Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo zusammen,
Chris hatte auf Seite 4 den link zu der Datei: "The_Inductance_of_Ferrite_Rod_Antennas" gesetzt, hier findet sich ein Diagramm [Figure 6.2] welches zeigt, dass der Unterschied der Induktivitätserhöhung selbst bei einer Erhöhung von µ=250 auf µ= unendlich nicht sehr groß ist. Daher für eine SAQ-Röhren-Bastelei nochmal einen gut erhältlichen 50mm/8mm Stab mit einem µ von 300 bewickelt:
Auf dieser Seite findet sich eine vereinfachte Formel zur Berechnung des Resonanzwiderstandes des Parallel- Schwingkreises, den man ja hat, wenn der Ferritstabspule eine Kapazität parallel geschaltet wird: https://www.elektroniktutor.de/analogtechnik/par_swkr.html Der müsste für meinen Stab Resonanzwiderstand Zo= L/(C x R_Rei) = 160 x 10E-3 [H] / (535 x 10E-12 [F] x 165 [Ohm]) = 1,8 MOhm betragen. Dann wäre er wesentlich größer als der äquivalente Rauschwiderstand selbst eine Batterieröhre und würde nach dem "Nowack-Artikel" in der Funkschau 1953, Heft12, s.215 überwiegend das Rauschen der Schaltung bestimmen.
Die Verluste entsprechen nach der gemessenen Bandbreite von etwa 600 Hz einem parallel geschalteten Widerstand von 500 kOhm (https://www.redcrab-software.com/de/Rech...lelSchwingkreis) Das reicht für den Zweck gut aus, wichtiger ist hier die gute Temperaturstabilität des Stabkernes.
!!!
Fotos, Grafiken nur über die
Upload-Option des Forums, KEINE FREMD-LINKS auf externe Fotos.
!!! Keine
Komplett-Schaltbilder, keine Fotos, keine Grafiken, auf denen
Urheberrechte Anderer (auch WEB-Seiten oder Foren) liegen! Solche Uploads werden wegen der Rechtslage kommentarlos gelöscht!
Keine Fotos, auf denen Personen erkennbar sind, ohne deren schriftliche Zustimmung.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo zusammen,
was bin ich froh, mit dieser Art Wickeltechnik schon früh auf die Nase gefallen zu sein !!
Meine Spule hat im gewünschten Frequenzbereich keine schädliche Resonanz mit der Wicklungskapazität, nur 58 Ohm ohmschen Widerstand und misst 211 mH:
Zum Abstimmen braucht es kein Nutzsignal, sondern nur das Gehör, indem auf maximales, breitbandiges Rauschen abgestimmt wird. Der Empfänger hat bei diesem Vorgang nur 200 Hz Bandbreite, und die Antenne ist nicht viel breiter.
Gestern habe ich mir den Spass erlaubt, eine M10-Gewindestange gleicher Länge einzusetzen. Das DHO38 Signal sank um 30dB, war etwas verrauscht und die gemessene Induktivität fiel auf 27 mH. Zusammen mit einem 1,5 nF Festkondensator war das Maximum so breit, dass ein 2nF Festkondensator auch gegangen wäre.
Man muss wissen, dass es erst ab Mitte der 1950-er Jahre vernünftige Ferrite (und auch Pulvereisenkerne) gegeben hat, sehr gute Ferrite erst wesentlich später.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
basteljero:"The_Inductance_of_Ferrite_Rod_Antennas" gesetzt, hier findet sich ein Diagramm [Figure 6.2] welches zeigt, dass der Unterschied der Induktivitätserhöhung selbst bei einer Erhöhung von µ=250 auf µ= unendlich nicht sehr groß ist.
Hallo Jens,
ist eigentlich ziemlich klar, auch ohne Formel, denn der Luftweg für den magnetischen Fluss bildet den Löwenanteil des magnetischen Widerstandes.
Mich beschäftigt noch die Gegenüberstellung zwischen Spule kompakt im Zentrum des Stabes und verteilt über die gesamte Stablänge. Mal sehen, was da die Simulation sagt.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo Dieter,
Kannst du auch verschiedene Spulenformen simulieren?
Das Problem ist sicherlich, dass wohl nicht alle Parameter erfasst werden können: So sind bei der oben gezeigten SAQ-Spule mit 2400 Wdg. und etwa 500 pF Parallel- Kapazität kaum Unterschiede zur 1800 Wdg-Spule mit etwa 900 pF. Denn man hat ja nicht nur die Kapazität zwischen den (notgedrungen) "wild" gewickelten Windungen, sondern auch noch dielektrische Verluste durch die Lackisolierung des Cul-Drahtes. Mit der oben angewandten Scheibenwicklung ist das aber schon ganz gut in den Griff zu bekommen.
