, bzw. im Betrieb über das Steuergerät entsprechend bei QSY nachzustimmen. Die Steuerleitung des Motors, wird über eine bereits vom Hersteller vorbereitete Schnur, an die das Ende des Kabels befestigt wird und bis zu einer kleinen wetterfesten Anschlussdose durch das Rohr gezogen werden kann. In diese Dose wird auch die für den Anschluss notwendige 2-adrige Leitung zwischen Steuergerät und Antenne geführt und mit dem Antriebskabel über eine mitgelieferte Ringkerndrossel verbunden.

Die Drossel soll im Betrieb verhindern, dass auf der Steuerleitung zu viel HF zum Steuergerät gelangt. Nach erfolgter Montage der Masthalterung, zusammen mit einem ca. 50 cm langen Mastrohr, wurde dann doch ganz kurz die Hilfe der XYL benötigt, um die Antennen aufzurichten und für den ersten Funktionstest in die bereits vorbereitete Bodenhülse zu setzen. Danach erfolgte der Anschluss (Motorsteuerleitung und koaxiale Speiseleitung) an das Steuergerät. Nach einschalten des Steuergerätes konnte nun die gewünschte Betriebsfrequenz über eine kleine, am Steuergerät angeschlossene USB-Nummerntastatur eingegeben werden und der Kondensator fing sich an zu bewegen.

Bild 4) Erster Test 0,5m über Grund

Zum Erstaunen des Verfassers funktionierte die Antenne auf Anhieb und trotz geringer Aufbauhöhe mit einem akzeptablen VSWR von 1,8:1 im 80m Band. Nacheinander wurden dann die höheren Bänder bis 20m mit Erfolg ausprobiert.

Nun kam der etwas anstrengendere Teil, und zwar die Antenne allein (die XYL des Verfassers hatte mittlerweile das Haus verlassen) in ihre endgültige Position zu bringen. Ciro Mazzoni empfiehlt eine Aufbauhöhe von 2,5…3,5m, für diese Höhe ist die Anpassung der MIDI-Loop optimiert. Ciro Mazzoni gibt übrigens für die MIDI-Loop eine Stirnfläche vom 0,5m2 an und somit entschied sich der Verfasser die empfohlene Minimalaufbauhöhe von 2,5m zu wählen. Im Garten stand noch ein portabler Alumast aus dem Hause Flammex Pull, der jetzt als Hilfsmast fungierte, um die Loop in ihre endgültige Position zu heben. Der Hilfsmast wurde so nahe wie möglich am Mastfuß (Bodenhülse) der Loop positioniert und eine Umlenkrolle für das Zugseil am Mast angebracht.

Bild 5) Hilfsmast zum Hochziehen der Loop

Eine zentral angebrachte Schleife links und rechts vom Loop- Kondensator diente als Befestigungspunkt und wurde mit dem Zugseil verbunden.

Um die MIDI-Loop, die laut Hersteller zwei Vorzugsrichtungen mit 90° versetzten Nullstellen aufweist drehen zu können, reicht ein kleiner Rotor. Aufgrund des erheblichen Biegemoments von 1680N/m ist allerdings ein Aufbau mit Oberlager unabdingbar. Beim Verfasser steht die Loop im Garten und ist vom häufig auftretenden Westwind durch die eigene Hecke und das ca. 3..4m höhere

Bild 6) Es ist vollbracht

Nachbarhaus gut geschützt. Aus diesem Grunde wurde für die Verankerung des Mastes „nur“ eine 1,2m lange Bodenhülse mit 75mm Außendurchmesser benutzt, die sich allerdings in den sehr harten Boden nur mit großem Kraftaufwand eindrehen ließ.

Bild 7) Die automatische Abstimmeinheit der Midi-Loop am IC-7610

Kurz vor Einbruch der Dämmerung nach knapp 7 Stunden war es dann geschafft und die ersten Tests konnten beginnen. Das VSWR war auf Anhieb über den gesamten Betriebsbereich <1,6:1 und die ersten Tests mit WSPR auf 80m konnten beginnen. Die Antennen hat laut Hersteller eine leichte Vorzugsrichtung in Richtung der Gamma Match Einspeisung und wurde nach Nordamerika ausgerichtet, in der Hoffnung ein paar Stationen an der Ostküste zu erreichen.

Der nächste Morgen (es war Samstag, der 16. November) sprengte sämtliche Erwartungen.

