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Wumpus-Gollum-Forum von "Welt der Radios".
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Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
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12.12.23 20:10
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

12.12.23 20:10
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Bulova:

Hallo Walter,

kommt natürlich stark auf das Material an.
Vor allem davon, wie weichmagnetisch es ist.
Aber dass es völlig ohne Tk wäre, habe ich noch nie gehört.


Hallo Dieter,

zweifellos richtig. In meinem Fall hat die Spule keine Ausdehnungs-
möglichkeit in beide Richtungen. An der SWR-Anzeige würde ich
auf 475 kHz ein Abdriften um 1 kHz bereits erkennen, was aber
nicht der Fall war. Betriebszeiten waren bis zu 3 Stunden am Stück.
Der Ferrit ist lose in zwei Laminatplatten gehalten und kann sich
in Längsrichtung ausdehnen.

Gruss
Walter

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12.12.23 22:38
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

12.12.23 22:38
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Allerdings dehnt sich die Spule auch in Längsrichtung aus, hier findet dann eine Verringerung der Induktivität
statt.

Ja, das stimmt schon, wobei der Zusammenhang mit dem Radius größer ist als mit der Länge, näherungsweise quadratisch.

basteljero:
Dazu kam die Überlegung, dass der Einfluss des Ferrites überwiegen könnte, weil mit größerem Spulen-Durchmesser
die Induktivitäts-Erhöhung durch den Stab stark zurückgeht.

Kommt drauf an, was Du mit "stark zurückgeht" meinst.

basteljero:
Der rote 1000p Folien-Kondensator hat nur minimale Temperatur-Abhängigkeit.

Das ist aber schon wieder eine ausschließlich qualitative Aussage. Die Drift, die Du festgestellt hast, ist ja auch nur minimal, wenn man die Relationen zur Absolutfrequenz berücksichtigt.

Wie Du siehst, ich bin immer noch ein bisschen skeptisch mit den Analyseergebissen.

Übrigens kann man -- meiner Meinung nach -- eine qualitative, aber bauteil-selektive Temperaturabhängigkeit besser mit Kältespray ermitteln als mit irgendwelchen Heißluftföhns. Die "eingeschwungene" Überalles-Abhängigkeit geht dann wieder am besten mit dem Wärmeschrank.

Aber ich möchte jetzt hier auch nicht als Besserwisser dastehen -- Deine Überlegungen sind sicher absolut kompetent und möglicherweise auch perfekt. Ich hinterfrage halt immer mal, weil ich in meinem Leben oft über qualitative Einschätzungen gestolpert bin, die dann nach quantitativen Betrachtungen völlig daneben waren.

Viele Grüße

Dieter

18.12.23 22:18
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

18.12.23 22:18
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Ob jetzt aber diese Kompensation eher durch Längenausdehnung des Stabes oder durch Erhöhung
seiner Permeabilität erfolgt, kann ich natürlich nicht sagen.

weißt Du, um welches Ferritmaterial es sich handelt? Das müsste zumindest Aufschluss über µr(T) geben. Da das Material zu Keramik ähnliche mechanische Eigenschaften hat, ist die Wärmeausdehung vermutlich deutlich geringer als die Steigung von µr(T).

Viele Grüße

Dieter

22.12.23 14:59
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

22.12.23 14:59
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Das weiß man ja nicht bei Ferrit-Stäben von "Ausschlacht-Radios".
Allerdings, nach all den bisher zusammengetragenen Informationen, liegt die Permeabilität
von Stäben für den Mittelwellen-Bereich irgendwo bei 300µ und erhöht sich mit
der Temperatur.

