Spice Simulation einer Aktivantenne

Hallo Matthias

wie sieht die Loop aus: Koax Loop a la aktiver MagLoop von QRP-AG oder eine einfache Draht Loop?

Ich habe beide mit LTSpice simuliert. Bist Du am Prinzip oder auch an den Details (Simulations Files interessiert)?

73 de Andreas

Jetzt werden wir aber päpstlicher als der Papst.
Der Artikel über die Aktivantenne mag in sein Gesamtheit urheberrechtlich geschützt sein, aber ein Schaltbildauszug mit Quellenangabe bestimmt nicht (Zitatrecht).
Man kann eine Schaltung zwar patentieren lassen sofern es sich um eine patentierbare Erfindung handelt, aber kein Schaltbild. Es ist kein "Werk der Literatur, Wissenschaft oder Kunst", nur diese sind als geistiges Eigentum geschützt.

Ein Schaltplan kann urheberrechtlich geschützt sein, aber das betrifft allenfalls die grafische Umsetzung der Zeichnung, nicht aberbdie technische Realisierung der Schaltung an sich.
aus: http://www.drkoenig.de/kanzlei/publik/aufs41.htm
Der durch eine individuelle und schöpferische Darstellung gewonnene Schutz erstreckt sich jedoch nicht auf den technischen Inhalt, also die Schaltungsidee bzw. das Schaltungsprinzip und natürlich auch nicht auf die fertige elektronische Schaltung selbst. Die fertige Schaltung - vergleichbar mit dem Maschinenprogramm - ist als Realisierung des Schaltplans überhaupt kein schützbares Werk des Urheberrechts, sondern eben nur die anerkanntermaßen freie Ausführung des Schaltplans (inwieweit hier ein patentrechtlicher Schutz möglich ist, spielt in diesem Zusammenhang überhaupt keine Rolle).

73, Günter

Hallo Matthias

ich glaube, ich habe das Wesentliche verstanden und füge 3 Anhänge an meine Antwort an:

Der erste beschreibt die Schaltung. Die beiden linken, etwas undurchsichtigen Quellen B1 und V3,
enthalten die Abhängigkeit der in die Loop induzierten Spannung V der Quelle B1 in Abhängigkeit des elektrischen
Feldes. Die Laplace Transformation V(H) laplace(...) berücksichtigt den lineraren Anstieg der induzierten Spannung
mit der Frequenz.

Der zweite Anhang beschreibt die Schaltung für LTSpice und der dritte Anhang den Transistor BF199, der in der Basisschaltung
und dem gewählten Emitterstrom eine Eingangsimpedanz von ca. 2 Ohm besitzt.

Ab ca. lambda/10 des Loop-Umfangs weden die elektrischen Loop-Parameter zunehmend frequenzabhängig, sodass die
Simulation zunehmend von der Wirklichkeit abweicht. Dies tritt bei deinem Loop oberhalb von ca. 15 MHz ein.

Die Simulationsfiles für die elektrische Antenne schicke ich Dir nächste Woche.

Viel Erfolg bei der Simulation
Andreas

Hallo Matthias

Danke für die Schaltung - sie ist schon recht aufwendig.
Ich habe die von Dir verwendete normale Spannungsquelle
in AktivAntenne_01.asc durch die MagLoop Quelle ersetzt
(magloop_source.asc und magloop_source.asy) und in
AktivAntenne_01_m1.asc eingesetzt. Zudem wurde der
Eingangstrafo durch einen 1:4 Trafo ersetzt und das
Eingangsnetzwerk weg gelassen, da es bei ca. 40 MHz zu
einer starken Resonanz führt.
Elektrische Feldamplitude und Loop Parameter können in
AktivAntenne_01_m1.asc editiert werden.

Der Kopplungsfaktor (K l1 l2 x) von Transformatoren ist
ein Mass dafür, wie gut der Magnetfluss Primär- und
Sekundärwicklungen durchdringt, x=1 ist ideal. Er ist vom
Uebertragungsfaktor unabhängig. Um den Einfluss nicht
idealer Kopplung zu testen, variiere ich in Simulationen
immer X (X <1 ).
Die von den Trafos transformierten Impedanzen werden in Spice
berücksichtigt.

73 de Andreas

Hallo Matthias

jezt sollte es klappen. Ich habe eine weitere verbesserte Version LTSpice2 ebenfalls angehängt.
Letztere enthält eine erdfreie Magloop Quelle und eine Verschönerung Deines ursprünglichen
Files AktivAntenna_m01.asc zur Vergrösserung des Schemas.

