Mit welcher Empfangsfeldstärke eines DCF77 Signals kann ich rechnen? Laut Literatur liegt die Sendeleistung des DCF77 Senders in Mainflingen zwischen 30 und 25 KW EIRP. Mein Standort ist etwa 300km entfernt.
Guckst du hier: https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt4/fb-44/ag-442/verbreitung-der-gesetzlichen-zeit/dcf77.html "Unter 500 km Entfernung vom Sender kann man mit Feldstärken der Bodenwelle über 1 mV/m rechnen."
Danke für den Hinweis. Was ich noch nicht ganz verstehe: Ich habe einen Ferritstab, der eigentlich ein Magnetfeld empfängt. Wenn ich die magnetische Feldstärke hätte, die magnetsche Permabiltät und die Anzahl Windungen, müsste ich eigentlich die Spannung am Schwingkreis ausrechnen können. Das wäre zumindest das Ziel.
chris_ schrieb: > Ich habe einen Ferritstab, der > eigentlich ein Magnetfeld empfängt. Wenn ich die magnetische Feldstärke > hätte, die magnetsche Permabiltät und die Anzahl Windungen, müsste ich > eigentlich die Spannung am Schwingkreis ausrechnen können. Damit könntest du nur die Spannung an einer leerlaufenden Spule ermitteln. Für die Spannung an einem Schwingkreis brauchst du noch dessen Güte. Du kannst auch die Sache einfach aufbauen, die Spannung messen und dann mit den bekannten Werten zurückrechnen welche Feldstärke vorliegt.
http://www.spezialantennen.eu/ da hat sich einer auf Ferritantennen spezialisiert, es gibt auch Testberichte als pdf.
chris_ schrieb: > Mit welcher Empfangsfeldstärke eines DCF77 Signals kann > ich rechnen? > > Laut Literatur liegt die Sendeleistung des DCF77 Senders > in Mainflingen zwischen 30 und 25 KW EIRP. > Mein Standort ist etwa 300km entfernt. Nu ja, als grobe Abschätzung über zwei Fäuste würde ich annehmen, dass die gesamte abgestrahlte Leistung von 30kW gleichmäßig in den Halbraum oberhalb der Erde verteilt wird. (Wegen Bodenwelle und horizontaler Anordnung der Antenne stimmt das natürlich nicht ganz.) Die Wellenfronten bilden also Halbkugeln; die Halbkugel mit 300km Radius hat eine Fläche von 2*pi*(300km)^2, das sind 6.28*9*10^10m², also ca. 5.6*10^11m². 30kW/5.6*10^11m² sind ca. 5.5kW/10^11m² oder auch 5.5W/10^8m²; das sind 55W/10^9m² bzw. 55nW/m². Ohne tiefergreifende Ahnung würde ich ganz hemdsärmelig über den Feldwellenwiderstand von 377 Ohm von der Flächen- leistungsdichte auf die Feldstärke zurückrechnen: E = sqrt(55nW/m²*377Ohm) = sqrt(20.735*µV*A*V/(A*m²)); E = 4.55*sqrt((µV*V)*(A/A)*(1/m²)) = 4.5mV/m. Das stimmt angesichts der sehr groben Annahmen verblüffend gut mit den anderswo genannten 1mV/m in 500km Entfernung überein. Für H ergibt sich entsprechend H = sqrt((55nW/m²)/(377V/A)), das ist H = sqrt(146*(pV/V)*(A*A)*(1/m²)) = 12µA/m. Kontrollrechnung: 12µA/m * 4.5mV/m = 54nW/m²; das stimmt also. Keine Ahnung, man so rechnen darf -- die Zahlen sehen jedenfalls plausibel aus, und die Einheiten stimmen auch.
