Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo Hajo,
Kernverluste habe ich bei der Simulation bis auf die geringe Leitfähigkeit nicht berücksichtigt. Aber Ummagnetisierungsverluste dürften relativ unabhängig von der Geometrie sein, denke ich. Im Grunde wäre jedoch der Hohlstab geringfügig schlechter, wenn man die sich ergebende Spulengüte betrachtet (denn etwas geringeres XL führt ja zu geringerer Güte). Aber das ganze ist marginal, ich denke, der Hauptgrund ist Materialeinsparung.
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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
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 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 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.
Nahezu alle Artikel beziehen sich interessanterweise auf die historische Publikationen von Sergei Alexander Shelkunoff der u.a. in den Bell Labs tätig war. Dessen Werk "Electromagnetic Waves" von 1943 (mit Shielding Kapitel) ist für Liebhaber historischer Publikationen im Internet leicht auffindbar. Zum Beispiel im Internet Archiv https://archive.org/
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
basteljero: Es sind auch im Netz teilweise Bilder zu finden, bei denen der Ferritstab mit längs angeordneten Kupfer-Stäben umhüllt ist. Mit erstaunlich großem Abstand zueinander übrigens.
Die weitaus öfters zu sehende Ausführung mit Alu-Folie etc. mit nur einem Schlitz brachte wie schon mal geschrieben katastrophale Signalabschwächung, jedenfalls bei einem 20 cm-Stab mit über fast ganzer Länge des Stabes gewickelter Spule.
Laut „Funkbastler“ 1929 Heft 7 kann die Richtwirkung einer Rahmenantenne durch Verwendung einer geeigneten Abschirmung des Rahmens verbessert werden. Der Rahmenkreis darf dabei selbst nicht mit dem Empfänger oder der Abschirmung verbunden sein. Versuche mit einem an einer Stelle unterbrochen Abschirmblech, zur Vermeidung eines Windungskurzschlusses, mit 1 cm Abstand zur Rahmenwicklung ergaben jedoch sechsfach weniger Energieaufnahme aIs eine gleich große unabgeschirmte Rahmenantenne.
Im Funkbastler 1929 Heft 24 wird aus einem Referat von Herrn Manfred von Ardenne zitiert:
Verbesserung [bezüglich der hohen Dämpfung – Einfügung von mir] ergab eine etwas größere Entfernung von der Rahmenwickung, wobei die Innenseite der RahmenwickIung unabgeschirmt blieb. Der Verlustwiderstand war auf 50 v. H. herabgesetzt, aber immer noch dem unabgeschirmten Rahmen sehr unterlegen. Versuche mit verschiedenen Materialien, wie Blech und mit Graphit bestrichene Holzleisten, […] ergaben, daß Kupferdrähte relativ wenig Verlustwiderstand hervorriefen. Tatsächlich hatte eine Rahmenantenne mit Kupferdrahtab-schirmung, […] vorgeschlagen durch Dr. S. Loewe und M. v. Ardenne, gute elektrische Daten und sehr scharfe Minima. Nur ungefähr 20% Zunahme des Verlustwiderstandes wurde beobachtet. Auch kann der Grad der Abschirmung durch Anordnung von mehr oder weniger Kupferdrähten einfach geregelt werden. Etwa zwischen 30 und 100 v. H. der Anzahl der Rahmenwindungen sind je nach Bedarf zur Beseitigung des Hochantenneneffektes des Rahmens nötig. Zitat Ende
In den Artikeln ging es natürlich um große Luftspulen, nicht um Ferritantennen, was wohl kaum einen Unterschied machen sollte.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo liebe Abschirmfreunde,
ja, die Abschirmproblematik ist wirklich (um das neue Modewort "tatsächlich" zu vermeiden) sehr komplex.
Magnetische Felder abzuschirmen ist ja nicht erwünscht, sonst wird alles abgeschirmt, was man eigentlich gewinnen wollte. Es geht also darum, störende elektrische Felder fernzuhalten. Die Abschirmung darf keinesfalls Wirbelströme begünstigen. Das heißt, die Folie muss nicht nur EINEN Schlitz haben (um die Kurzaschlusswindung zu vermeiden), sondern viele Unterbrechungen. Aus dem Ferritstab treten überall Feldlinien aus, nicht nur an den Stirnseiten. Überall auf einer senkrechten Ebene zu den Feldlinien sollte möglichst wenig Abschirmfolie durchgängig angeordnet sein, damit potentielle Wirbelströme "unterbrochen" werden. Deswegen sind hier Streifen wohl die sinnvollste Wahl. Vorstellbar sind vielleicht auch äquatorial angeordnete Streifen (also entlang der Spulenwindungen), die natürlich jeweils offen sein müssen.
Wenn es um elekrische Störfelder geht, würde auch eine schwach leitende Folie genügen, dann müsste man nicht so sehr auf die Vermeidung der Wirbelströme achten. Hierzu gibt es wohl auch graphitbeschichtete Folien, müsste man aber recherchieren.
Eine weitere Möglichkeit wäre auch der Einsatz von Differenzverstärkern. Der Gleichtaktanteil an den Spulenenden wäre somit unterdrückt. Ich könnte mir vorstellen, dass damit ein Löwenanteil an Störungen unterdrückt wäre. Einfacher geht's noch mit einem Übertrager, der letztlich ja eine Symmetrierung vornimmt.
Mal sehen, vielleicht teste ich da auch mal etwas aus und berichte dann. Scheint ja doch eine interessante Thematik zu sein.
Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
Hallo zusammen,
eine schwach leitende elektrische Abschirmung in Form eines graphitbeschichteten Kartons ist nicht neu, siehe Resonar 8539, Jahrgan 1958..1960:
Links sind die drehbaren Ferritantennen (zwei Stück, für MW parallel und für LW in Serie geschaltet), der Karton ist innen mit Graphit beschichtet und auf einer Seite leitend mit dem Chassis verbunden. Die Ferritstäbe sind übrigens hohl.
Für eigene Versuche gibt es Graphit-Spray, z.B. von Kontakt Chemie, der wird normalerweise verwendet, um Kunststoffteile zu beschichten, wenn man keine statischen Ladungen will, oder früher auch zur Reparatur der Graphitbeschichtung der Bildröhren.
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