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Forum: HF, Funk und Felder Antennenanpassung 77,5 kHz


Autor: Thomas K. (kthomas)
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Ich bastel an einem Zeitzeichentestsender (77,5 kHz) für sehr kleine 
Abstrahlleistung. Die Endstufe besteht aus 4 MOSFETs (IRF 3205 mit zwei 
IR 2112) und erzeugt ein Rechtecksignal mit 77519 Hz (20 MHz/258). 
Übliche Funkuhren sollen einen sehr schmalbandigen Empfänger besitzen, 
ist die Abweichung von 19 Hz da schon problematisch?
Als Antenne soll eine kleine Loop zum Einsatz kommen. Wie müsste die 
Antennenanpassung aussehen, bzw. wie kann man die Auslegen, ist das 
überhaupt mit vertretbarem Aufwand machbar? Ich stell mir das ungefähr 
so vor:

 >--------/\/\/\-----*-------------.
                     |             |
          L1         |              )
    __             -----  Antenne-> )
  _|  |_           -----    L2      )
                C1   |              )
                     |             |
 >-------------------*-------------'

L1 und C1 bilden einen Tiefpass, C1 und L2 einen Schwingkreis so das die 
Endstufe nicht die Blindleistung für L2 schalten muss, sondern nur noch 
die Verlustleistung der Bauteile und die (vernachlässigbare) 
Sendeleistung.

Autor: Mmmh (Gast)
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>Übliche Funkuhren sollen einen sehr schmalbandigen Empfänger besitzen,
Interessehalber würde ich gerne einen Verweis auf ein Buch, Dokument, 
Datenblatt oder ähnliches haben, wo das steht. Könntest Du mir bitte 
Referenzen angeben?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:

> Übliche Funkuhren sollen einen sehr schmalbandigen Empfänger besitzen,
> ist die Abweichung von 19 Hz da schon problematisch?

Könnte schon etwas knapp werden.  Hier:

http://www.axtal.com/data/publ/lw_filter.pdf

findet man einige Abhandlungen über Quarzfilter für 77,5 kHz, da
ist von Bandbreiten von 20 Hz die Rede für ein einpoliges Filter.

> Als Antenne soll eine kleine Loop zum Einsatz kommen. Wie müsste die
> Antennenanpassung aussehen, ...

Ich würde einen Schwingkreis auf maximale Spannung abgleichen, bei
dem die Spule Teil des Kreises ist.  Zwar wird der ein wenig
verstimmt, wenn du ihm Energie entziehst, aber das ist vermutlich
kaum der Rede wert.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Hallo Mmmh, das habe ich wahrscheinlich hier im Forum irgendwo gelesen. 
Ich meine es war von 10 Hz Bandbreite die Rede. Jörgs Quelle sollte dir 
da weiterhelfen. Wobei die Uhren die ich kenne wohl keine Induktivitäten 
(außer die Antenne) verwenden und nur mit einem einzigen Quarz für den 
Empfänger auskommen.

Jörg wie meintest du das genau, ich blick da nicht ganz durch, 
eigentlich bilden ja sowohl L1+C1 wie auch L2+C2 Schwingkreise. Wenn der 
eine geändert wird beeinflusst das auch immer den Anderen. Ich habe 
keine Idee wie man da sinnvoll vorgehen soll. Hinzukommt, das die laut 
Spice-Simulation auftretenden Ströme bei Fehlabstimmung bösre 
ausschauen...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:

> Jörg wie meintest du das genau, ich blick da nicht ganz durch,
> eigentlich bilden ja sowohl L1+C1 wie auch L2+C2 Schwingkreise.

Ja.  Der Sinn von L1 erschließt sich mir sowieso nicht.  Ich
würde wohl einfach nur den Kreis aus L2 und C1 benutzen und den
auf Maximum abstimmen.

> Hinzukommt, das die laut
> Spice-Simulation auftretenden Ströme bei Fehlabstimmung bösre
> ausschauen...

