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1

Freitag, 30. Oktober 2015, 18:24

Aperiodische Koax- Loop

Für den Red Pitaya benötige ich eine Empfangsantenne, die im Zimmer, also in störungsreicher Umgebung funktioniert.
Versuche mit einer abgestimmten Ferritantenne erwiesen sich bei Frequenzwechsel als wenig geeignet, da sie jedesmal manuell nachgestimmt werden muss. (Die Abstimmung per Varicap ließe sich allerdings automatisieren).
Ich erinnerte mich an einen alten Thread mit einer aperiodischen 80 cm Koax- Loop:
http://www.qrpforum.de/index.php?page=Th…D=7125&pageNo=1

Diese Antenne erschien mir als etwas sperrig, daher probierte ich eine kleinere Variante mit 40 cm Durchmesser aus. Zunächst musste dem vorhandenen Verstärker das Schwingen (bei ca. 450 MHz) abgewöhnt werden, dann war das Rauschen zu verringern. Das Ergebnis ist der Verstärker in Bild 2. Durch die Parallelschaltung von vier rauscharmen Transistoren werden ein sehr niedriger Eingangswiderstand und verringertes Rauschen (Basisbahnwiderstände liegen parallel,) erreicht.

Besonders interessant ist die niedrige untere Grenzfrequenz. Der Zeitzeichensender auf 77,5 kHz ist jederzeit zu hören.

Natürlich kann die Antenne nicht alle Störsignale ausblenden. Das Programm PowerSDR hat jedoch für diesen Zweck sehr wirksame digitale Filter (noise blanker).

Dieser Beitrag soll zu eigenen Experimenten anregen, vielleicht mit anderen Transistoren.
73, Wolfgang
»DH1AKF« hat folgende Bilder angehängt:
  • P1000231.jpg
  • Ringantenne3.jpg
  • P1000229.jpg

2

Samstag, 31. Oktober 2015, 09:20

Besonders interessant ist die niedrige untere Grenzfrequenz. Der Zeitzeichensender auf 77,5 kHz ist jederzeit zu hören.


Schönes kleines Projekt, das zeigt, wie man mit wenig Aufwand Erstaunliches erreichen kann.

Die Bandbreite einer magnetic loop (= Empfangs-Schleife mit Umfang < Lambda/10) hat zwei Grenzfrequenzen.
- Die untere (3dB) Grenzfrequenz wird vornehmlich durch die Induktivität der Schleife und den Eingangswiderstand des Verstärkers bestimmt. Es ist die Frequenz, bei der der induktive Widerstand der Schleife gleich groß ist wie der Eingangswiderstand des nachfolgenden Verstärkers.
- Die obere Grenzfrequenz wid durch die Leiterlänge bzw. den Schleifen-Umfang und die Eigenresonanzen bestimmt. Ist die Schleife läger als Lambda/10 verliert sie kontinuierlich die Eigenschaften einer "magnetic loop" und wertet zunehmend Anteile der elektrischen Feldkomponente aus.

So hat diese Loop an einem Verstärker in Basisschaltung (angenommen: Eingangswiderstand ca 2,5 Ohm) eine um 50/2,5 = 20 fach tiefere untere Grenzfrequenz, als eine Loop an einem 50 Ohm Verstärker (z.B. Norton Verstärker). Einen Nachteil darf man aber auch nicht verschweigen: Eine geschirmte Loop aus 75 Ohm Koaxkabel, die mit 2,5 Ohm fehlangepasst ist, weist ausgeprägte Resonanzen und Welligkeiten über die Frequenz auf. Dies vermeidet man in der Regel durch streng symmetrische Auskoppelung. Entweder mit Hilfe eines Trafos oder durch einen niederohmigen Verstärker mit symmetrischem Eingang. Denn in diesem Falle muss die Schleife auch nicht geschirmt werden. Die Koaxleitung wirkt nämlich nicht wie oft kolportiert als "Abschirmung gegen elektrische Felder", sondern erfüllt eigentlich die Aufgabe eines Symmetriergliedes zwischen der - gegen Erde - symmetrischen Schleife und dem - gegen Erde - unsymmetrischen Verstärkereingang.

Mehr Theoretischer Background zur Funktion der koaxialen Schleifenantenne: Chris Trask, N7ZWY "Mastering the arts of shielded loops"

73
Günter

Dieser Beitrag wurde bereits 7 mal editiert, zuletzt von »DL4ZAO« (31. Oktober 2015, 09:58)


3

Samstag, 31. Oktober 2015, 10:30

Zunächst musste dem vorhandenen Verstärker das Schwingen (bei ca. 450 MHz) abgewöhnt werden, dann war das Rauschen zu verringern.


