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Wumpus-Gollum-Forum von "Welt der Radios".
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Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
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24.02.24 09:23
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

24.02.24 09:23
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

ist eine interessante Technik, ich spreche mehr von der Sendetechnik. Leider ist der Sender ja nur selten in Betrieb (zweimal im Jahr, wie ich gelesen habe). Fast so selten wie Sonnenfinsternis.

Viele Grüße

Dieter

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24.02.24 11:34
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

24.02.24 11:34
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Bulova:
Aber ob ich da in Süddeutschland und auch noch mit einfachen Ferritantennen was herbekomme, da habe ich meine Zweifel. Aber versuchen werde ich da mal was.

Hallo Dieter
Da hilft nur testen. Ich bin knapp 800km von SAQ entfernt und bei guten Bedingungen geht es mit der Ferritantenne hervorragend und bei schlechten gar nicht.
Ein guter Indikator ist das Zeitzeichen RBU Moskau auf 66,66kHz, wenn der geht, gibt es auch Hoffnung für SAQ. Einfach mal ein paar Tage gelegentlich diese Frequenz beobachten.

Gruß in die Runde
Hajo

26.02.24 19:22
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

26.02.24 19:22
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Offensichtlich ist der Störungspegel hoch, außerdem sind Telegrafie-Signale auch noch bei hohem
Störpegel gut zu hören.
so kommt mir das auch vor. Das Spektrum hat diskrete Spitzen bei 50 Hz und 100 Hz, dann gibt es eine markante Erhebung bei 900-1000 Hz. Von einem diffusen Rauschteppich kann man wohl nicht sprechen.



Gruß

Dieter

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Störsignal.png Störsignal.png (11x)

Mime-Type: image/png, 48 kB

28.02.24 16:26
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

28.02.24 16:26
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Konkret habe ich mir mal die Empfangsberichte im nahen Stuttgarter Raum angeschaut,
https://alexander.n.se/en/listeners-reports-interactive-map/
so ganz leise ist SAQ aus Grimeton nicht, 15db Abstand wurden meist gemeldet.
wenn man das so ansieht, scheint es besser als jede Netzabdeckung für Mobilfunk zu sein.
basteljero:
Dann wieder ungehört in Marbach am Neckar mit mini-whip wegen Störungen.
Hier wäre mit der Ferritstabantenne möglicherweise Empfang möglich, schon wegen der
Richtwirkung.
Schönes Städtle!
basteljero:
gibt es ja auch noch die Alternative, mehrere Ferrit-Antennen als Array in Serie zu schalten.
Das Rauschen fällt auf den Wert 1/√N, wenn N die Anzahl der Ferritstäbe und Spulen ist. Das gilt aber nur, wenn das Rauschen gleichwertig und phasenunabhängig bzw. inkohärent ist (also gleicher Pegel, gleiche spektrale Verteilung, Korrelationsgrad 0). Sorry, hört sich unglaublich geschwollen akademisch an. Die Einstrahlungen von außen zählen natürlich nicht dazu, lediglich das thermische Rauschen des Stabes wäre von dieser Art.
basteljero:
Die Antenne, auch wenn es eine "Magnetantenne" für VLF ist, gehört nach draußen wenn es irgend geht, und wenn es am Verlängerungs-Stab aus dem Fenster ist.
Ist wohl so, denn in unseren modernen Wohnungen und mit unseren "modernen" Geräten sind kleine Signale nur noch in der Wüste sauber zu empfangen.

Viele Grüße

Dieter

04.03.24 10:20
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

04.03.24 10:20
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo zusammen,

ich habe nochmals den Zusammenhang zwischen Drahtdicke, Wickelart und Frequenz bezüglich zu erwartender Spulenspannung und Güte simuliert.

