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Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte
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06.02.23 15:01
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

06.02.23 15:01
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Jens,

mich hatten seither erst einmal theoretische Aspekte der Ferritantenne interessiert. Aber vielleicht mache ich doch noch ein paar praktische (Empfangs-)Versuche. Stäbe unterschiedlicher Länge habe ich ja. Ich kenne mich bei VLF nicht aus und weiß nicht, was da zu erwarten ist.

Viele Grüße

Dieter

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07.02.23 00:59
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

07.02.23 00:59
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

basteljero:
Ich gehe derzeit davon aus, dass eine zu kleine Spulenantenne zu großes Rauschen bringt.

Der 50mm Stab bringt schon allein JXN fast so klar wie der Rahmen, und koppelt man
eine größere Spule ein, steigt die Signalstärke um ein Vielfaches.

Eine Menge Störungen verschwinden, wenn man die Ferritsabantenne einige Meter weg vom Gebäude hat.
Auch eine Magnetantenne wird im Gebäude recht stark bedämpft.

Hallo Jens und die Runde

Wenn der Ferritstab so klein wird, daß die Antennenspannung unter die Schwelle des Verstärker- bzw. Empfängerrrauschens fällt, dann hört man zunehmend nur noch dessen Rauschen und kein Signal mehr, das ist so. Das Rauschen ist das Ergebnis des zu geringen Antennenpegels, würde ich meinen.
Die Dämpfung meiner Magnetantennen ist hier im Stahlbetonhaus enorm, auch das ist zweifellos richtig. Der beste Standort ist immer noch weit ab in einer ruhigen Gegend - so man eine hat. In solcher Lage (z.B. im Garten) müßte ich mich aber eigentlich nicht mit Magnetantennen abmühen. Ein Stäbchen von 1,5m Länge reicht vollkommen aus, wenn es richtig angepaß ist. An meinem kleinen Eigenbau Handempfänger ist der Stab über eine Fetvorstufe angeschlossen und damit geht SAQ immer - wenn es geht. Keine meiner Ferritantennen kann da mithalten. Die Versuche mit den Ferritantennen sind bei mir reiner Bastlertrieb, wirklich nützlich sind sie mir nicht. Hier im Haus ist die Dämpfung und der lokale Störpegel zu hoch und portabel ist eine Teleskopantenne viel einfacher zu handhaben.
Am Geradeausempfänger macht ein Ferrit in Resonanz natürlich Sinn (und Spaß) und wenn das Wetter am Montag nicht gar zu häßlich ist, will ich mal einen SAQ Empfangsversuch wagen. Der Ferritstab stammt aus einem alten BAZ-Modul, Länge rund 450mm, Kendurchmesser rund 20mm. Die Spule hat 187mH, Länge 100mm, Abstand zum Kern 16mm, aus wild über Kreuz gewickeltem 0,3mm Cul. Bei 17kHz hat sie ein Q von rund 160. Will mal schauen, wie sie sich am Direktmischer schlägt.



Gruß in die Runde
Hajo

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VLF-Ferrit.JPG VLF-Ferrit.JPG (66x)

Mime-Type: image/jpeg, 120 kB

07.02.23 08:35
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

07.02.23 08:35
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Hajo,

weißt Du auch den Wert µ des Kernmaterials und/oder die Anzahl der Windungen? Ich möchte mal etwas simulieren mit einem Programm.

Gruß

Dieter

07.02.23 10:55
DK1IS 

WGF-Nutzer Stufe 2

07.02.23 10:55
DK1IS 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo zusammen,

noch mehr Material zu diesem Thema - stammt von den Kristalldetektor-Leuten, ist aber vielleicht auch für Euch nützlich:

"About Maximizing the Q of solenoid inductors that use ferrite rod cores, including charts of magnetic flux density and flux lines, with some actual Q and inductance measurements from simulations in FEMM"
http://kearman.com/bentongue/xtalset/29MxQFL/29MxQFL.html

Schöne Grüße,
Tom, DK1IS

07.02.23 20:19
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

07.02.23 20:19
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Dieter

Über das Kernmaterial weiß ich leider nichts. Der Kern besteht aus aneinandergereihten Ferritrohren von 8mm Durchmesser. Die Anordnung im Schutzrohr sieht in etwa so, wie auf der Skizze aus.