Dann bau mal ein paar realistische Verlustwiderstände in die
Simulation. ;-)

Autor: HildeK (Gast)
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>Ich meine es war von 10 Hz Bandbreite die Rede.
10 Hz BB beim Empfänger verformt den DCF-Puls aber schon sehr kräftig. 
Überschlagsbetrachtung:
Ein BB von 10Hz führt zu Anstiegszeiten von ca. 50ms. Der kurze Puls 
beim DCF ist aber nur 100ms lang und beide Flanken hätten dann je 50ms 
Anstiegszeit. Das ist schon grenzwertig.
Ich denke, normale Empfänger haben eher so ca. 20 ... 50Hz Bandbreite. 
Möglicherweise auch mehr, wenn er mischt und im ZF-Bereich filtert.

Trotzdem ist dein Ablage von rund 20Hz schon recht viel.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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HildeK schrieb:

> Möglicherweise auch mehr, wenn er mischt und im ZF-Bereich filtert.

Die einfachen Teile sind alles Geradeausempfänger, die direkt mit
einem 77,5-kHz-Quarz filtern.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Ohne L1 wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Rechtecksignal der 
Endstufe der Sinuskurve des Schwingkreis in der Endstufe verheizt. Und 
da das Rechtecksignal der Endstufe recht niederohmig ist 
(durchgeschaltete MOSFETs) würde das mit wohl mit 'ner Rauchwolke 
enden...

Die hier liege Billigfunkuhr hat übrigens nen Quarz mit der Aufschrift 
77503, also wie Jörg schon sagte ein Geradeausempfänger. Die starke 
Verformung den DCF-Puls nimmt man wohl bei Anwendungen wo die exakte 
Erkennung der Pulse auf einige ms nicht relevant ist in Kauf.

Autor: special swine flu (Gast)
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---   Zeitzeichentestsender (77,5 kHz) für sehr kleine
Abstrahlleistung. Die Endstufe besteht aus 4 MOSFETs (IRF 3205 mit zwei
IR 2112) und erzeugt ein Rechtecksignal ---

Fuer einen Testsender (sehr kleine Abstrahlleistung) brauchst du weder 4 
Mosfets noch Antenne.
Wie schon oben gesagt genuegt ein ParallelSchwingkreis ! Das Signal 
kannst du kapazitiv in den Schwingkreis einkoppeln und denselben auf 
Resonanz abstimmen...fertig.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:
> Ohne L1 wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Rechtecksignal der
> Endstufe der Sinuskurve des Schwingkreis in der Endstufe verheizt.

Kannst du ja auch in einem Widerstand verheizen. ;-)  So viel Leistung
braucht der Empfänger ohnehin nicht.  Aber Spule ist sicher auch OK.
Resonanz sollte der Parallelschingkreis für sich haben, und das würde
ich nach Spannungsmaximum machen, nicht nach irgendeiner Rechnung.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Das abstimmen ohne Drehko war nen bisschen nervig, läuft aber schon ganz 
gut. Die Beinchen des C1 sind was dünn, da müssen wahrscheinlich mehrere 
kleine Kondensatoren her.

Jörg, ohne rechnen ist das was schwierig mit 'ner Spule weil ja auch die 
Impedanzen relevant sind, also sowohl L1, C1 und L2 ungefähr passen 
müssen. Wenn man C1 als C1* und C1** (parallel) ansieht kann man L1/C1* 
als Resonaztransformator auslegen und L2/C1** als reellen resonanten 
Schwingkreis mit passender Impedanz.

Allerdings sind die ohmschen Wiederstände (bei 77,5kHz) von C1 und L2 
bei der Auslegung nen bisschen problematisch. Zumindest bei C1 wüsst ich 
keine Alternative zu Ausmessen.

Die Antenne (L2) ist jetzt ne Loop mit 250mm Durchmesser. Auf Grund der 
im Vergleich zur Wellenlänge extrem kleinen Abmessung sollte ja auch der 
Antennenwirkungsgrad und damit die abgestrahlte Leistung winzig sein 
(abgesehen von der µm-Strahlung). Deswegen hatte ich auch die kräftigere 
Endstufe vorgesehen.