Folgende Konstellationen wurden simuliert:

Ferritstab 80 mm lang, 8 mm dick, µr=200. Spulenwickel 0,2 mm CuL 180 Wdg bzw. 0,1 mm CuL 360 Wdg., jeweils eine Windungsdicke Zwischenraum und jeweils entweder ca. 90 % des Stabes einlagig ("verteilt") oder 30 % des Stabes dreilagig belegt ("kompakt") (zwischen den Lagen wieder ca. eine Windungsdicke Zwischenraum).
Es wurden einerseits die Spulendaten (Verlustwiderstand, induktiver Widerstand und Induktivität) und andererseits die Spannung an der durch 1 kOhm belasteten Spule gemessen bei Einstrahlung einer definierten magnetischen Feldstärke.
Unter Vernachlässigung der Kernverluste und Windungskapazitäten lässt sich folgendes qualitatives Ergebnis zusammenfassen (quantitativ siehe Diagramme):




1) Der kompakte Wickel mit dem 0,1er-Draht (A) hat Vorteile bezüglich Empfangsstärke unterhalb 100 kHz. Gleiche Ausführung hat Vorteile bezüglich Güte oberhalb 200 kHz.
2) Der verteilte Wickel mit 0,2er-Draht (B) hat Vorteile bezüglich Empfangsstärke oberhalb 100 kHz.
3) Der kompakte Wickel mit 0,2er-Draht (C) hat Vorteile bezüglich Güte unterhalb 200 kHz.

Die Differenzierung zw. Empfangsstärke (Spulenspannung) und Güte hat exklusiven Charakter (entweder man hat das eine oder das andere). Wenn die Spulenspannung hoch ist, wird die Güte geringer und damit die direkte Selektivität. Letztere müsste in diesem Fall nachträglich erfolgen (also nach dem Schwingkreis aus Antenne und Kapazität). Liegt der Fall anders herum, also hohe Güte, fällt die direkte Selektivität gut aus.

Hier noch die qualitätive Übersicht:


Wenn ich vielleicht in nächster Zeit viel Muße habe, werde ich noch die Kernverluste mit einbeziehen. Hängt natürlich davon ab, inwieweit mir hier Daten vorliegen. Der Kern liegt mir physisch vor, sodass dies dann evtl. auch recht gut in die Praxis zu übernehmen ist.

Viele Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 04.03.24 15:11

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Diagramm1.png Diagramm1.png (10x)

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Diagramm2.png Diagramm2.png (13x)

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Diagramm3.png Diagramm3.png (12x)

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04.03.24 15:34
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

04.03.24 15:34
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Mittelwelle ist da weniger interessant, es gibt aber den Spezialfall "SAQ" auf 17,2 kHz, wo man
wenig praktisch ausgeführte Ferritstabantennen findet.
ja, das hatte ich eigentlich im Sinn, die Tests über einen weiten Frequenzbereich waren lediglich zur Erkenntnisgewinnung gedacht.
basteljero:
Eine einfache mehrlagige Zylinderspule hat zuviel Wicklungs-Kapazität.
Bei sehr niedrigen Frequenzen wird das kaum eine Rolle spielen.

Ich besitze sogar noch so kreuzgewickelte, seidenumsponnene Spulen aus älteren Radios, nur der Innendurchmesser ist wahrscheinlich für den vorliegenden Mini-Stab etwas unpassend groß.
basteljero:
Kompliziert finde ich, dass die gelieferte Spannung auch mit der Kreisgüte steigt
War bei den Simulationen nicht der Fall, sondern beides eher gegenläufig. Aber ich habe die Spulenspannung unter Last (1 kOhm) herangezogen, da wäre der Kreis stark bedämpft und die Resonanzüberhöhung praktisch kaum vorhanden.
basteljero:
Was heißt "kompakt gewickelt" ? Eng gewickelte Zylinderwicklung oder "wild" gewickelte Zylinderwicklung ?
Das war mein Fehler, und ich habe das berichtigt. "Verteilt" heißt eine Lage über 90% der Länge, "kompakt" heißt drei Lagen über 30% der Stablänge. Alles zentrisch. Wild gewickelt habe ich nicht (das kann ich bei der Simulation gar nicht). Ich finde das in diesem Fall auch gar nicht so gut, denn dann wirken Windungskapazitäten erst recht, weil sich stark unterschiedliche Potentiale gegenüberstehen. Ich würde halt eine (oder zwei) Schicht(en) Isolierband zwischen jede Lage wickeln.

Ich könnte mal noch die besagten Altspulen probieren und dann mit der in der Simulation erwähnten Wickeltechnik vergleichen. Ob mir das mit den Zwischenräumen gelingt, weiß ich jedoch noch nicht (ich weiß schon, die Technik heißt "bifilar wickeln").