Der gemessene AL Wert an der Rohrwandung beträgt 250nH/N². Bei 187mH kommt man rein rechnerisch auf 865 Windungen. Gewickelt habe ich ganz sicher weit über 1000, denn die Spule wurde frei über Kreuz gewickelt. Leider sind die Notizen versehentlich entsorgt worden, bevor ich sie ins Reine übernehmen konnte.

Gruß in die Runde
Hajo

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Ferritkern.jpg Ferritkern.jpg (49x)

Mime-Type: image/jpeg, 18 kB

08.02.23 09:44
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

08.02.23 09:44
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Hajo,

ist aber schon eine seltsame Anordnung mit den Ferritröhrchen, oder? Waren die Röhrchen ursprünglich als Dämpfungsperlen gedacht? Und ist die Gesamtlänge von 450 mm auch von mehreren Röhrchen unterteilt?

Ich kann mit meinem Programm nur rotationssymmetrische Anordnungen modellieren, also z. B. ein Stab mit kreisrundem Querschnitt und Kupferdrahtwindungen in bestimmtem Abstand vom Rotationszentrum. Dann kann ich schon ermitteln, welche Induktivität sich ergibt, welcher Verlustwiderstand usw. Ich kann auch ein Feld einstreuen und dann bestimmen, welche Induktionsströme sich ergeben bzw. welche Spannung ihnen zugrundeliegt. Auch Skineffekt kann man darstellen, was aber erst bei höheren Frequenzen wirklich entscheidenden Einfluss hat, bei 17 kHz ist da noch nicht viel los (ca. 0,5 mm Äquivalenzdicke).

Viele Grüße

Dieter

08.02.23 12:10
DK1IS 

WGF-Nutzer Stufe 2

08.02.23 12:10
DK1IS 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo zusammen,

nur zur Info, zufällig kenne ich diese Ferrit-Rohre gut: 140 mm lang, 8 mm Dmr, Loch 5 mm Dmr. Vermutlich einziger Hersteller ist die Fa. Kaschke, Bezug z.B. beim Funkamateur-Online-Shop, https://www.box73.de/product_info.php?products_id=2365 Es handelt sich um ein Mangan-Zink-Ferrit, Kaschke Typ K600, Datenblatt anbei. Ich habe hier selbst ein paar davon und habe damit erfolgreich orthogonale Fluxgate-Magnetometer gebaut.

Schöne Grüße,
Tom, DK1IS

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K600 Ferrit-1.pdf K600 Ferrit-1.pdf (77x)

Mime-Type: application/pdf, 100 kB

09.02.23 00:36
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

09.02.23 00:36
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Zusammen

@Dieter
Ja das Innere des Ferritstabes mutet etwas seltsam an, hatte mir von diesem Hersteller mehr versprochen. Da wir nun wissen, um welche Stäbe es sich handelt, ist somit klar, daß der Kern aus insgesamt 12 Stäben bestehen muß. (4 x 3 axial verbundene Stäbe) Ich hatte nur ein Ende des Rohres geöffnet und da das Innere ausgeschäumt ist, wäre ein Ausbau des gesamten Kerns aus dem Schutzrohr sehr aufwändig.
Durch die hohlen Stäbe ist der Ferritstab angesichts seiner Größe relativ leicht und vermutlich sind dadurch auch die Kernverluste geringer. Jedenfalls liefert diese Antenne eine Menge Spannung. Ich habe noch eine von fast gleicher Länge, welche aber nur aus einem Bündel mit 3 x 3 Vollstäben besteht. Bei gleicher Induktivität ist jene der ersteren deutlich unterlegen, was theoretisch auch zu erwarten ist.
Schade, daß dieser Kern für Deine Software ungeeignet ist - wäre sicher interessant gewesen.