Bin sehr gespannt auf die Ergebnisse der Simulation !
Nachtrag: Hajo schrieb vor einiger Zeit:
Zitieren:Möglich, daß SAQ an Deinem Standort auch mit einem Breitband-Ferrit zu hören ist, wäre interessant zu wissen. Hier am Ort ist ein solches Vorhaben aussichtslos, dazu braucht es größere Kaliber - in Resonanz!
Heute (13.02.2023, SAQ-Testvorlauf ca. 1300 CET) war das endlich zu testen: Auf der Aufnahme im Anhang zuerst die 50mm Ferritantenne. Sie hat einen zusätzlichen BC 550C als Impedanzwandler spendiert bekommen, so dass die Spannung des sehr kurzen Stabes gut genutzt wird. Auf dem Dachboden, es ist ein Störungs-Brummen zu hören. Danach die Version im Garten mit angekoppelter Spulenantenne.
Unterschiede beider Antennen sind nur ohne Signal merklich, da übersteuerte SAQ den E566-Empfänger aber bereits schon vor Feinabstimmung der beiden vorgeschalteten SAQ-Box-Kreise
Im Web-SDR der uni Twente wurden -85 dBm ohne, -75dBm mit SAQ-Signal zu der Zeit angezeigt. (Tests ab 1300 CET)
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo, um in etwa abschätzen zu können, welche Empfindlichkeit praktisch mit einem kurzen Stab speziell für 17,2 kHz (SAQ) erzielt werden können, dieser Kurzversuch: (PC-Monitor bitte um 90° rechtsrum drehen) Die Abschirmung der magnetischen Komponente gelang nur unzureichend: 4 Stahl-Regalböden um eine Edelstahl-Wäschetonne, ein kleiner Blech-Mülleimer und da dann wieder rein ein Kochtopf...
Ein zweiter Test mit einem versilberten Messingpokal mit kleinem Innendurchmesser.
Die Aufnahme im Anhang folgendermaßen: [1] Zuerst Ferritstabantenne in Topf, dann raus in die Regal-Abschirmung, dann [2] rein in den Pokal.
Hierbei kommt es kurz zu einer Signalanhebung, weil sich die Resonanzfrequenz der abgestimmten Ferritantenne von 17,2 kHz auf die 18,4 kHz von RDL anhebt, welcher als Signalquelle diente.
Fazit: Trotz erheblicher Absenkung der Empfindlichkeit [1] noch gutes Signal-Rauschverhältnis, obwohl die Ferritantenne bei [1] das Signal auf 18,4 kHz noch um 1/8 abschwächt.
[2] zeigt wiederum, dass der 2 Transistor praktisch nichts zum Rauschen beiträgt (starke Verstimmung des Ferrit-Eingangskreises durch den Pokal). Was bei [1] mehr zum Rauschen beiträgt (Resonanzkreis oder 1. Transistor als Impedanzwandler) ist so nicht messbar.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
basteljero:Kannst du auch verschiedene Spulenformen simulieren?
Das Problem ist sicherlich, dass wohl nicht alle Parameter erfasst werden können: So sind bei der oben gezeigten SAQ-Spule mit 2400 Wdg. und etwa 500 pF Parallel- Kapazität kaum Unterschiede zur 1800 Wdg-Spule mit etwa 900 pF. Denn man hat ja nicht nur die Kapazität zwischen den (notgedrungen) "wild" gewickelten Windungen, sondern auch noch dielektrische Verluste durch die Lackisolierung des Cul-Drahtes. Mit der oben angewandten Scheibenwicklung ist das aber schon ganz gut in den Griff zu bekommen.
Bin sehr gespannt auf die Ergebnisse der Simulation !
Hallo Jens,
bei der unterschiedlichen Spulenanordnung ergibt sich:
Ich habe die Tabellenform gewählt, da ist es am übersichtlichsten. Bei der zentrischen Spule habe ich 10 Lagen verwendet, die habe ich dann bei der "verteilten" Spule einfach auf dem Stab verteilt. Die Induktivität geht in die Knie, genauso Güte. Um die Induktivität wieder ungefähr wie vorher zu bekommen, habe ich bei der dritten Spule (rechte Spalte) eine zweite Lage hinzugefügt, jedoch mit reduzierter Windungszahl. Diese Form hat dann die größte Güte. Aber fairerweise muss man sagen, dass die Form mit zentrierter Spule sehr "locker gewickelt" ist. Würden die Windungen enger liegen, wäre der Kupferverlust ebenfalls merklich kleiner. Damit kommt man sicher mindestens in die Nähe der Spule der rechten Spalte.
