Induktiosilmukan rakenne-arkkitehtuuri ja mitoitus määrittävät induktiosilmukan toiminnalliset ominaisuudet ja hyvän kuuluvuuden alueen. Induktiosilmukkajärjestelmät ovat kehittyneet valtavasti ensimmäisistä 60-luvun ratkaisuista ja nykyteknologialla pystytään toteuttamaan laadukkaat silmukkaratkaisut käytännöllisesti katsoen tilaan kuin tilaan.

Reunasilmukka on edullinen, mutta ei suositeltu ratkaisu

Vanhin, jo 1960 – luvulla käyttöön otettu silmukkarakenne on ns. reunasilmukka (perimeter loop).  Tässä rakenteessa silmukkakaapeli asennetaan huoneen seiniä myötäillen joko lattiaan, lattialistaan tai huoneen korkeuden salliessa kattoon tai kattolistaan.  Rakenne sopii vain pienehköihin tiloihin, missä silmukan jänneväliksi tulee rakennuksen rakennustavasta riippuen enintään 5 m – 10 m. Erikoistapauksissa, kuten puukirkossa, jonka lattiassa ei ole lainkaan metallia, jänneväli voi olla jopa 20m.

Jos huoneen läpimitta on liian suuri tai huoneen rakenteessa on käytetty runsaasti johtavaa materiaalia, esimerkkinä vahvasti raudoitettu betonilattia, silmukan tuottama sähkömagneettinen kenttä huoneen keskiosassa jää erityisesti korkeiden taajuuksien osalta liian heikoksi. Uudessa rakennuksessa reunasilmukan suurin suositeltu jänneväli on 4,5m.

Toinen tämän silmukka-arkkitehtuurin ongelma on voimakas ylikuuluminen silmukan ulkopuolelle.  Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että silmukkasignaali kuuluu häiritsevän voimakkaasti huoneen läpimitan verran silmukan ulkopuolelle, eli kahta reunasilmukkaa ei voi asentaa vierekkäisiin tiloihin. Huoneen ylä- ja alapuolelle ylikuuluminen on vielä voimakkaampaa ja signaali ylikuuluu jopa usean kerroksen päähän.

Kuva 1: Reunasilmukan kuuluvuus. Lähde: Ampetronic

8-silmukka ja muut reunasilmukan variaatiot

1980 – luvulla opittiin, että vaimentumaongelma voidaan ratkaista jakamalla silmukka useaan kapeampaan osaan.  Tällöin puhutaan kahdeksikkosilmukasta (number eight architecture, single array architecture). 

Jos kaapelivedot voidaan sijoittaa esimerkiksi kulkuteiden kohdalle ja ylikuuluminen läheisiin tiloihin ei ole ongelma, tämä rakenne toimii hyvin.  Esimerkkinä tästä voidaan mainita kirkkorakennukset, joissa penkkialueiden välissä on käytävä tai käytäviä. 

Kaapelin kohdalla kuuluvuus katkeaa johtuen siitä, että magneettikentän suunta on tässä kohdassa vaakasuuntainen, ja kuulolaitteen pystyasentoon asennettu vastaanotinkela ei sitä havaitse.

Qlu:n kehittämällä induktiosilmukan laatukartoitusmenetelmällä kaapelivetojen aiheuttamat katvealueet saadaan selkeästi näkyviin induktiosilmukan kuuluvuuskartalle.

Alla olevassa kuvassa on monioisainen 8-silmukka (single array), jossa silmukkajohtimet on sijoitettu siten, että joka toisella penkkirivillä on hyvä kuuluvuus ja joka toisella kuuluvuutta ei ole lainkaan.

Kuva 2: Moniosainen 8-silmukka. Lähde: Ampetronic

Vaihesiirtosilmukka

2000 – luvulla siirryttiin käyttämään ns. vaiheensiirtorakenteita (low-loss array, ultra-low spill array, multi-loop system, super loop system). Tällöin rakennetaan kaksi toistensa kanssa limittäistä kaapelointirakennetta, joihin signaalit tuotetaan kaksikanavaista vahvistinta käyttäen.  Vahvistimen kanavien signaalien vaiheita on muokattu siten, että sähkömagneettiset signaalit eivät kumoa toisiaan, vaan ne täydentävät toistensa nollakohdat (90° vaihe-ero).  

Tätä periaatetta noudattaen on mahdollista suunnitella useita erilaisia toteutusvaihtoehtoja, joilla voidaan optimoida esimerkiksi kuuluvuuskentän muotoa, ylikuulumista eri suuntiin, käytettävän kaapelin määrää yms. parametreja.

Teoreettisen pohjan näiden rakenteiden suunnitteluun esitti Egbert De Boer julkaisussaan Analytical Design of Magnetic Loop Systems, IEEE Transactions on Audio, Vol. AU-13. NO. 3, MAY/JUNE 1965.

Alla olevassa kuvassa on tavallinen vaihesiirtosilmukka (low-loss), jonka ylikuuluminen on huomattavasti pienempää kuin reunasilmukan, mutta ei riittävää esim. verhoilla jaettuihin tiloihin.

Kuva 3: Low-loss vaihesiirtosilmukka ja sen ylikuuluminen. Lähde: Ampetronic

Kun arkkitehtuuri valitaan ja rakenne suunnitellaan oikein, voidaan tällä rakenteella toteuttaa silmukat esimerkiksi siirrettävillä väliseinillä osiin jaettavaan tilaan. Tiheiksi suunnitelluilla vaihesiirtosilmukoilla (ultra-low spill) päästään huomattavan pieneen ylikuulumiseen ja silmukoita voidaan sijoittaa vierekkäisiin huoneisiin. Jos tilasta halutaan tehdä luottamuksellinen pitää induktiosilmukka-antennin sijoittelu miettiä tarkkaan. Tälläkin silmukka-arkkitehtuurilla ylikuuluminen ylä-alasuunnassa on vaikeasti hallittavissa ja ei onnistu normaaleilla suunnittelutyökaluilla. Qlu:lla on käytössä erikoistapauksia varten itse kehitetty induktiosilmukan mallinnustyökalu.

Kuva 4: Ultra-low spill vaiheensiirtosilmukka. Lähde: Ampetronic

Estosilmukka estää ylikuulumisen esiintymisalueelle

Näitä perusrakenteita voidaan täydentää ns. estosilmukkarakenteilla, missä ylikuulumista yhteen suuntaan, kuten esiintymisalueelle, pienennetään silmukan reunaan sijoitettua kapeaa estosilmukkaa käyttäen.