Wovon hängt der Antennenwirkungsgrad für solche Sendeantennen eigentlich 
ab? Anders als bei Empfangsantennen dürfte eine (wirklich) rein 
Magnetische Antenne gar nicht funktionieren oder?

Autor: Thomas K. (kthomas)
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swine flu: Ja, die Endstufe ist etwas überdimensioniert, im Moment 
liefert sie ca. 45W und eventuell etwas Blindleistung, sollte aber nicht 
viel sein.

Aber ein Rechtecks-Signal kapazitiv in ein einen Parallelschwingkreis 
einzukoppeln musst du mir nochmal Erleutern. Die Variante scheint mir 
eher für das beheizen von Bauteilen geeignet zu sein ;)

Autor: dgsg (Gast)
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>für sehr kleine Abstrahlleistung.

>im Moment liefert sie ca. 45W

Das passt definitiv nicht zusammen.

Gast

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Versuche es mal mit einem Reihenschwingkreis. siehe Anhang. Einfach 
etwas ummoddeln.

Autor: Stefan P. (form)
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Ich hab vor 10 Jahren mal so einen DCF77 Testsender gebaut, 
funktionierte tadellos.

Mit dem Jumper rechts kann man das Signal zusätzlich noch abgeschwächter 
ausgeben lassen.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Danke Abdul, interessanter Artikel. Dürfte eigentlich genauso 
funktionieren wie meine Schaltung:
"In addition, C19 and L1 form a series resonant .tank.. The function of 
the tank is to provide a low impedance at the operating frequency fo, 
while inhibiting harmonic current flow. The result is a sine wave output 
voltage at the fundamental switching frequency."

Nur das dort die Antennenleistung in Reihe zum Reihenschwingkreis 
ausgekoppelt wird und bei mir parallel zur Kapazität (Dadurch kann die 
Kapazität der Antenne C1** und des Reihenschwingkreises C1* 
zusammenfallen).


     Reihenschwingkreis             Parallelschwingkreis
     (Anpassung auf Antenne             (Antenne)
     mit höherer Impedanz)           ca. 20..50 Ohm

>--------/\/\/\------*-------------------*---------.
                     |                   |         |
          L1         |                   |         )
    __             -----               -----       )
  _|  |_           -----               -----   L2  )
               C1*   |             C1**  |         )
                     |                   |         |
>--------------------*-------------------*---------'


Ein alleiniger Reihenschwingkreis macht nicht so viel Sinn da die 
Endstufe sonst auch die vergleichsweise sehr große Blindleistung 
schalten muss.

Was für eine Antenne hast du an deiener schaltung verwendet Stefan?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Thomas, du hast es voll erfaßt! Der Grund ist der unterschiedliche 
Blindleistungsanteil. Bei dir ist er sehr hoch, da die Antenne viel zu 
klein ist. Im obigen Artikel geht man von einer Antenne mit hohem 
Wirkungsgrad aus (Realistische Sendefrequenz bei realisierbarer 
Antennengröße). Dort ist der Blindleistungsanteil vernachlässigbar. 
Deine Analyse ist vollkommen richtig!

Übrigens unterdrückt das transformierende L-Glied freundlicherweise 
gleich die Oberwellen. Man muß nur aufpassen, das bei einem L-Glied die 
sich ergebende Bandbreite mit dem Transformationsverhältnis kräftig 
nachläßt. Umgehen kann man das durch Vorschalten eines Trafos. Also 
Splitten der Transformation in zwei Blöcke. Wenn man den Trafo dann noch 
ganz gewollt lose koppelt, in dem man die beiden Spulen weit von 
einander auf dem Kern platziert, dann bekommt man sogar über die 
Streuinduktivtät einen weiteren Pol geschenkt.
Weiter bin ich mit HF auch noch nicht gekommen. Vielleicht kann ein 
HF-Freak noch mehr dazu schreiben. Vor allem wie man obige 
Splittransformation optimal auslegt. Würde mich auch interessieren.