Viele VLF-Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 04.03.24 22:00

06.03.24 13:52
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

06.03.24 13:52
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
eine große Eigenkapazität, besonders in unserem Fall, wo man sie lang machen sollte,
An die Auswirkungen der Windungskapazitäten kann ich noch nicht so recht glauben, denn ich habe das mal bestimmen lassen: Wenn man zwei Windungen mit 0,5er-Draht im Abstand von 0,1 mm hat, ergibt sich eine Kapazität von ca. 0,03 pF, bei 20 kHz ein Blindwiderstand von 265 MOhm. Obwohl es jetzt einige Windungen sind, sind die Auswirkungen kaum messbar -- jedenfalls nicht bei dieser niedrigen Frequenz. Ich sehe da vielmehr Effekt bei der Stromverdrängung (viele sprechen da von Proximity-Effekt, ist ja so ähnlich wie der Skineffekt eine Folge von benachbarten Wechsel-Magnetfeldern. Das wird den effektiven Drahtwiderstand erhöhen und wird bei der Scheibenwicklung auch gemildert werden.
basteljero:
Mit Redcrab ergab sich mit Q=70 / Cp=222p / L=165 mH ein Parallel-Verlustwiderstand von etwa 2 MOhm.


Da kommt bei mir aber eine Frequenz von 26 kHz heraus, nicht 16 kHz. Das Q hast Du wieder mit Bandbreitenmessung bestimmt? Und dann im Rückwärtsgang den Verlustwiderstand?

Für manche Eingaben scheint dieser Redcrab aber schon ein bisschen zu spinnen, oder?

Übrigens könnte man auch mit einem Gleichstrom durch die Spule den Ferritkern "nahe am Knie der Magnetisierungskurve" abstimmen. Die Stromquelle sollte hierzu möglichst hochohmig sein, sonst wirkt sie sich bedämpfend aus. Wir haben das seinerzeit in einem Leitfähigkeitsmessgerät praktiziert, das war jedoch eine Ringkernspule, die hat immer stoßweise ein Signal mit der gewünschten Resonanzfrequenz bekommen, der Stromregler hat dann in Windeseile die Spule auf Resonanz gebracht, und für die restliche Ruhezeit hat sie dann die Ohren gespitzt.

Viele Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 06.03.24 14:17

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redcrab.png redcrab.png (16x)

Mime-Type: image/png, 26 kB

06.03.24 19:21
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

06.03.24 19:21
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Jemand könnte auf die Idee kommen, den Ferritstab direkt an den üblichen Basisspannungs-Teiler
des Transistors in Emitterbasisschaltung anzuschließen.
im Gegensatz zu Deiner angegebenen Schaltung: Da ist ja ein Emitterfolger zwischengeschaltet. Alternativ wäre noch FET-Vorstufe möglich, die ist ebenfalls hochohmig und außerdem rauschärmer wegen geringem Stromrauschen.
basteljero:
auf 8 Div. am Oszi eingestellt ("Spitze-Spitze"), und dann bei 70% (5,6 Div) die untere und
obere Bandgrenze ermittelt.
Andere Möglichkeiten habe ich hier nicht.
Ja, ist schon klar gewesen, ist auch eine ganz gute Methode.
basteljero:
Man muß ja auch berücksichtigen, dass nicht nur die Kapazität zwischen jeweils zwei benachbarten
Windungen zum Tragen kommt, sondern bei "wilder" Wicklungsweise später aufgebrachte Windungen
"mit hohem Spannungs-Potential" in die anfänglich aufgebrachten hineinrutschen.
Ja, meine Rede weiter oben. Wenn man einlagig bleibt, dürfte das kaum eine Rolle spielen, aber bei mehreren Lagen sollte man eigentlich nach der "Wende" kontinuierlich immer dicker Isolierfolie einbringen, denn sonst liegt das Ende der zweiten Lage in enger Nachbarschaft zum Beginn der ersten Lage, und da ist verständlicherweise der Potentialunterschied stark angewachsen.
basteljero:
Eher würde man anstelle der Kunstoff-Scheiben sich welche aus Polytrol machen, Zwischenlagen in
die einzelnen Scheibenwicklungen einfügen und sich einen FET-Verstärker bauen, um die Belastung
geringstmöglich zu halten.
Ja, FET oder etwas in der Art. Wahrscheinlich ist auch ein rauscharmer Rö-VV nicht schlecht.
basteljero:
Denn der rückwärts mit "Redcrab" ermittelte Parallelwiderstand ergibt sich ja wiederum aus verschiedenen
parallelgeschalteten Verlustwiderständen wie Spulenwiderstand, Kernverluste usw.
Apropos Kernverluste: Ich habe jetzt beim Verlustwiderstand zwischen praktischer Messung durch VNA etwa einen Faktor 2 zum Ergebnis aus der Simulation. Ich habe dabei zunächst auch das µr zu 200 bestimmen können durch Vergleich der sich ergebenden XL-Werte. Wahrscheinlich wäre auch beim Verlustwiderstand weitgehend Übereinstimmung, wenn ich die Hystere-Verlustzahl kennen würde. Denn ich kann in der Simulation die Verlustkennzahlen einzeln eingeben. Aber einfach die Zahl auszuprobieren wäre ja eine betrügerische Methode, Übereinstimmung künstlich herzustellen. Ich habe aber in keinem meiner Datenbücher oder in Datenblättern für einen Ferritstab mit µr=200 solche Angaben gefunden.

