Spice Simulation einer Aktivantenne

    Hallo Matthias


    Das geht ja rasant vorwärts!


    Zum Testen von Loop und Ergebnissen siehe http://www.qrpforum.de/index.p…dID=4799&highlight=hb9ehi und weitere Diskussionen dort.
    Ich habe eine Zeichnung des Testaufbaus nochmals hier angehängt. Sie wurde für den Test eines Koaxial Loops aufgebaut. Du musst ihn durch Deinen Drahtloop ersetzen,
    der direkt an den Eingängen Deines Differenzverstärkers angeschlossen wird. Der Ausgang geht zum NWT-Eingang, der Testloop mit 50 Ohm in Serie zum NWT Ausgang.


    Aus welchem Material ist Dein Loop gefertigt?


    73, de Andreas

    Hallo liebe Funkfreunde,


    vielen Dank zunächst für die letzten Hinweise.


    Ich habe die Schaltung nun aufgebaut und beginne jetzt mit den Messungen.
    Anbei einige Ansichten des Aufbaus.


    Ich habe die Schaltung auf zwei Platinen aufgeteilt. Auf der einen ist die Mantelwellensperre, die Fernspeiseweiche, die Stromversorgung und das Relais zum Umschalten zweier Loops (im Bild2 die untere mit dem Ringkern).
    Der eigentliche Verstärker ist aus der zweiten Platine (im Bild2 die obere).
    Die beiden Platinen werden zusammengesteckt bzw. am Ende verlötet (Bild3). Im Bild4 und Bild5 ist nochmal die Verstärkerplatine von der Unter- und Oberseite Dargestellt.


    Soweit dazu. Schaltung und Erste Messergebnisse im nächten Beitrag.


    73!
    Matthias

    Hallo,


    hier kommt noch die Schaltung und die ersten Messergebnisse.
    Die Schaltung ist in den beiden PDF-Dateien ersichtlich.


    Zu den ersten Tests:


    • Test mit NWT. Ausgang des NWT über ein Anpassnetzwerk mit Widerständen an den eingang des Verstärkers.
      Anpassnetzwerk mit zweimal 25 Ohm vom NWT-Ausgang und anschließend 2 Ohm parallel. Von dort aus auf den Verstärkereingang.
    • Verstärkerausgang mit 10dB-Dämpfungsglied auf den Detektoreingang des NWT.
    • Wobbelergebnis siehe Bild1


    Frequenzgang von ca. 100kHz bis 10MHz ca. 15dB abfallend ?( . Ursache ist mir unklar.
    Habe meines erachtens eigentlich keine Frequenzbestimmenden Elemente in der Schaltung, die einen derartigen Verlauf erklären könnten.
    Kann dass in der Anpassung des NWT-Ausgangs an den Verstärkereingang liegen? Vielleicht ist dieser in dem Frequenzbereich nicht konstant?


    Erste Hörtests mit meiner "Probeloop" demnächst.
    Loop besteht aus Alurohr 8mm, quadratisch aus einem Stück gebogen mit Radien von ca. 30mm, 800mm Kantenlänge, Induktivität 2,96 µH, Gleichtromwiderstand ca. 9mOhm (beides gemessen).


    Viele 73!
    Matthias

    Zitat von DM2MH

    Frequenzgang von ca. 100kHz bis 10MHz ca. 15dB abfallend ?( . Ursache ist mir unklar.
    Habe meines erachtens eigentlich keine Frequenzbestimmenden Elemente in der Schaltung, die einen derartigen Verlauf erklären könnten.


    Mir fällt in deiner Schaltung auf, dass du in die Emitterleitung eine Ferritperle eingefügt hast. Der induktiver Widerstand liegt in Serie zu dem (sehr kleinen) Eingangswiderstand der Vorstufe in Basisschaltung und bildet einen frequenzabhängigen Spannungsteiler. Hast du in dieser Richtung schon mal nachgeschaut?