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Nicht übel - der Wert passt sehr gut. BC107 schrieb im Beitrag #6933050: > Guckst du hier: > > https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt4/fb-44/ag-442/verbreitung-der-gesetzlichen-zeit/dcf77.html > > "Unter 500 km Entfernung vom Sender kann man mit Feldstärken der > Bodenwelle über 1 mV/m rechnen." Auf der HTML-Seite findet man das nicht so leicht. Über den PDF-Link oben im Text kann man sich das Dokument "ptb mitteilung 114 pdf" runterladen. Dort gibt es die passenden Diagramme und viel weiteres. Also nicht übersehen!
Es gibt leider viele "Mitteilungen 114" von der PTB Das ist die richtige: PTB-Mitteilungen 114 (2004), Heft 4 Themenschwerpunkt Zeit- und Normalfrequenzverbreitung mit DCF77: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_4/4.4_zeit_und_frequenz/4.42/dcf77.pdf So nebenbei erfuhr ich hier auch wieso dieses Jahr der 1./2.Januar noch zum alten Jahr gehörten: "Die erste Kalenderwoche eines Jahres ist diejenige, in die mindestens vier Tage des neuen Jahres fallen"
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Christoph db1uq K. schrieb: > So nebenbei erfuhr ich hier auch wieso dieses Jahr der 1./2.Januar noch > zum alten Jahr gehörten Ist zwar OT, gilt aber natürlich nur da, wo nach Kalenderwochen gerechnet wird. Solange es nach Tag, Monat, Jahr geht, gilt 1.1.-31.12.
Christoph db1uq K. schrieb: > So nebenbei erfuhr ich hier auch wieso dieses Jahr der 1./2.Januar noch > zum alten Jahr gehörten: Nein, das stimmt so nicht! Im Jahr 2022 fängt die 1. KW erst am 3. Januar an, weil eine Woche bei uns immer am Montag anfängt. Das Jahr fängt aber am 1.1. an und hört am 31.12. auf.
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Ja klar. 1. und 2. Januar gehörten noch zur KW52 von 2021, so jedenfalls auch der Ubuntu-Kalender.
Christoph db1uq K. schrieb: > Ja klar. 1. und 2. Januar gehörten noch zur KW52 von 2021, so jedenfalls > auch der Ubuntu-Kalender. Aber die KW52 von 2021 liegt eben teilweise im Jahr 2022. Und alles nur, weil die Zahl der Erddrehungen pro Jahr nicht durch 7 teilbar ist. Mindestens genauso störend ist es, dass die Umlaufdauer der Erde um die Sonnen nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Umdrehungsdauer ist.
von ArnoR (Gast) >Du kannst auch die Sache einfach aufbauen, die Spannung messen und dann >mit den bekannten Werten zurückrechnen welche Feldstärke vorliegt. Die Spannung von der Antenne zum Verstärker ~11uV Jetzt stellt sich die Frage, wie man das in Bezug auf die Abschätzung von Egon D. setzt.
chris_ schrieb: > Die Spannung von der Antenne zum Verstärker ~11uV > > Jetzt stellt sich die Frage, wie man das in Bezug auf die Abschätzung > von Egon D. setzt. Einfach indem du gemäß dieser Aussage: chris_ schrieb: > Wenn ich die magnetische Feldstärke > hätte, die magnetsche Permabiltät und die Anzahl Windungen, müsste ich > eigentlich die Spannung am Schwingkreis ausrechnen können. die Gleichung nach der Feldstärke umstellst und deine bekannten bzw. gemessenen Werte einsetzt. Den berechneten Wert vergleichst du dann mit Egons Rechnung oder den Angaben im PTB-Papier.
Hmm .. für die Berechnung brauche ich die magnetische Permeabiltät des Ferritkerns. Die habe ich nicht, also versuche ich mal den umgekehrten Weg: Ich nehme die gemessene Induktiviät und versuche die Permeabiltät (ur) zu berechnen. Die Frage ist: nimmt man die Länge der Wicklungsbreite oder die Länge des gesammten Stabes. Die Wicklung ist nur 25mm breit wenn ich es damit rechne komme ich auf 11.7 für ur: u0 = 0.0000012566 D_mm = 13.500 r = 0.0067500 A = 0.00014314 N = 21 L_uH = 37 L = 0.000037000 l_mm = 25 l = 0.025000 ur = 11.7 Kann das sein? In der Wikpedia bewegt sich die Permeabiltät von Ferrit im Bereich von 4..15000. Damit wäre der Ferritstab am unteren Ende.