Ja, ich denke auch, dass es sich um solche Werte handelt. Ich glaube festgestellt zu haben, dass mein alter "Radiomann"-Ferritstab so etwa µr = 200 hat, wenn ich so mit den erfassten Resonanzen richtig gerechnet habe. (Eigentlich ist eine Berechnung direkt aus dem Resonanzverhalten mit aufgewickelter Spule und paralleler Kapazität gar nicht so einfach. In Wirklichkeit habe ich zwar die Resonanzfrequenz gemessen, daraus die Induktivität berechnet, dann wiederum per Simulation und den Stababmessungen, den Spulendaten und angenommener rel. Permeabilität µr die sich ergebende Induktivität ermittelt, dann iterativ µr verändert, bis die Induktivität mit der vorher berechneten übereinstimmt.)

basteljero:
http://www.holzwurm-page.de/holz/holz/temperatur.htm

Sind aber ein bisschen seltsame Angaben auf dieser Website: 5m x 10-6/°K, was das "m" hier zu suchen hat, ist mir schleierhaft, soll das dann Meter bedeuten, wenn man einen Holzstab der Länge 1 m betrachtet? Eigentlich müsste es heißen: α = 5 * 10e-6 / K. Ja, das ist wenig.

Was macht man dann mit dem "Synchronempfang"? Ist das eine Methode, sehr empfindlich zu sein? Ich kenne so etwas vom QRP im Kurzwellenbereich, wenn man z. B. morsen möchte.

Viele Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 22.12.23 22:18

24.12.23 14:02
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

24.12.23 14:02
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

danke für den Link, ist schon sehr interessant. Das Diagramm mit dem besagten Güteverlauf habe ich gefunden (Bild 78), mir scheint es jedoch immer noch sehr zweifelhaft, denn ich habe es sowohl in meinen Messungen als auch in der Simulation bestätigt gefunden, dass das Gütemaximum stets im Zentrum des Stabes zu finden ist. Vielleicht verstanden sie Güte als etwas anderes als ich, wer weiß.

Ebenfalls frohe Weihnachten!

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 24.12.23 15:28

04.01.24 15:38
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

04.01.24 15:38
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Die gnannte Kurven erkläre ich mir so:
In der Mitte des Stabes übt dieser maximale Wirkung auf die Spule aus, die wirksame Permeabilität
ist am größten, aber auch die Verluste des Ferrit-Materials machen sich am stärksten bemerkbar.
Schiebt man die Spule aus der Mitte, ergibt sich eine größere "Scherung" des Kernes,
und ein Optimum der Spulengüte.

Wäre eine theoretische Annahme, ich kann mir aber nicht vorstellen, dass Richtung Stabzentrum der relative Zuwachs an Verluste größer sein soll als der Gewinn an wirksamer Permeabilität -- und dann noch so drastisch.

basteljero:
Außerhalb des Stabes nähert man sich einer Luftspule, die mit kleinem Durchmesser eine
schlechte Güte hat, deshalb der starke Abfall der Kurve.

Ja, das ist klar. Aber: Bei genauer Betrachtung des Diagramms sieht man, dass die Messspule beim vermeintlichen Q-Maximum schon praktisch am Ende des Stabes sich befindet (100 von 120). Meine eigenen Versuche zur Q-Bestimmung zeigen, dass dort alles andere als gute Q-Werte zu finden sind.
Eigentlich wollte ich diesen Satz voransetzen: Beim Durchlesen verliert der Verfasser kein Sterbenswörtchen darüber, warum die Qmax-Werte außerhalb der Mitte sein sollen. Offenbar hat er auch keine Erklärung. Denn: Welcher Zahlenwert bzgl. Position soll hier wirken? Bei der Mitte ist es 0, und beim Diagramm ist es 0,9? Sehr seltsam.

basteljero:
Das die Kurven nicht stimmen, kann man sicherlich ausschließen.

Würde ich nicht ausschließen. Der Status "Fachbuch" oder "Lehrbuch" heißt nicht notgedrungen, dass dort keine Fehler gemacht wurden. Es gibt genügend Unfug, der verbreitet wird. Und oft ist es sogar so, dass der eine vom anderen abschreibt. Dadurch erringt eine Aussage plötzlich Allgemeingültigkeit. Es gibt viele gute Fachautoren, aber auch bei denen sind Fehler nicht auszuschließen.
Übrigens: Die Gleichungen (123) u. (124) berücksichtigen auch nur einen Längswiderstand der Spule, es gibt aber bei den Stabverlusten vor allem einen parallelen Verlustwiderstand. Die Gleichung Q=Umax/Ug mag durchaus passen, aber der Mittelteil mit der Wurzel ist unvollständig.