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Hast Du den zweiten Verstärkereingang geerdet, und wie sieht der Frequenzgang am Kollektor der bf199 aus?


    Wenn ich Dich recht verstanden habe, hast Du den NWT Ausgang über 50 und 2 Ohm in Serie mit Masse verbunden und den Verstärkereingang über die 2 Ohm angeschlossen.


    73 de Andreas

    Hallo,


    Günter hat recht; die Ferritperle darf nicht vor den Emitter geschaltet werden. Sie macht sonst die ganzen Vorteile der niedrigen Eingangsimpedanz wieder zunichte. Um Schwingneigung zu vermeiden kann man zwischen Basis und Emitter einen kleinen Kondensator schalten (bis z. B. 68 pF) der weit weniger Einfluss auf den Frequenzgang hat. Oder man schaltet eine Boucherot-Glied, bestehend aus z. B. 47 Ohm und 5,6 pF in Serie zwischen Kollektor und Emitter - so machen es die Jungs bei R&S.


    73, Uli, DK4SX

    Hallo,


    vielen Dank schonmal für die Tipps.
    Werde ich heute Nachmittag gleich ausprobieren.


    Hier nochmal die Anschaltung des NWT an den Verstärkereingang (Bild1). Da hatte ich mich offensichtlich etwas missverständlich ausgedrückt.


    73!
    Matthias

    Hallo,


    wie angekündigt, habe ich die vorgeschlagenen Änderungen einmal getestet und bin zu folgenden Ergebnissen gekommen:



    • Zunächst habe ich die Einspeisung des Signals vom NWT nochmals modifiziert (Bild_01).
      Ich habe jetzt einen 1:1 Breitbandübertrager eingefügt, so dass man ein symmetrisches Signal erhält.
    • Der Frequenzgang der Operationsverstärker ist in Ordnung (Bild_02).
      Signal wurde nach den Kollektoren der Vorstufentransistoren eingekoppelt (bei aufgetrennter Verbindung zu den Transistoren).
    • Das Entfernen der Ferritperlen vom Emitter der Transistoren brachte bereits eine Verbesserung des Frequenzgangs (Bild_03).
    • Weitere Verbesserung brachte das Entfernen der Kondensatoren C1 und C22 (100nF) sowie eine verkleinerung der Drosseln L1 und L11 (von 4,7µH auf 1µH). Der neue Frequenzgang hat noch eine Abweichung von ca. 4dB (Bild_04).


    Als nächstes muss ich mir die Einkoppelschleife für die Loop bauen und diese Testen.


    Viele 73!
    Matthias

    Mir ist nachträglich in den Sinn gekommen, dass der Frequenzgang Deiner ersten Messung nur teilweise erklärt werden kann (durch die Emitterinduktivität). Gegen hohe Frequenzen (so oberhalb von 10 MHz) wird der Durchlass aber flach. Eigentlich sollte die Leistung
    kontinuierlich mit (1/f)**2 abnehmen (Impedanz einer Induktivität nimmt linear mit der Frequenz f zu).


    Eine mögliche Erklärung wäre ein schwingender Verstärker, dessen Oszllationen vom NWT als konstantes überlagertes Signal detektiert werden.



    73 de Andreas

    Hallo Matthias, das sieht ja schon sehr viel besser aus.


    Was mir an deiner Bauelementedimensionierung noch auffällt: Die untere Frequenzgrenze wird durch den Durchlassbereich deines Ausgangsübertragers bestimmt, dessen untere Frequenzgrenze bei (Datenblatt) 10 kHz liegt. Andererseits hast du aus deinem Verstärkerzug mit den 47 uF Koppelkondensatoren einen NF Verstärker gemacht, der bis runter in den Hertz Bereich mit hohem Verstärkungsfaktor verstärkt. Vorne Vollgas und hinten ist die Handbremse angezogen.