Das dürfte schon passen. Die Permeabilität kannst Du am offenen Stab nicht messen. Dazu nimmt man einen geschlossenen Ring (Toroid).
chris_ schrieb: > ur = 11.7 > > Kann das sein? Warum nicht? Der "Luftspalt" eines Stabkerns ist ja riesig; da kann nicht viel effektive Permeabilität übrigbleiben. > In der Wikpedia bewegt sich die Permeabiltät von Ferrit > im Bereich von 4..15000. Damit wäre der Ferritstab am > unteren Ende. Jein. Da es (in der konventionellen Auffassung) keine magnetischen Monopole gibt, müssen die magnetischen Feldlienien immer geschlossen sein. Beim Stabkern kann man somit nie die reine, unverfälschte Permeabilität des Stabmaterials messen, weil die Feld- linien immer auch durch den breiten Luftspalt hindurch müssen. Das geht, wie schon richtig bemerkt wurde, nur beim Ringkern.
Hier mal der Versuch, die Induzierte Spannung an der Spule auszurechnen (ohne Resonanzkreis)
1 | % DCF77 magnetische Feltstärke in 500km Entfernung von Sender nach Egon D. |
2 | H_uA_per_m=12 |
3 | H=H_uA_per_m*1e-6; |
4 | % geschätztes ur des Ferritstabs |
5 | ur=11.7 |
6 | % magnetische Feldstärke |
7 | B=ur*H |
8 | % Durchmesser Spule |
9 | D_mm=13.5 |
10 | r=D_mm/2/1000 |
11 | A=pi*r^2 |
12 | % Anzahl Windungen |
13 | N=21 |
14 | % magnetischer Fluss Phi |
15 | phi=B*A |
16 | % magnetischer Gesamtfluss Psi |
17 | psi=N*phi |
18 | % Kreisfrequenz DCF77 |
19 | w=2*pi*77500 |
20 | % Induktionsspannung |
21 | U=w*psi |
Ergebnis: H_uA_per_m = 12 ur = 11.700 B = 0.00014040 D_mm = 13.500 r = 0.0067500 A = 0.00014314 N = 21 phi = 0.000000020097 psi = 0.00000042203 w = 486946.86131 U = 0.20551 Die Feldstärke des DCF77 Signals ist hier 140uT, was in etwa 1/3 des Erdmagnetfeldes wäre (50uT). Allerdings ist die berechnete induzierte Spannung um mehrere 10ner Potenzen daneben: 0.2V Mit dem Verstärker und Resonanzkreis misst man eher 6uV. Wo könnte der Fehler liegen?
Zumindest fehlt da die Spulengüte. Ob der H-Wert stimmt, kann ich nicht beurteilen. Ich lehne mich mal aus den Fenster und probiere es über die Feldstärke E. Die Induktionsspannung bei einer flachen Luftspule beträgt zunächst einmal:
1 | U = E/c*w*N*A |
Die Spannung erhöht sich um ein "wirksames ur" welches vom Material und der Geometrie abhängen wird. Annahme: ur=11.7 Die Spannung erhöht sich um die Schwingkreisgüte. Annahme: Q=100 Die Spannung am Schwingkreis beträgt dann:
1 | U = E/c*w*N*A*ur*Q |
2 | = 0.002/3e8*486946*21*0.00014314*11.7*100 V |
3 | = 11 µV |
4 | |
5 | mit |
6 | E = 0.002 V/m // PTB-Diagramm bei 500km: 65dB*µV/m = 2mV/m |
7 | c = 3e-8 m/s |
8 | w = 486946 1/s |
9 | N = 21 |
10 | A = 0.00014314 m^2 |
11 | ur = 11.7 // Annahme |
12 | Q = 100 // Annahme |
chris_ schrieb: > Die Feldstärke des DCF77 Signals ist hier 140uT, was in > etwa 1/3 des Erdmagnetfeldes wäre (50uT). ??? > Allerdings ist die berechnete induzierte Spannung um > mehrere 10ner Potenzen daneben: 0.2V > Mit dem Verstärker und Resonanzkreis misst man eher 6uV. > > Wo könnte der Fehler liegen? Magnetische Feldkonstante (µ0) vergessen.