@ Tom
Danke für die Aufklärung und das Datenblatt, das scheinen genau diese Ferritstäbe zu sein.
Vielleicht kann man mit Hilfe von Dieters Software mal einen Vergleich eines solchen Rohrkerns mit einem Vollkern anstellen.

Aber ich will hier nicht länger Jens Faden okupieren.



Gruß in die Runde
Hajo

09.02.23 19:31
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

09.02.23 19:31
Bulova 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

Hallo Hajo,

das Ergebnis laut Simulation bringt jetzt nicht unbedingt Wundersames: Für eine Spule mit 11 Wdg. 0,3-mm-Kupferdraht bei 20 kHz ergibt sich etwa 1,33 Ohm für XL und für den Verlustwiderstand ca. 0,057 Ohm. Beim Hohlstab liegen die Werte nur geringfügig daneben bzw. darunter (ca. 1,26 Ohm). Der Verlustwiderstand ändert sich von Voll- auf Hohlstab zumindest bei dieser niedrigen Frequenz kaum (ca. 0,2 %).







Natürlich ändern sich Volumen und Gewicht. Außerdem ergeben sich unterschiedliche Flussdichten bei gleicher Bestromung der Spule. Wenn von außen ein Feld existiert, dürfte ein ähnliches Bild entstehen: Der kleinere Querschnitt des Hohlstabes lässt die Flussdichte gegenüber dem Vollstab entsprechend ansteigen.

Bei den Bildern ist zu beachten, dass der untere Rand jeweils die Rotationsachse ist, vom Stab ist also jeweils nur die obere Hälfte im Längsschnitt sichtbar. Im Zentrum auf dem Stab aufliegend befinden sich die 11 Windungen der Spule. Der restliche (violette) Raum ist Luft.

Man sieht hier auch ganz deutlich, dass die Flussdichte im Stabzentrum praktisch doppelt so hoch ist wie an den Rändern. Manchmal vergisst man, dass bei einem offenen Stab die Feldlinien auch schon in der Nähe der Stabmitte austreten und nicht nur aus den Stirnflächen.

Viele Grüße

Dieter

Zuletzt bearbeitet am 09.02.23 19:54

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Vollstab.PNG Vollstab.PNG (47x)

Mime-Type: image/png, 28 kB

Hohlstab.PNG Hohlstab.PNG (40x)

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Skala.png Skala.png (42x)

Mime-Type: image/png, 12 kB

09.02.23 23:11
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

09.02.23 23:11
Hajo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Ferritstabantenne: Spulenposition und andere Aspekte

basteljero:
Das ist doch genau das Thema !
Vor längerer Zeit mal einige Patente zusammengestellt zum Theme Rahmenantenne

Hallo Jens

OK, das beruhigt mich
Ja, in alten Patenten und Zeitschriften zu stöbern, macht Spaß und bringt neue Erkenntnisse und Anregungen für eigene Versuche.
Leider bin ich momentan nicht ganz Herr über meine Zeit und meine Englischkenntnisse sind (freundlich ausgedrückt) rudimentär.
Das Wetter soll am Montag trocken werden und so sollte einem Ausflug in den Garten zwecks SAQ Empfangsversuch nichts im Wege stehen - hoffe ich.
Werde berichten

@ Dieter

Vielen Dank für Deine Mühe, das sind interessante Ergebnisse. Ich hätte bezüglich der Hohlkerne einen deutlicheren Vorsprung vor den Vollkernen vermutet. Wenn auch gering, so sind doch jedenfalls Verbesserungen feststellbar. Da kommt mir gleich das Jucken in die Finger, ein paar praktische Untersuchungen anzustellen. Die Hohlstäbe wären beim FA ja leicht beschaffbar und ein paar 8mm Vollkernstäbchen hätte ich am Lager. Leider bin ich momentan anderweitig beschäftigt aber aufgeschoben ist nicht aufgehoben.

Gruß in die Runde
Hajo

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