Bild 7) Ausbeute nach einer Nacht in WSPR auf 80m

Zahlreichen Stationen aus Europa reihten sich weitere Stationen von Neufundland bis nach Texas ins WSPR-Log, wie der Kartenausschnitt belegt. Die Sendeleistung betrug dabei 5W. Ein weiterer Test mit WSPR wurde daraufhin auf 40m gestartet.

Am Dienstagmorgen ergab sich nach insgesamt 24h dieses Bild

Bild 8) WSPR Ausbeute nach 24h auf 40m

Es konnten sämtliche Kontinente auf 40m mit 5W erreicht werden.

Am folgenden Wochenende wurde die MIDI-Loop im CQWWDX -CW Contest ausschließlich auf 40m und 80m betrieben. In ca. 5h gemütlichen Search and Pounce ließen sich mit 100W Sendeleistung 70 Multiplikatoren erreichen. Auf 80m fanden zahlreiche DX-Stationen der USA Ostküste und der Karibik ihren Weg ins Log, 90% davon beim 1. Anruf, was sicherlich aus einem passablen Signal resultierte.

Zur genaueren Messung der Antennen Performance wurde die MIDI-Loop und ein Inverted V-Dipol gleichzeitig mit jeweils einem 200mW WSPR-Sender (WSPRLITE Flexi) betrieben. Die Inverted V hat eine Schenkellänge von ca. 2 x 19m, der Einspeisepunkt befindet sich in ca. 17m über Gartenniveau und die Enden sind ca. 8m über Grund. Eingespeist wird dieser Inverted V Dipol über eine ca. 8m lange Hühnerleiter an der sich ein symmetrischer Tuner (Christian Koppler nach DL3LAC) befindet. Der Frequenzabstand der WSPR-Sender beträgt nur wenige Hz (z.B. ca. 30Hz bei der Untersuchung im 40m Band). Damit kann frequenzselektives Fading quasi ausgeschlossen werden und durch die Gleichzeitigkeit der Aussendung auch zeitliche Schwankungen des Signals, wie sie auf Kurzwelle üblich ist. Der Vergleich von zwei Antennen am gleichen Standort hat allerdings auch seine Tücken durch die Verkopplung der Antennen.

Obwohl die MIDI-Loop 12..13m vom Einspeisepunkt des Dipols und ca. 8m von den Dipolenden entfernt ist, ist bei gleicher Ausrichtung (beide Antennen strahlen Ost/West) nur eine Entkopplung von 18dB im 40m Band zu erreichen. Bei einer Drehung der Loop um 90° ist die Entkopplung schon bei ca. 40..50dB, lässt aber so keinen aussagekräftigen Vergleich der Performance in der Hauptstrahlrichtung zu.

Trotzdem sollte für unseren Test die Entkopplung ausreichend sein, denn es wird nur rund 1/50 der Leistung der jeweilig anderen Antenne eingekoppelt und abgestrahlt. Im 30m Band ist die Entkopplung bereits ca. 23dB.

Entkopplung MIDI-Loop zur Ref. Antenne

Der DXplorer bietet die Möglichkeit nur die gemeinsamen Spots ab einer definierbaren Mindestentfernung zu selektieren. Im folgenden Histogramm wurde die Mindestentfernung auf 1000km eingeschränkt.

Es ist deutlich zu sehen, dass bei Stationen ab 1000km die Unterschiede zwischen Dipol und MIDI- Loop geringer werden.

Der Dipol ist hier nur noch 2,18dB im Vorteil bei einer Standardabweichung von 3,1dB

Im folgenden Histogramm sind zur Abklärung wie gut die Antenne für den DX-Verkehr auf 80m funktioniert nur noch gemeinsame Spots ab 5000km Entfernung ausgewertet worden.

Der Unterschied zum Dipol beträgt für diese Entfernungen nur noch 1,3dB zugunsten des Dipols mit einer Standardabweichung von 1,3dB. Die am weitest entfernte Station K9AN (6991km) aus der DX10-Liste konnte übrigens nur das Signal der MIDI-Loop empfangen, was eindeutig für eine Tauglichkeit als DX-Antenne spricht.

Mit dem DXplorer lassen sich auch Vergleiche mit anderen Stationen machen.