Die grünen Netzstrukturen -- falls das jemand noch nie gesehen hat -- ist die Unterteilung des Gebietes in die sog. Finiten Elemente.
Ferner habe ich folgende Parameter gewählt: µr = 1000 (Ferrit-Permeabilität), Leitfähigkeit des Ferrits 1 S/m, Frequenz 20 kHz
Ich hoffe, meine Darstellung ist einigermaßen verständlich.
Viele Grüße
Dieter
P.S.: Ach, ergänzend ist noch zu erwähnen, dass ich schon Spulenformen simulieren kann, solange sie rotationssymmetrisch sind. Bei "wilden" Wicklungen setzt das System schon aus. Weiter oben war schon mal die Anforderung, mehrere parallel liegende Ferritröhrchen zu modellieren. Das geht dann natürlich auch nicht. Ich kann zwar auch noch planparallele Modelle simulieren, aber das stößt in diesem Fall dann noch mehr Grenzen. Das Programm heißt übrigens Quickfield und ist von Tera Analysis.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo Dieter, das ist ja eine super Sache mit dem Programm!
Eine wirklich 100%ige Simulation wäre ja auch kaum umsetzbar: Nach den bisher gewickelten Spulen würde ich wohl 4x 400 Windungen auftragen, jeweils als Kreuzwickelspulen mit etwas Abstand zueinander und die Stabenden etwa 5mm jeweils unbewickelt lassen.
Praktisch kann ich aber nur wild wickeln und in Scheiben unterteilen, wie das in den alten Bastelbüchern als recht brauchbare Wickelweise beschrieben ist.
Auf dein Beispiel übertragen, wären das wohl 4-5 Lagen.
Ein Punkt wird immer wieder genannt: Die unterste Lage darf nicht direkt auf den Stab gewickelt sein, man muß immer eine gewisse Schicht Folie dazwischen haben.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo Jens,
die unterste Schicht sollte Abstand haben, das wird wohl deshalb angestrebt sein, da sonst ein leitfähiger Ferrit eine störende Kapazität zu jeder einzelnen Windung bilden würde. Kommt wahrscheinlich stark darauf an, wie hoch die Leitfähigkeit des Ferrits und wie hoch die Frequenz ist. Ich habe hier bei der Simulation eine Leitfähigkeit von 1 S/m angenommen, da ich das mal aus einem Datenblatt gelesen hatte. Dieser Wert ist als recht gering einzuschätzen. Ich kann jetzt z. B. auch die Wirbelströme simulieren. Ich bin mir jetzt nicht sicher, ob das Programm in diesem Modus auch kapazitive Ströme abbildet. Das werde ich jetzt noch anschauen.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo Dieter, Wenn es das Programm hergibt, wäre es interessant zu wissen wie es sich verhält, wenn die mittig zentrierte Spule (erstes Bild) in der Breite halbiert und nach recht außermittig auf dem Stab plaziert wird. (Wie z.B. bei der DCF-Funkuhr im Bild auf Seite 4 des Threads)
Nach dem Diagramm (Seite 3 des Threads) wäre dann eine Erhöhung der Windungszahl erforderlich (kleiners µ) um wieder auf 9,x mH zu kommen. Und die Güte müsste sich erhöhen.
Denn diese Form haben die Konstrukteure der Funkuhr gewählt, und da dürfte der Flachstab optimal genutzt sein.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo Jens und alle,
es gibt bei mir auch eine reale Anordnung:
Das weiße Kästchen ist eine Eigenbau-Variable-Kapazität, die hier mit dem Stab auf 100 nF steht. Die Resonanz bzw. die Impedanz wird mit dem Red Pitaya gemessen, wobei das Kästchen aus Alu noch eine Kalibriereinrichtung beinhaltet. Ach ja, was ich eigentlich schreiben wollte:
Der Abstand des Spulenwickels vom Ferritstab wird hier durch ein Hartpapier-Röhrchen gebildet. Dieser Abstand soll nicht nur die Wirbelströme bzw. die Eindringtiefe in den Stab verringern, sondern auch die Kapazität von Spule auf den Stab klein halten.
Der Schwingkreis zeigt zwei deutliche Resonanzen: Eine bei ca. 68 kHz und eine bei ca. 28 MHz. Bei letzterer Frequenz ist der Ferritstab praktisch unwirksam, lediglich die Luftspule trägt zur Resonanz bei. Man kann das einfach nachvollziehen, indem man den Ferristab einfach herauszieht.
Anmelden