Es könnte auch durchaus die Folge einer Falschmessung sein: Bei Mittenposition der Spule könnte der Stab in die Sättigung getrieben worden sein. Damit fällt auch sein µr drastisch ab. Schiebt man die Spule mehr an den Rand, wird der Wert für B reduziert und der Stab könnte nun außerhalb der Sättigung sein. Bei meinen Versuchen geht das theoretische B (bei 90% aus der Mitte) etwa auf 50% zurück gegenüber dem Wert, wenn sich die Spule im Stabzentrum befindet. Bei der Messung müsste dies aber auch an der Stellung des Drehkondensators festzustellen sein. Aber weiß man's ...?





Entsprechend schaut es mit den Spulenwerten aus: Die Induktivität geht auf ca. die Hälfte zurück, der Verlustwiderstand ändert sich kaum. Also wäre die Güte am Rand auch halb so groß. Zugegeben, bei dieser Simulation fehlen kapazitive Einflüsse der Windungen und auch der Kern hat nur ideale Eigenschaften. Aber die Ergebnisse meiner praktischen Versuche unterscheiden sich davon nur unwesentlich.

Viele Grüße

Dieter

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Spule_Zentrum.png Spule_Zentrum.png (16x)

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Spule_Rand.png Spule_Rand.png (14x)

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05.01.24 11:11
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

05.01.24 11:11
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
das kam direkt aus dem Philips-Labor.
Ein solch grundsätzlicher Fehler wäre von der Industrie sicherlich frühzeitig entdeckt worden.

Ja, ist schon möglich, aber diese Zusammenhänge der Spulenposition finde ich in "neuzeitlichen" Publikationen überhaupt nicht mehr. Das Philips-Pamphlet kommt wohl aus den 30er-Jahren, das DDR von 1974. Letzteres kannte ich ja schon.

Beim den Philips-Ausführungen liegt eine andere Sachlage vor:



Im Gegensatz zum DDR-Artikel wird beim Verschieben die Induktivität konstant gehalten -- wie, das ist nicht ganz klar, aber wenn man den n-Verlauf betrachtet, könnte man annehmen, dass einfach die Windungszahl angepasst wird. Dass die Kurve gar keine Anstalten macht, zum Rand hin abzufallen (wie das beim DDR-Artikel der Fall ist), erscheint mir sehr seltsam. Aber okay, im Idealfall wird bei der L-Konstanthaltung dennoch ein Q-Abfall zu verzeichnen sein, weil ja die Kupferverluste ansteigen, wenn man der Spule mehr Windungen verabreicht.
Wenn man jetzt von dieser "Kompensation" ausgeht, also die Induktivität konstant hält, dann muss man bei einem Abfall der wirksamen Permeabilität zum Rande hin nur mit der Wurzel dieses Faktors die Windungszahl erhöhen. Damit aber wird die gewonnene Induktionsspannung dennoch kleiner, denn sie ist proportional zu n*Phi, und Phi fällt um den Faktor und n steigt um die Wurzel des Faktors.

Das sagt die Theorie, und bei der Simulation muss ich leider auch ein paar nichtideale Eigenschaften außer Acht lassen. Bleibt ja noch der praktische Versuch, wobei ich hier natürlich auf spezielle Stäbe zurückgreifen muss. Ich glaube aber, mich erinnern zu können, selbiges schon praktiziert zu haben, jedoch nur mit einer Spule konstanten Aufbaus. Interessant wäre auch, das bei mehreren Frequenzen Messungen durchzuführen.

Viele Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 05.01.24 12:52

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05.01.24 22:35
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

05.01.24 22:35
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

danke für den Link, ich habe nach dem Bericht (oder eigentlich Buch) auch schon im Internet-Archive vergeblich gesucht.