Dieses Histogramm zeigt einen Vergleich der MIDI-Loop über 645 gemeinsame Spots mit meinem Funkfreund Ewald DK2DB in Karlsruhe. Ewald betreibt einen verkürzten Rotary-Dipol mit 2x6,55m Elementlänge, der über ein sehr verlustarmes Netzwerk angepasst ist und im 80m Band einen Wirkungsgrad von ca. 60% erreicht. Die MIDI-Loop liegt in diesem Vergleich der SNR bei -5,5dB, allerdings muss hier noch die Differenz der Sendeleistung eingerechnet werden, da Ewald seinen WSPR Sender mit +37dBm (5W) Sendeleistung betreibt. Die Differenz zu +23dBm an der Loop beträgt immerhin 14dB und führt zu einem Signalvorteil (-5,5+14dB=8,5dB) für die Loop.

Ein Antennenvergleich ist natürlich über diese große Distanz schwierig, zumal unterschiedliche Ausbreitungen und unterschiedliche Gegebenheiten der QTHs (Topografie, Bodenverhältnisse, Bebauung, etc.) vorhanden sind.

Auf dem 40m Band fällt die MIDI-Loop deutlich gegenüber dem Dipol des Verfassers ab.

In der DX10 Performance erreicht der Dipol eine durchschnittliche Entfernung von 9868km und die MIDI-Loop 4845km. Dies ist die Auswertung über eine Woche. Erwähnenswert sind 94 Spots für den Dipol von DP0GVN, die Loop schaffe in dieser Zeit einen Spot.

Insgesamt wurden auf 40m knapp 3400 gemeinsame Spots über eine ganze Woche ausgewertet und hier ist der Dipol mit 7,1dB bei einer Standardabweichung von 6,15dB im Vorteil.

Nehmen wir nur die gemeinsamen Verbindungen ab 2000 so ist sogar die Loop mit 0,17dB bei einer Standardabweichung von 6,2dB vorne. Dieser Unterschied lässt sich vermutlich durch die stärkere Richtwirkung der Loop erklären

Auch auf dem 30m Band kann der Vergleichsdipol deutlich punkten.

Die MIDI-Loop liegt im 30m Band bei insgesamt 536 gemeinsamen Spots 7dB unter dem Vergleichsdipol mit einer Standardabweichung von rund 4,5dB.

Der Dipol schaffte über 1,5 Tage 24 Spots von DB0GVN, die MIDI-Loop leider keinen. Dennoch gab es für die Loop 2 Spots von W3HH über 7500km Entfernung als ODX.

Insgesamt zeigt sich ein ähnliches Bild wie in dem benachbarten 40m Band

Leider waren die Bedingungen auf dem 20m Band am 28/29 November recht mäßig. Über Nacht war das Band ganz geschlossen (zumindest für 200mW Sendeleistung) und so kamen erst am späten Vormittag des 29.11 die ersten Spots. Insgesamt blieben nach Ausfilterung einiger lokaler Spots nur noch 38 gemeinsame Spots übrig. Dabei schneidet die MIDI-Loop 3,89dB unter der Vergleichsantenne ab. Die Standardabweichung beträgt dabei 3,2dB.

Um eine bessere Datenbasis für die 20m Auswertung zu bekommen wurde der 20m Betrieb zu einem neun Zeitpunkt wiederholt.

Wie schon in der DX10 Tabelle zu sehen, liegt der Dipol degenüber der MIDI-Loop leicht vorne.

Über 627 Spots ergab sich ein Vorteil des Dipols gegenüber der MIDI-Loop von 4,3dB bei einer Standardabweichung von 3,65dB

Werten wir nur DX-Verbindungen >5000km hat der Dipol einen Vorteil von 4dB bei einer Standardabweichung von 2dB. Die Standardabweichung sinkt, weil die DX-Verbindungen fast ausschließlich in den Hauptstrahlrichtungen der beiden Antennen erzielt wurden.

Um aus dem WSPR-Vergleich ein paar absolute Zahlen für den Antennengewinn zu bekommen wurde die Referenzantenne des Verfassers mit Hilfe von EZNEC 6.0 simuliert. DX-relevant ist das Abstrahlverhalten der Antennen in einer geringen Elevation. Der Gewinn der Ref.- Antenne wurde für eine Elevation von 20° gerechnet und in der Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1:

Die Midi-Loop erreicht auf 80m bis auf -1,1dB die Werksangaben, wobei an dieser Stelle auf die etwas größere Messunsicherheit des Verfahrens hingewiesen werden muss. Wir erinnern uns, dass die mittlere Abweichung auf 80m über die Spots >1000km Entfernung eine Standardabweichung von 3dB hatte. Auf 20m ist die Abweichung zu den Herstellerangaben auch im Bereich von 1dB, dieses Mal zugunsten der MIDI-Loop, aber auch hier hatten wir eine Standardabweichung von gut 3dB und Aufgrund der mäßigen Bedingungen nur 38 Spots. Auf 40m und 30m geht der Referenzdipol schon recht gut für DX und weist weniger Richtwirkung auf als die MIDI-Loop mit ihren recht ausgeprägten Nullstellen, was sie sicherlich bei diesem Test etwas benachteiligt.