73 de Andreas

So wie ich DB1NV einschätze, würde er die Schaltung heute nicht mehr unbedingt mit diskreten Bauteilen aufbauen. Dank DSL gibt es mittlerweile eine große Anzahl günstige Current Feedback OpaAmps mit hervorragenden Daten, die gerade in einer Anwendung als Differenzverstärker bessere Symmetrieeingenschaften aufweisen als Einzeltransistoren. Angeregt durch die Diskussion "Guter Vorverstärker gesucht" in diesem Forum halte ich es für sehr reizvoll, eine kombinierte Variante mit einer niederohmigung Eingangsstufe in Basisschaltung und einem Dual Breitband OpAmp aufzubauen.

Inspiriert durch den Artikel von WB9JPS Performance Evaluation of Wideband Opamps erscheint mir der TI (Burr Brown) Doppel-OpAmp OPA2674 ganz gut geeignet, zumal er günstig in der Bucht zu finden ist. Er ist stabil und kann niederohmige Lasten verzerrungsarm treiben. Wie bei Transimpedanz Verstärkern üblich hält sich die Bandbreite bei 120 MHz wird nur wenig von der Verstärkung beeinflusst.

Die Eingangsschaltung und viel Theorie und Simulationen über Loop Antennen fand ich auf der hervorragenden Seite von LZ1AQ "Wideband Active Small Magnetic Loop Antenna". Die Beschaltung der Differenzstufe stammt aud dem Datenblatt des OPA 2674. Mit LTSpice habe ich leider noch keine Erfahrung, aber sobald ich etwas Zeit finde, werde ich die kurzerhand zusammengestellte Schaltung (hängt an) einmal aufbauen.

73, Günter

OPA2674 Spice model

Hallo Günter

der OPA2674 wäre gut für den Leistungsverstärker. Wo kann man ihn kaufen?
Leider habe ich nichts über Kompressionspunkt oder IP3-Werte gefunden. und
das Spice Modell ist laut TI für die Evaluation von Nichtlinearitäten nicht so geeignet.

Eine weitere Möglichkeit als Verstärker wären MMICS, die einfach zu beschalten sind
und mit IP3 grösser als 30dbm im Handel sind.

Die Untersuchungen von LZ1AQ sind interessant. Insbesondere der Eingang ohne
Uebertrager hat es mir angetan, da ein Eingangsübertrager vermutlich Schwierigkeiten
macht, die grosse rein induktive Ausgangsimpedanz des Magnetloops an einen kleinen rein
ohmschen Widerstand zu übertragen. Der Ausgang ist auch pfiffig, da mit einem gut
abgeschirmten Ethernetkabel ein differentielles Signal und die Speisung separat übertragen
werden.

73 de Andreas

Hallo Andreas,

das charmante an diesen neuen Current Feedback OpAmps gegenüber einem MMIC ist, dass sie die Eigenschaften eines OpAmps mit guten HF Eingeschaften verbinden. Als hochlineare Leitungstreiber für DSL Modems oder A/D Wandler entwickelt, sind sie durch die Massenfertigung günstig und können Milliwatts an schwierigen Lastverhältnissen treiben, ohne große Verzerrungen zu verursachen. MMICs sind halt doch mehr oder weniger auf 50 Ohm hingezüchtete HF Transistoren, die wenig Flexibilität liefern, dafür aber bis in den GHz Bereich problemlos und stabil einsetzbar sind.

Gerade bei einem Verstärker für eine Magnetloop bieten diese Breitband-Current Feedback Amps. eine gute Möglichkeit einen vollsymmetrischen Aufbau, bei geringem Rauschen und guter Linearität zu realisieren. Durch den symmetrischen Aufbau sind die Verzerrungen 2. Ordnung signifikant niedrig. Auf jeden Fall erscheinen sie mir in diesem speziellen Fall besser geeignet, als ein Transistorgrab aus schwingfreudigen Gigahertz Transistoren, denen man mit reichlich Ferritperlen erst das Eigenleben austreiben muss und die wohl auch keine besseren Ergebnisse bringen. Ein Vergleich der Simulation des diskreten Transistor Verstärkers für die aktive Loop, wie in dem CQDL 'Artikel von 1997 und meiner Version mit OPAMp wäre daher sehr interessant.

Noch einen ganzen Tick besser als der OPA2674 scheint nach den Messungen von W9JPS der LMH6703 von National zu sein. Der LT1253 von Linear Technology ist ebenfalls ein Current Feedback Amp, sein Model ist LTSpice drin, aber er kommt mit seinen Leistungsdaten lange nicht an die beiden Vorgenannten ran.

Die Verwendung von Twisted Pair Ethernet Kabel als Zuleitung macht Sinn. Es ist billig, gut und ich hole mir durch diese "Hühnerleiter" keine E-Feld Gleichtakt Einstrahlungen auf der Leitung herein, die ich durch die Loop mühselig zu vermeiden trachtete. Außerdem kann ich die freien Aderpaare für die Stromversorgung nutzen, ohne eine Speiseweiche verwenden zu müssen.