Den Hazzle mit den schwingfreudigen Gigaherz Transistoren hättest du dir nicht antun müssen. Ein gutmütiger 2N2222A tut es genauso. Das Rauschen wird nämlich nahezu nicht durch den Transistor bestimmt. Wie LZ1AQ schlüssig aufzeigt, hat die Rauschzahl des Transistors in dieser Konstellation nur geringen Einfluss auf das Rauschen der Gesamtanordnung. http://www.lz1aq.signacor.com/docs/wsml/…oop-antenna.htm

73
Günter

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4

Sonntag, 1. November 2015, 16:06

Hallo Günter und Interessierte,
Danke für Deine aufschlussreichen Beiträge und Links!
Der induktive Widerstand dieser Ringantenne bewegt sich von 380 mOhm bei 40 kHz bis 280 Ohm bei 30 MHz. Eigentlich brauchte man mehrere Verstärker oder ein kompliziertes Anpassnetzwerk. Mit der neuen Variante gelingt die Anpassung bei den höheren Bändern etwas besser.
Die Spule 1,2 mH vergrößert (frequenzabhängig) den Eingangswiderstand der 1. Stufe. Der Widerstand 56 Ohm verhindert Schwingneigung. So funktioniert es zumindest bis zum 15m- Band.

73 Wolfgang

Anmerkung: Der Transistor 2SC3355 war hier 15-mal vorhanden, dadurch konnte ich auf (fast) gleiche Stromverstärkung und Basis- Emitter- Spannung selektieren. Es sind natürlich auch andere rauscharme Typen geeignet.
»DH1AKF« hat folgendes Bild angehängt:
  • Ring4.jpg

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »DH1AKF« (1. November 2015, 16:42)


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5

Freitag, 6. November 2015, 11:56

Verstärker optimiert

Hallo allerseits,
mit Hilfe des Programms LTspice IV habe ich den Schaltplan nochmals überarbeitet. Als Transistoren sind zwar etwas andere Typen angegeben, aber diese sind recht ähnlich zum 2SK3355. Ich habe darauf geachtet, dass der Frequenzbereich bis oberhalb 30 MHz geht.
»DH1AKF« hat folgende Bilder angehängt:
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  • LTspice2.jpg

6

Freitag, 6. November 2015, 12:27

Eine Simulation ist natürlich nur so gut wie das Modell, das sie abbildet. Das hier verwendete Modell der Loop als Spannungsquelle bildet vornehmlich die Eigenschaften des Verstärkers ab und nicht real die Eigenschaften einer von einem Magnetfeld durchflossenen abgeschirmten Koax-Schleife + Verstärker.

Wenn du statt stationärer Bauelemente als Ersatz für die Schleife die reale Umgebung mit 2 Stück 75 Ohm Leitung in die Simulation eingibst wird die Kurve durch die zwangsläufig auftretenden Leitungs-Resonanzen nicht mehr ganz so schön aussehen.

Mit einem NWA lässt sich die Gesamtanordnung realtiv einfach messen:
http://www.qrpforum.de/index.php?page=At…5f7bd3e11c16327

Zu dem Thema gab es zurückliegend schon eine umfangreiche Diskussion mit Messungen hier im Forum
http://www.qrpforum.de/index.php?page=Th…D=7125&pageNo=2

73
Günter

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »DL4ZAO« (6. November 2015, 16:52)


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Sonntag, 15. November 2015, 09:35

Weitere Optimierung und Vereinfachung

Folgende Vereinfachungen wurden vorgenommen:
- In der Eingangsstufe statt vier parallelen Transistoren nur ein 2SC3355, das ist rauscharm genug.
- Anpassung an die Widerstandsreihe E12.

Zum Thema Kabelresonanzen möchte ich nur den Hinweis geben, dass sie ab Lambda/4 störend wirken können, also weit oberhalb des zu empfangenden Bereiches.

Viel schlimmer sind Störungen durch LED- und andere Energiesparlampen sowie Schaltnetzteile in unmittelbarar Umgebung. Dank der Unterdrückungsfunktionen von PowerSDR ist das aber erträglich...
»DH1AKF« hat folgende Bilder angehängt:
  • Ring.jpg
  • PowerSDR12.jpg
  • PowerSDR.jpg