Spice Simulation einer Aktivantenne

Hast du den Kondensator der die Basis erdet schon einmal vergrößert? 100nF haben bei 100 kHz schon ein Xc von 16 Ohm. Für eine niedrige untere Grenzfrequenz muss der Einkoppelkondensator auch eine sehr große Kapazität haben. Er bildet mit dem extrem kleinen Transistor-Eingangswiderstand den frequenzbestimmenden Hochpass. Je größer der Innenwiderstand der Signalquelle ist, desto kleiner kann bei gleicher Grenzfrequenz der Kapazitätswert des Koppelkondensators sein.

Ich empfehle dir auch aus rein praktischen Erwägungen statt des BFR96 einen simplen BF199 zu nehmen. Der UHF Transistor BFR96 ist in Basisschaltung sehr schwingfreudig und bringt in dieser Anwendung überhaupt keinen Vorteil gegenüber einem simplen BF199 oder einem BF959.

73, Günter

Lbr Matthias,

wenn die aktive Antenne noch unter 100 kHz arbeiten soll, muß auch die HF-Drossel im Emitterkreis eine höhere Induktivität erhalten, nicht nur die schon angesprochene Abblockung der Basis eine höhere Kapazität.

Hallo Miteinander

Matthias

wenn unverständliche Resultate bei der Simulation auftreten, lohnt es sich Werte, die zum Beispiel den Frequenzgang beeinflussen könnten, drastisch zu ändern. Setzt man in Deinem Beispiel alle Kondensatoren auf 1 (Farad), so erkennt man, dass der Durchlass bis 140 milli Hertz hinunter reicht. Von da aus kann mit Verkleinern der 3 Kapazitäten der gewünschte Frequenzgang eingestellt werden. Dein Prinzip ist in Ornung, vergiss aber nicht, dass schlussendlich bei einer aktiven Breitband Loop die untere Grenzfrequenz des Loops auch eine wichtige Rolle spielt.

Ich habe wie Günter schlechte Erfahrungen mit dem BFR96 gemacht. Die können trotz Ferritperlen bei sehr hohen Frequenzen schwingen, was, bei Mangel eines schnellen Oszilloskops oder noch besser eines GHz-Spektrum Analyzers, nur an Hand von Instabilitäten erkennbar ist. Der BF199 oder 2N3904 haben sich bei mir in dieser Anwendung gut bewährt. Man darf nicht vergessen, dass prinzipbedingt Ausgangs- und Eingangsspannungen phasengleich sind, eine perfekte Voraussetzung für Schwingungen!

@Ha-Jo

deine Bemerkung stimmt, falls die Drossel mit einem grossen C abgeblockt wäre.

Die Erhöhung der Induktivität spielt aber in Matthias Schaltung für den Frequenzgang keine Rolle. Man kann sie weglassen, ohne dass sich der Frequenzgang verändert. Die Summe der Impedanzen von Emitterwiderstand und Drossel sind sehr viel kleiner als der Eingangswiderstand des Transistors (1 Ohm). Das sieht man auch in entsprechenden Simulationen.

Weiterhin viel Spass

Andreas

Matthias,
Der simulierte Gesamt-Verstärkungsfaktor ist mit 56dB meines Erachtens viel zu hoch und offensichtlich ist der OPV übersteuert und klippt.
Der OPA2674 hat mit den Gegenkopplungswerten R5= 324Ohm und R8 = 47 Ohm eine Verstärkung von 23 dB. Die Verstärkung deiner Gegentakt Current Feedback OPV Schaltung berechnet sich mit: V = 1+(2 x R5 / R8 ), hier 14,3 entsprechend 23 dB. Geh mal mit R4 = R5 = R8 = 330 Ohm runter auf Verstärkung 2 ( 6dB). der OPV soll ja nur isolieren und die Last treiben. Du brauchst da keine große Verstärkung.

Sorry, ich hatte in meinem Schaltungsentwurf (Post 11) bei der Dimensionierung des OPV diesen Fehler gemacht, aber Andreas hat mich aufs richtige Pferd gesetzt.

Edit: Wie man an der Schnittlinie zwischen roter und blauer Kurve deiner Simulation sieht, bestimmt jetzt der Mini Circuits Ausgangsübertrager den unteren Frequenzbereich und nicht mehr der Verstärker an sich.