    Ich denke, das schafft mehr Probleme als notwendig. Was für die Simulation zum Erkenntnisgewinn nützlich sein mag, ist in der Praxis nicht immer sinnvoll. Gerade im NF Frequenzbereich sind die häuslichen man-made noise und atmosphärischen Störungen besonders hoch, und gerade dort ist mit deiner Dimensionierung die Verstärkung sehr hoch (>40dB in der Vorstufe) und belastest den Verstärkerzug mit niederfrequenten Summensignalen, obwohl diese letzendlich nicht durch den Ausgangs-Übertrager durchgelassen werden. Weniger ist da of Mehr!


    Ich würde aus diesem Grund auch keine Elkos als Koppelkondensatoren im Signalweg verwenden, selbst im HiFi Bereich vermeidet man das - schon aus Gründen der Linearität. Ein 1 uF MKS Kondensator mit einem guten Keramik C parallel ist m. E. ausreichend für eine ausreichende untere Frequenzgrenze. Ich würde auch alle Ferritperlen und auch die Drosseln am Emitter erst einmal weglassen. Bei HF-gerechtem Aufbau ist ein BF199 so gutmütig, dass du nicht unbedingt mit Instabilitäten rechnen musst. Die Wirkung der Drosseln vor den 51 Ohm Widerständen ist sowieso marginal. Dagegen hat jeder Millimeter unnötige Leitungslänge zwischen Loop und den Emittern durch sein XL einen merklichen Einfluss auf den Frequenzgang.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

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    Hallo Günter und Andreas,


    vielen Dank für eure Hinweise.


    Günter:
    Das mit dem Übertrager ist richtig. Ich habe nur derzeit noch nicht den richtigen. Es wird ein Minicircuits T1-6T-X65 werden.
    Grundsätzlich möchte ich nur, dass der Verstärker bis ca. 50kHz sicher funktioniert und nicht die untere Grenzfrequenz bestimmt, sondern die Loop.
    Die Sache mit den 47µF Elkos hat mir auch nicht sonderlich gefallen, aber in dierer Größenordnung habe ich keine anderen Kondensatoren gefunden.


    Andreas:
    Ich hoffe nicht, das der Verstärker schwingt. Werde den Ausgang einmal an den Spektrumanalyzervorsatz des NWT hängen und das Ergebnis beobachten. Zusätzlich werde ich mir die Signale mit meinen Oszi anschauen. Der kann bis 200MHz messen.
    Ist es realistisch, eventuelle Schwingungen mit dem Oszi nachzuweisen?


    Vielen Dank immer wieder für eure guten Tipps und Hinweise. Ich lerne immer dazu. Bin halt HF-mäßig eher noch ein "Greenhorn"


    Viele 73!
    Matthias

    Zitat von DM2MH

    Grundsätzlich möchte ich nur, dass der Verstärker bis ca. 50kHz sicher funktioniert und nicht die untere Grenzfrequenz bestimmt, sondern die Loop.


    Matthias, die untere Grenzfrequenz wird bestimmt durch die Kombination Loopdurchmesser und Eingangswiderstand des Verstärkers.


    Andreas hat das so erklärt:
    Im genutzten Frequenzbereich (oberhalb der unteren Grenzfrequenz Fu) , wird der induktive Widerstand des Loops (L ca. 3uH) mit zunehmender Frequenz immer grösser, sodass die Ausgangsimpedanz rein induktiv und viel grösser wird als der ohmsche Loop Widerstand. Genauer, die untere Grenzfrequenz des Loops liegt bei 2*pi*Fu = (Rloop + Rin) / L mit Rloop und Rin der Ausgangs- des Loops bzw Eingangswiderstand des Verstärkers. Ein kleines Rin (zB. 1 ohm) bringt keine bessere Anpassung aber hat den Vorteil einer tiefen Grenzfrequenz auch bei kleinen Loops, dies geht allerdings auf Kosten der Ausgangsspannung, sodass höhere Verstärkungsfaktoren nötig werden.


    Vermeide die Verwendung von Elkos im Signalweg, sie sind für diesen Zweck nicht geeignet.