Zur Verfügbarkeit:
Der LMH 6703 ist bei Future Electronics und bei Digikey ab Lager in Einzelstück erhältlich. Er kostet unter 2 Euro. Den OPA2674 gibt es immer mal wieder in der Bucht, ansonsten auch z.B. hier bei Digikey oder bei RS-online.

73, Günter

73, Günter

Hallo Matthias

ich schicke Dir im Anhang die Simulationsfiles für die E-Feld Antenne (Monopol) samt FET Verstärker: Monopole.asc, Monopole.asy sowie AktivAntenne_02_m1.asc.

Die Antennekapazität eines 1m langen und 1cm dicken Stabes beträgt näherungsweise 5 pf. Die von Dir verwendeten Schutzdioden dagegen weisen eine Kapazität von ca. 100 pf auf.
Da bleibt von der Antennenspannung am Eingang des FET nicht mehr viel übrig.... Die BAT62 mit ca. 0.5 pf wäre da viel besser geeignet.

Um die kritische Eingangskapazität Cs klein zu halten, würde ich eine separate Stabantenne einsetzen.

73 de Andreas

Am besten gar keine Dioden als Surge Protection, sondern besser einen Gasableiter oder ein Silicon ESD Protector mit niedriger Kapazität. So wie zum Beispiel hier bei der Clifton Labs Z1501. (pdf Manual Seite 34ff). Zusammen mit einem simplen Relais, das - wenn keine Betriebsspannung an der Aktivantenne anliegt - den Eingang gegen Masse kurzschließt.

73, Günter

Zitat von DM2MH

Ich habe aber keine Kenntnisse, ob das bei einer Länge von vielleicht 15m Zuleitung nicht zu Einstrahlungen von anderen Signalquellen (Störsignale, Rundfunksender etc.) führt. Gibt es da Erfahrungen?

gerade bei längeren Zuleitungen macht die Verwednung von symmetrischen Leitungen Sinn. Das ist in der Netzwerktechnik gang und Gäbe und hat dort die früher üblichen Koaxialkabel ganz verdrängt. Die Benutzung von Netzwerkkabeln als Zuleitung für aktive Anntennen wurde schon von Roy Lewallen und Chavdar Levkov LZ1AQ erfolgreich praktiziert. Schnelle Netzwerke sind ja auch nichts anderes, als symmetische HF-Leitungen mit definiertem Wellenwiderstand.

Man nimmt einfach CAT5 oder CAT6 Ethernetkabel, wie es für die Netzwerkinstallation verwendet wird. In diesem Kabel sind verdrillte Leitungs-paare (twisted pair), mit einem Wellenwiderstand von ca 110 Ohm/Paar. Es handelt sich also um eine symmetrische Speiseleitung wie eine Miniatur-Hühnerleiter. Sie ist weitaus resistenter gegenüber gleichtakt Einstrahlung von Störungen, wie ein Koaxialkabel. Und Längen von 50m sind ohne Schwierigkeiten mit geringer Dämpfung zu überwinden. Vor dem Koax-Empfängereingang einfach auch wieder einen Strombalun wie am Ausgang der Aktivantenne anordnen. Die Fehlanpassung zwischen der Leitung und den 50 Ohm ist unkritisch und hat nahezu keine Auswirkungen. Man kann aber auch je zwei Aderpaare parallel schalten und hat dann fast genau 50 Ohm. Angeblich soll der Man-Made Noise Pegel um bis zu 20 dB geringer sein, als mit langen unsymmetrischen Koaxkabeln und Masseschleifen. Außerdem hat man noch Adern für die Stromversorgung und braucht keine Speiseweiche (Bild).

Siehe hier:
http://sivantoledotech.wordpre…ovs-active-wideband-loop/
http://www.siemon.com/us/stand…f_Screens_and_Shields.asp

73, Günter

Hallo Matthias

Lass Dir nur Zeit!

Ich sehe keinen Denkfehler, aber Ich vermute ein Missverstänis. Die in Deinem Schaltschema eingezeichneten Dioden 1N5818 haben einzeln je 100 pF. Zwei von ihnen in Serie weisen
demnach zusammen 50 pf auf. Da aber am Eingang je 2 Paare wechselstrommässig parallelgeschaltet sind, ergibt sich für die totale Kapazität von 100 pF.

Auf die BAS40-4 übertragen erhält man analog total 5 pF, gleich gross wie die Antennenkapazität,
sodass eine Verminderung der Spannug am Gate von mehr als 2 resultiert.

73 de Andreas

Hallo,

darf man Euch als Mitleser und -Stauner sagen, dass Ihr hier eine unheimlich spannende und kompetente Diskussion führt !
Ich bin sehr angetan und lerne wie verrückt !
Weiter so

73, eric1