80m Band

Die Antenne wurde auf 3610 kHz abgestimmt, es ergibt sich ein VSWR von 1,26:1 und eine VSWR 3:1- Bandbreite von 3,81 kHz

40m Band

Auf 40m ist die VSWR 3:1-Bandbreite bereits 14,2kHz und das VSWR beträgt 1,04:1 in Bandmitte

30m Band

Die VSWR 3:1 Bandbreite im 30m Band liegt bei 26,2kHz und das VSWR in Bandmitte 1,24:1

20m Band

Im 20m Band ist die 3:1-VSWR-Bandbreite bereits 76,4 kHz und das VSWR in Bandmitte liegt bei 1,3:1

Der Verfasser hat vor Beginn dieses Tests nicht damit gerechnet, dass die Loop auf 80m an die Leistungsfähigkeit des Inverted V-Vergleichsdipols herankommt. Sie zeichnet sich offensichtlich auf diesem Band, durch eine zum Dipol flachere Abstrahlung aus, was dem DX-Verkehr deutlich entgegenkommt.

Auf den höheren Bändern ist ebenfalls DX-Verkehr möglich, allerdings übertrifft die Inverted V des Verfassers die MIDI-Loop recht deutlich. Während der Tests wurde ein starker Einfluss von Witterung und Luftfeuchtigkeit auf die Anpassung festgestellt und so musste z.B. nach einsetzen von Regen die Loop neu abgestimmt werden. Feuchtigkeit spielt auch beim Betrieb mit höheren Leistungen eine Rolle und so konnte bei feuchter Antenne eine Leistung von 250W im 80m Band und 500W auf 20m nicht überschritten werden, ohne dass sich Spannungsüberschläge am Kondensator bemerkbar machen. Grundsätzlich ist diese Antenne sehr gut für 200W Transceiver geeignet. Betrieb mit höherer Leistung sollte man nur bei trockenem Wetter wagen. Das VSWR ist bei einer Montagehöhe von 2,5m auf allen Bändern optimal, wie die Messungen zeigen. Leider hat sich bei der Antenne des Autors gezeigt, dass die minimale Frequenz 3510 kHz beträgt. Bei tieferen Frequenzen war das Steuergerät nicht mehr in der Lage die Antenne abzustimmen, hat aber auch den Versuch nicht abgebrochen, so dass ein Neustart des Controllers notwendig wurde.

Da bei einer magnetischen Loop sehr hohe magnetische Feldstärken auftreten, sind die EMVU- Schutzabstände vor einem Betrieb genau zu prüfen (z.B. mit Watt32). Die MIDI-Loop von Ciro Mazzoni stellt eine interessante Alternative für Funkamateure mit eingeschränkten Platzverhältnissen dar und funktioniert bereits sehr gut in geringer Bodenhöhe. Hierbei sei noch angemerkt, dass der Materialaufwand bei der magnetischen Loop im Vergleich zur 3-Masten Lösung für die Realisierung der Inverted V des Verfassers recht gering ist. Durch ihre extreme Schmalbandigkeit von wenigen kHz kommen zudem kaum starke Störsignale an den Empfänger.

Simulation der Referenzantenne mit EZNEC 6.0

80m

Auf 80m haben wir nur knapp -4,3dBD in einer Elevation von 20°, das Horizontaldiagramm zeigt wie erwartet eine leichte Vorzugsrichtung in Richtung Ost/West

40m

Auf 40m haben wir in der 20° Elevation schon -1,7dBD, das Maximum von 1,8dBD wird bei 50° abgestrahlt.

Das Horizontaldiagramm zeigt ein Maximum 70° versetzt zur vermuteten Hauptstrahlrichtung, allerdings nur 0,2dB höher.

30m

Und auf 30m erreichen wir einen leichten Gewinn von 1,67 dBD für 20° Elevation und 2,70dB bei 30° Die Steilstrahlung liegt bei -6dB bezogen auf das Maximum bei 30°

In Richtung Westen (0° im Plot) werden nur -1,7dB erreicht, das Maximum liegt 85° versetzt in Richtung Nord bzw. Süd mit 1,67dBD.

20m

Im 20m Band werden bei 20° Elevation schon 4,8 dBD in der Hauptstrahlungsrichtung erreicht.