    73, Günter

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    Zitat von DM2MH

    Ist es realistisch, eventuelle Schwingungen mit dem Oszi nachzuweisen?


    Der BF199 hat eine Transitfrequenz von 1000MHz, darüber kann es theoretisch keine Schwingungen geben, weil die Schwingbedingung nicht erreicht werden kann, in der Regel liegt die Schwingfrequenz aber viel tiefer..
    Wenn parasitäre Schwingungen nur einige hundert MHz betragen, kannst du sie mit deinem 200 MHz analog Oszi oft angedeutet erkennen, er muss ja nicht darauf triggern. Hilfreich ist auch ein kleiner selbstgebauter Diodentastkopf, der die Schwingung als Gleichspannungswert sichtbar macht. Wildes Schwingen macht sich auch an der erhöhten Ruhestromaufnahme des OPV bemerkbar, denn der liefert ja dann Leistung in den Abschluss. Und dann gibt es noch die Methode, mit einem Stückchen hochpermeablen Ferrit an den verdächtigen Bauelementen herumzufuchteln. Oft stoppt das Schwingungen und man merkt dadurch zumindest, dass welche da waren. Goldstandard ist halt immer noch die Untersuchung mit einem Spektrumanalyzer, am besten mit einem in der Preisklasse eines Mittelklassewagens.


    73, Günter


    Edit: Parasitäre Schwingungen bei einer Basisschaltung entstehen meist durch den Serienschwingkreis, der aus Leitungsinduktivitäten im Eingang zusammen mit der Eingangskapazität des Transistors und/oder dem Basis-Abblockkondensator gebildet wird.

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    Hallo,


    zwischenzeitlich habe ich die Sonde zum Einkoppeln des Signals aus dem NWT in die Loop fertiggestellt. Wie von Andreas beschrieben, habe ich eine "Miniloop" von ca. 5cm Durchmesser mit einem dicken Draht verwendet. Der Widerstand von 50 Ohm und eine Mantelwellensperre ist mit in dem Filtergegäuse untergebracht (Bild4).


    Diese Sonde habe ich zunächst an den Ausgang des NWT angeschlossen und als Detektor die H-Feld-Sonde "HFS-1" des Funakamateur-Feldstärke-Messkoffers verwendet. Diese H-Feld-sonde ist kalibriert und hat eine Abweichung von maximal 3dB im Frequenzbereich von 250kHz bis 250MHz.


    Das Ergebnis ist meines Erachtens ganz Ordentlich:


    • Bild1: Frequenzgang 1MHz bis 50MHz
    • Bild2: Frequenzgang 100kHz bis 1MHz
    • Bild3: Frequenzgang 1MHz bis 150MHz


    Im Bereich von ca. 400kHz bis ca. 90MHz nur geringe Abweichungen von wenigen dB. Damit ist zunächst sichergestellt, dass meine Sonde zum Einkoppeln der Signale in die Loop linear arbeitet. Die Messanordnung ist im Bild5 zu sehen. Wie von Andreas beschrieben, habe ich beide Sonden direkt nebeneinander gelegt und die Messungen durchgeführt.


    Viele 73!
    Matthias

    Hallo,


    nach den gestrigen Erfolgsmeldungen heute etwas Ratlosigkeit ?( .


    Habe heute den Verstärker mit meinem Perseus getestet. Hier zunächst mit dem HF-Span (Panoramadarstellung von 0 bis 40MHz). Dabei sind folgende Resultate herausgekommen:



    • Verstärker ausgeschaltet (Keine Versorgungsspannung), Eingang mit 1Ohm ohmsch abgeschlossen.
      Rauschpegel im HF-Span bei ca. -110dBm. (Bild1)
    • Verstärker eingeschaltet (Versorgungsspannung), Eingang mit 1Ohm ohmsch abgeschlossen.
      Rauschpegel im HF-Span bei ca. -90dBm bis -100dBm. (Bild2)
    • Verstärker eingeschaltet (Versorgungsspannung), Eingang mit NWT-Ausgang und Anpassglied angeschlossen.
      NWT-Signal 10MHz eingespeist. Rauschpegel im HF-Span bei ca. -90dBm bis -100dBm. (Bild3)
    • Verstärker eingeschaltet (Versorgungsspannung), Eingang mit Loop verbunden.
      Irgend etwas schwingt gewaltig! Rauschpegel im HF-Span bei ca. -50dBm.
      Stromaufnahme deutlich von normal ca. 85mA auf ca. 190mA gestiegen.(Bild4)


    Habe bereits in der Transistorstufe einen C von 47pF vom Emitter zur Basis eingefügt. Keine Verbesserung.
    Folgende Fragen habe ich zu meinem Verständnis:
    Wenn in der Schaltung etwas schwingt, warum passiert das dann nur, wenn ich die Loop angeschlossen habe und nicht ohne bzw. wenn ich den NWT mit dem Anpassglied verbunden habe?


    Bin für alle Hinweise dankbar!


    PS: der OV-Verstärker ist so eingestellt, das er eine Verstärkung von 4 besitzt.


    Viele 73!
    Matthias

    Hallo Matthias


    Was passiert, wenn die Loop durch eine Induktivität (ca 2-3 uH) ersetzt wird?


    Ist der Vertärker gegenüber der Loop elektrisch abgeschirmt?


    Wie hoch ist der gemessene totale Spannungs-Verstärkurkungsfaktor?


    Wie gross st die bei der Darstellung des Leistungsspektrums gewählte Filterbandbreite?


    73 de Andreas

    Probier mal eine Ferritperle über das Basis-Beinchen des BF199 zu schieben.


    73, Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Hallo


    vielen Dank für die guten Hinweise.


    Zunächst das wichtigste: Das Schwingen ist offensichtlich weg! Habe wie von Günter empfohlen, jeweils eine Ferritperle über den Basisanschluss der Transistoren gesteckt. Damit ist es mir nicht wieder "gelungen", das ganze System zum Schwingen zu bringen.


    Daraufhin habe ich einige Hörversuche mit der Aktivantenne und im Vergleich dazu mit meinem Dipol gemacht. Der Dipol ist 2*8m lang und schräg aufgespannt (zwischen 4 und 8m über Grund). Hier die ersten Ergebnisse (Bild1):



    Die Loop stand dabei noch im Shack, ca. 1,5m von dieversen elektrischen Quellen (Monitore) entfernt und jeweils auf optimalen Empfang ausgerichtet.


    Was mich am meisten stört, ist der hohe Grundpegel der Loop. Im angeschlossenem aber ausgeschaltetem Zustand der Aktivantenne liegt der Grundpegel bei ca. -110dBm, ist die Aktivantenne eingeschaltet und mit einer Induktivität con 3µH abgeschlossen, dann beträgt der Grundpegel etwa -100dBm (steigt unterhalb von 2MHz auf etwa -90dBm). Warum ich die Bake bei 3594,5kHz mit der Loop überhaupt nicht empfangen konnte kann ich mir nicht erklären.


    Ist es normal, dass der Grundpegel ohne angeschlossene Loop bereits um etwa 10dB ansteigt? Wie kann ich dass ggf. am besten ändern?. Habe ich vielleicht zu viel Verstärkung oder Rauschen die BF199 stark?



    PS: wie kann man eigentlich ein Bild direkt in den Beitrag einfügen? Über die Schaltflächen "Bild einfügen" bzw. "In den Beitrag einfügen" klappt es nicht.



    Viele 73!
    Matthias

    Hallo Matthias,



    Zitat

    PS: wie kann man eigentlich ein Bild direkt in den Beitrag einfügen? Über die Schaltflächen "Bild einfügen" bzw. "In den Beitrag einfügen" klappt es nicht.


    meines Wissens kann man Bilder nicht in den Text bringen sondern nur als Anhang. Also muss man im Text auf so ein Anhang Bild verweisen.


    73, eric1