Zum Tasten des Senders kannst du ihn einfach ausschalten. Die üblichen 
Geradeausempfänger haben eine langsame AGC und stören sich nicht an 100% 
AM. Bei DCF77 sind es original momentan 25%, damit die Normalfrequenz 
weiterhin empfangen werden kann.

Autor: Stefan P. (form)
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Thomas K. schrieb:
> Was für eine Antenne hast du an deiener schaltung verwendet Stefan?

Ein Stück Draht, dann um den Empfänger gewickelt.

Was willst Du eigentlich mit 45 Watt Ausgangsleistung?
Willst Du eine ganze Stadt morgens verschlafen lassen, damit jeder zu 
spät zur Arbeit kommt? -> Chaos :)
Nein, diese Idee hast Du jetzt nicht von mir...

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Die 45 W ist ja nur die Leistung die zur Antenne geht, dort werden ca. 
45 W von den 45 W zu Wärme verarbeitet. Der Aufbau verkraftet die 
allerdings im Moment noch nicht so gut...

Jo schon getestet Abdul. Ein Amplitudenabsenkung auf 25 % ist mit dem 
Treiber nicht so gut zu machen, eventuell wäre eine sowas denkbar:

100% _____
    |       |        |
    |       |        |
    |       |        |
    |       |________|

        _
25%    | |
    ___| |_____  ___
               | |
               |_|

Nur dann kann nicht mehr der CTC des µC verwendet werden...

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Damit erzeugst du aber Oberwellen und die werden relativ gesehen, besser 
abgestrahlt! Wenn die Güte des Schwingkreises hoch genug ist, werden 
diese allerdings unterdrückt. Q größer 300 ist aber eher unrealistisch.

Einfach abschalten würde ich mal probieren. Eventuell Schottky-Dioden an 
der Endstufe, damit diese nicht den Geist aufgibt.

Alternativen wären noch:
- Leichte Verstimmung der Sendefrequenz
- Versorgungsspannung der Endstufe modulieren. Einfach zwei 
Spannungspegel am Spannungsregler definieren. Wird z.B. bei Class-E auch 
oft gemacht.


Von den 45W gehen sicherlich höchstens 1 Promille als Strahlung weg. Das 
induktive Feld lassen wir mal Faktor 10 des Antennenquerschnitts groß 
werden.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Ich hab jetzt als Kapazität C1 16 330nF MKT Kondensatoren an zwei 
Kupferblechstreifen gelötet. Nach Abstimmung von L2 auf maximale 
Amplitude an C1 werden jetzt 5,7 A bei 12 V aufgenommen. Die gesamte 
Leistung wird weitgehen durch L2 und C1 abgegeben (alle anderen Bauteile 
bleiben kalt). Bei L2 ist das kein Problem, aber die Kondensatoren von 
C1 erreichen in weniger als 10 Sekunden ihre maximal zulässige 
Betriebstemperatur.

Was für Alternativen bieten sich hier für C1 mit niedrigeren Verlusten 
an?

Wenn ich die eine Seite der Vollbrücke nicht umschalte sollte der 
Leistungspegel genau um 25% sinken. Das wär wohl die einfachste Lösung, 
allerdings ist dann doch noch ein Blockkondensator nötig und der der 
muss bei jedem Puls über L2 umgeladen werden. Im Moment werd ich erstmal 
bei der 0/100%-Variante bleiben.

Wie lässt sich denn die, von solch einer "Antenne" abgestrahlte Leistung 
abschätzen?

Datenblatt Kondensatoren: 
http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Dat...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:

> Was für Alternativen bieten sich hier für C1 mit niedrigeren Verlusten
> an?

Weniger Ansteuerleistung?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Vielleicht FKP in dann kleinerer Kapazität und dafür die Spule mehrfach 
wickeln?

Bevor du die Güte immerweiter hochtreibst, würde ich erstmal schauen ob 
die Reichweite schon reicht. Wenn bei den Nachbarn die Funkwecker 
spinnen, ist der erste Ärger schon vorprogrammiert.

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