73, Günter

Hallo Matthias

sorry, ich hätte Dich vorwarnen sollen, da ich das gleiche Problem hatte. Ich habe den Trafo eliminiert
und die Primärwicklung durch einen 100 bzw. 50 Ohm Lastwiderstand ersetzt. Das hat das Problem bei mir gelöst.

Die Fehlermeldung oder ein ewiger Programmlauf bedeutet, dass die nichtlinearen Gleichungen für den DC Arbeitspunkt
numerisch nicht gelöst werden können. Möglicherweise enthält das Modell Defifnitionen, die ein solches Verhalten verursachen.

73 de Andreas

Hallo zusammen,

ich verfolge die Diskussion mit großem Interesse. Ich habe selbst mit einer geschirmten Loop vor Monaten solche Experimente durchgeführt, das Ganze aber wegen anderer Projekte zurückgestellt. Bislang habe ich immer nur mit einem Eintaktverstärker gearbeitet, der bereits interessante Ergebnisse brachte. Allerdings wollte ich das Thema erst dann weiter bearbeiten, wenn mir eine glaubhafte Simulation der Loop vorliegt. Leider habe ich keine Erfahrung mehr mit Spice und würde daher gerne mit dem alten "Radio Designer" der ARRL weiter arbeiten. Hat den evtl. jemand der hier Beteiligten? Über eine "Übersetzung" des Spice-Modells (nur der Loop!) würde ich mich sehr freuen.

73, Uli, DK4SX

Hallo Matthias

Ich glaube, dass Uli sich auf den aktiven Breitbandloop aus Koaxkabel (nicht Draht) bezieht. Er wurde von QRP realisiert und ist dort erhältlich. Auss Spass habe ich nachträglich für diesen Loop ein Spice Modell entwickelt und Simulationen durchgeführt sowie mit Reflektions- und Empfindlichkeits Messungen (LoopAusgangsSpannung / ElektrischesFeld) erfolgreich verglichen (http://www.qrpportal.de/index.…ad&threadID=4799&pageNo=1 und Folgende). Uli hat Zweifel am Modell und meinen Messungen des Frequenzgangs der Empfindlichkeit. Ich verwende seit längerer Zeit den Koaxial Loop mit einemm MMIC als Vertärker. Ich bin sehr zu frieden damit.

Der Wire Loop hat im Vergleich zum Koaxial Loop ein sehr viel einfacheres Ersatzschaltbild. Selbstverständlich sind meine Modelle öffentlich und stehen allen Intressierten zur Verfügung.

73 de Andreas

Hallo zusammen,

Wenn ihr Uli das Schaltbild und die Spice-Net_Liste hier postet, müsste er sofort weiter machen können, sofern der Radio-Designer alle Elemente hat, die ihr verwendet.
Ich könnte da ggf. behilflich sein, da ich beide Programme kenne, aber es sollte klar sein, um welchen Schaltbildteil es sich konkret handelt und dann auch welche Net-Liste das ist!

73, eric1

Hallo,

danke für die Reaktionen. Ich habe bislang nur eine "geschirmte" Loop aus Koaxkabel erstellt mit einem Eintaktverstärker mit niedriger Eingangsimpedanz. Die Empfangsversuche auf Frequenzen über etwa 5 MHz zeigen eine herausragende Verbesserung der Signal/Störabstände. Lediglich auf 80 m sind diese mit "großem" Dipol und Loop gleich. Warum das so ist habe ich noch nicht erforscht. Bei meinen Versuchen sowohl beim Messen mit Einkoppelschleife als auch beim Simulieren (nur der Schleife) habe ich keine hinreichende Übereinstimmung meiner Ergebnisse untereinander und im Vergleich mit den Ergebnissen von Simulation und Messung von Andreas und denjenigen, die ich von einem OM hier mit professionell entwickelten und vermessenen Loops erhalten habe, feststellen können. Das hat mich eben sehr stark verunsichert und ich wollte meine Experimente gerne auf einer einigermaßen gesicherten HF-technischen (und durch die in der Simulation integrierte Mathematik bestätigten) Grundlage aufbauen. Natürlich kann es ausreichen, eine funktionierende Antenne zu haben, aber ich bin eben neugierig und wenn mich einer fragt, möchte ich schon gerne auch fundierte Antworten geben können. Viele Zusammenhänge sind mir zwischenzeitlich durchaus klar geworden, aber ich denke, das zentrale Problem ist "nur", wie man in der Simulation das vom Sender erzeugte HF-Feld in die Schleife induziert. Das ist mir mit dem Radio Designer bislang nicht befriedigend gelungen.