Hoffentlich finde ich eine Erklärung für die Diskrepanzen, die ich bis jetzt sehe. In der Zwischenzeit kann ich noch praktische Tests machen. Ich berichte dann wieder.

Gruß

Dieter

16.01.24 15:41
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

16.01.24 15:41
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Wie misst Du eigntlich die Spulengüte ?

Mir sind da einige Verfahren geläufig. Eines davon erfolgt mittels VNA, das habe ich hier auch mal durchgeführt. Meine Ergebnisse enthalten keinerlei Höker der Güte so bei 70 % Versatz, sondern es geht zum Rande hin immer kontinuierlich bergab, gemessen bei zwei Stäben.




Mein VNA besteht aus einem RedPitaya, eher ein Spielzeug, aber dennoch brauchbar für manche Messung.

basteljero:
Selbst muß ich mich darauf beschränken, sehr grob die Schwingungskreis-Güte indirekt über
die Bandbreite des aufgebauten Kreises zu überschlagen.

Ist doch eine gute Methode, man muss halt eventuelle Verluste des Kondensators vernachlässigen oder aber getrennt bestimmen.

Es gibt noch eine recht elegante Methode: Man stößt einen Parallelkreis an und zählt die Schwingungen bis zum Abklingen auf das 1/e-fache. Die Anzahl muss dann noch mit multipliziert werden. Hier eine Beispielmessung:



Wichtig ist dabei, den Kern nicht zu überfahren bzw. in die Sättigung zu treiben. Und die exakte Frequenzbestimmung ist auch nicht einfach durch die Periodenmessung zu machen. Aber wenn die Güte hoch ist, stimmt's schon in etwa. Übrigens ist eine Steigerung der Güte nicht immer durch Vergrößerung des L/C-Verhältnisses zu bekommen. Es kommt darauf an, welche Anteile an Rs und Rp beteiligt sind.

Meine Spulen sind ganz "normal" durch enganliegende Windungen gemacht, ohne besondere Wickelmaßnahmen. Hier ließe sich sicher noch etwas herausholen, besonders bei höheren Frequenzen. Und eine HF-Litze habe ich auch nicht eingesetzt, wäre aber noch interessant.

Gruß

Dieter

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17.01.24 19:25
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

17.01.24 19:25
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

basteljero:
Die Kurven sind interessant, ich habe früher immer angenommen, dass der Ferritstab grundsätzlich
eine schlechtere Spulengüte verursacht und lediglich als Notbehelfs-Empfangsantenne zu gebrauchen sei.

Ja, die Güten sind ganz okay. Ist natürlich ja auch von der Windungszahl abhängig. Man sieht bei meinem dünneren Stab mit kleinerer Spule, dass das schon mitspielt. Dass die Graphen ein bisschen holprig sind, liegt daran, dass dieser Realwert der Impedanz (also der Verlustwiderstand) recht klein ist und deshalb mit meinem RedPitaya-VNA schon etwas schlecht aufgelöst ist. Ferner habe ich festgestellt, dass das Gestell meines Tisches erheblichen Beitrag leistet zum Resultat, also habe ich grundsätzlich alles ohne Metall in der unmittelbaren Umgebung wiederholt. Also so ca. 20 cm mindestens.

basteljero:
Jetzt ergibt sich ein völlig anderes Bild und die Möglichkeit einen MW-Detektor-Empfänger mit hoher
Spulengüte zu bauen, ohne auf Schalenkerne und dergleichen zurückgreifen zu müssen.

Der Schalenkern würde eine hohe Güte erlauben, wenn er das passende Material hat. Aber wenn es ein geschlossener Schalenkern ist, würde er sich ja im Gegensatz zum Ferritstab relativ taub gegenüber Empfangsfelder geben. Also doch lieber der Stab! ;-)

basteljero:
Sehr ausführlich ist hier "Das Spulenbuch" von Hans Sutaner.

Ist mir als Autor geläufig, obwohl ich jetzt kein Buch von ihm besitze. Ich habe nur "Richter" in allen Variationen. Und halt "Springer".

Viele Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 17.01.24 19:28

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