Die anderen beiden Koeffizienten spielen bei unserer Situation wohl eine untergeordnete Rolle, denke ich.
Hysterese auszumessen und dann übers Integral umrechnen (oder das Integral elektrisch erzeugen) wäre auch eine interessante Sache. Vielleicht kann ich als Rentner dazu die nötige Zeit aufbringen.

Viele Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 06.03.24 19:28

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06.03.24 23:47
AndreAdrian 

WGF-Nutzer Stufe 2

06.03.24 23:47
AndreAdrian 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Zitieren:
Ob mir das mit den Zwischenräumen gelingt, weiß ich jedoch noch nicht (ich weiß schon, die Technik heißt "bifilar wickeln").
Meine Empfehlung war Kupferlackdraht oder auch Silberdraht und Nylonschnur (Anglerschnur) zum bifilar Wickeln benutzen. Dabei sollte Draht und Nylonschnur gleichen Durchmesser haben. Für einige Zehn Windungen auf Ferritstab hat das Wickeln gut funktioniert. Ich wünsche dir guten Erfolg - für 17 kHz sollten viele Windungen nötig sein.

Meiner Meinung nach ist nur einlagige Wicklung mit Wicklungsabstand für hohe Güte sinnvoll. Für die kunstvollen Korbspulen mit sehr kleiner Windungskapazität gibt es noch Wickelmaschine. Nach "Korbspulen - Wickelmaschine" suchen. Aber ob Korbspule und Ferritstab zusammen zu bringen sind?

DL1ADR

08.03.24 08:31
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

08.03.24 08:31
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Eine offene Frage gibt es aber noch:
Unstrittig ist, dass man eine dünne Isolierschicht auf den Stab bringen muß, weil eine direkt auf den Stab
gewickelte Spule mehr Verluste hat.
Es bleibt aber die Frage nach der optimalen Stärke dieser Schicht, bei vorgefundenen MW-Stäben entspricht
sie etwa 1-2 Lagen üblichen Backpapiers.
Die Ursache ist die Stromverdrängung durch Streufelder des Kerns. Ich behaupte, bei diesen niedrigen Frequenzen ist das vernachlässigbar. Die Simulation zeigt:

Oben ist der Abstand des Drahtes gering (man sieht die Linie, ab wo der Kern beginnt), unten ist der Abstand weiter. Im Verlauf der Stromdichte quer durch den Draht sieht man den Unterschied. Aber: Das wird hier erst deutlich, weil eine Frequenz von 1 MHz gewählt wurde.
Welcher Abstand -- das hängt natürlich auch von der Drahtstärke ab. Man kann ja sicherheitshalber zwei Schichten Isoband verwenden. Ich persönlich benutze dieses Band hier (ist speziell für Trafos oder Spulen):

Für 0,1 oder 0,2 mm CuL ist das sicher ausreichend, wenn Du Frequenzen <20 kHz fährst.

Viele Grüße

Dieter

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