73, Uli, DK4SX

Der Tiefpass ist ja wohl gedacht, um die hohen Pegel von UKW-Rundfunksendern vom Verstärker fernzuhalten. Die Anforderung an steile Flanken ist also nicht gegeben, so dass man sich die Mühe mit einem Tiefpass höherer Ordnung und den damit verbundenen Nachteilen gar nicht antun muss. Vom Gefühl her würde mir ein einfacher L oder Pi Tiefpass reichen.

Jede Dämpfung vor dem Verstärkereingang verschlechtert die Rauschzahl um den Betrag dieser Dämpfung. Den Pegel könnte man ausgleichen, die schlechtere Rauschzahl nicht.

Die Schleife hat keine konstante Impedanz über die Frequenz, insofern ist fraglich, ob die Berechnungen deines angepassten Filters in der Realität so reproduziert werden können. Zumal die Induktivitäten grenzwertig sind. 15 nH entsprechen gerade mal 2 Windungen mit 5mm Durchmesser, wie du mit dem "Mini Ringkernkrechner" leicht nachvollziehen kannst.

73, Günter

Edit: ein Pi Glied zwischen Loop und Eingang mit je 5nF nach Masse und einem L von 10uH lässt den Frequenzgang ab 30Mhz so abfallen, dass UKW-Sender um fast 40dB gedämpft sind.
Bild1: Pi Tiefpass am Eingang
Bilds2: Simulationsplot Loop Ausgang - Verstärker Ausgang

Hallo Miteinander

@Eric und Uli: ich habe versucht, die erforderlichen Spice Files anzuhängen - sie sind leider zu gross. Schickt mir bitte eine PN, damit ich euch die Spice Files direkt schicken kann. Lasst mich bitte wissen, ob noch weitere Information von meiner Seite nötig ist. Ich habe nach ARRL Radio Designer gegoogelt und leider nur spärliche Informationen gefunden. Eric, könntest Du eventuell kurz beschreiben, was seine Fähigkeiten sind (Streumatrix; Spannungsquellen, deren Amplitude frequenzabhängig ist; Koaxkabel?).

Matthias: Im Prinzip liesse sich ein LP Filter mit sehr kleiner Eingangs- und Ausgangsimpedanz berechnen, wenn die Zunahme der Loopspannung mit der Frequenz nicht wäre. Mit der Loopinduktivität von einigen uH und einer Parallelkapazität von ca 3000 pf (Cs, empirisch bestimmt) lässt sich der Durchlass oberhalb von ca. 30MHz mit (1/f)**2 dämpfen. Um eine grössere Flanke zu erreichen, könnte man mehrere solcher Glieder hintereinander schalten.
Eine bessere Möglichkeit wäre, zwischen Transistorausgängen und Op Amp Eingängen berechenbare Tief- oder Bandpassfilter anzubringen. Damit wären die OP Amp Verstärker vor Intermodulation besser geschützt.

73 de Andreas

73, de Andreas

Hallo Andreas

AARL Radio Designer ist ein subset von Super-Compact und das wiederum war der Vorläufer von heute üblichen kommerziellen Design-Programmen.

73, eric1

Der Nachfolger ist meines Wissens der "Ansoft Designer", den Matthias für seine Filterberechnung benutzt hat. Auch den gibt es nicht mehr auf der Herstellerseite, er kann aber noch hier bei Gunthard Kraus inclusive eines umfangreichen deutschsprachigen Tutorials heruntergeladen werden.

Wenn du am Eingang mit definierter Leistungsanpassung arbeiten möchtest, nimm ein Widerstandspad. Hier findest du ein Berechnungstool. Dämpfung bitte so hoch vorgeben, dass keine negativen Widerstände rauskommen.

Für die Einkopplung in eine Loop kann dir sicher Andreas weiterhelfen, er hat das mit einer kleinen abgeschlossenen Koppelschleife gemacht.

73, Günter