chris_ schrieb: > Laut Literatur liegt die Sendeleistung des DCF77 Senders in Mainflingen > zwischen 30 und 25 KW EIRP. > Mein Standort ist etwa 300km entfernt. So einfach ist das nicht. Es kommt auf die geografische Beschaffenheit deiner Umgebung an und Störquellen in deiner Umgebung. Wohnst du im Flachland oder mitten im Bergmassiv? Bist du umgeben von Umspannwerken, Solaranlagen und Schaltnetzteilen oder lebst du allein auf dem Land?
Egon D. schrieb
>Magnetische Feldkonstante (µ0) vergessen.
Oh, Du hast Recht. Blöder Fehler.
[code]
% DCF77 magnetische Feltstärke in 500km Entfernung von Sender nach Egon
D.
H_uA_per_m=12
H=H_uA_per_m*1e-6;
% geschätztes ur des Ferritstabs
ur=11.7
% magnetische Feldkonstante μ0, auch Magnetische Permeabilität des
Vakuums
u0=4*pi*1e-7
% Permeabilität
u=ur*u0
% magnetische Feldstärke
B=u*H
% Durchmesser Spule
D_mm=13.5
r=D_mm/2/1000
A=pi*r^2
% Anzahl Windungen
N=21
% magnetischer Fluss Phi
phi=B*A
% magnetischer Gesamtfluss Psi
psi=N*phi
% Kreisfrequenz DCF77
w=2*pi*77500
% Induktionsspannung
U=w*psi;
U_uV=U*1e6
[\code]
H_uA_per_m = 12
ur = 11.700
u0 = 0.0000012566
u = 0.000014703
B = 0.00000000017643
D_mm = 13.500
r = 0.0067500
A = 0.00014314
N = 21
phi = 2.5254e-14
psi = 5.3034e-13
w = 486946.86131
U = 0.00000025825
U_uV = 0.25825
Jetzt liege ich mit 0.26uV schon mal in der Nähe der richtigen
Größenordnung. Jetzt muss noch irgendwie die Resonanz des Schwingkreises
mit rein.
Angehängte Dateien:
Die Simulation des Resonanzkreises zeigt, dass sich die Empfangsamplitude der Antenne durch die Resonanz ziemlich verstärkt. Das Ergebnis der Simulation ist fast zu gut: es ist nämlich ziemlich genau die Amplitude, die auch aus dem realen Verstärker raus kommt ...
chris_ schrieb: > Ich habe einen Ferritstab, der > eigentlich ein Magnetfeld empfängt. Der Ferritstab hat ein Richtdiagramm, und wenn er falsch genug ausgerichtet ist, empfängst du gar nichts.
von Hp M. (nachtmix) >Der Ferritstab hat ein Richtdiagramm, und wenn er falsch genug >ausgerichtet ist, empfängst du gar nichts. In erster Näherung könnte das so sein. Es war aber hier auch nicht die Frage. Unter formalen Gesichtspunkten taugt deine Aussage nichts, weil der Begriff "falsch genug" keine technisch messbare Größe ist.
chris_ schrieb: > Unter formalen Gesichtspunkten taugt deine Aussage nichts, weil der > Begriff "falsch genug" keine technisch messbare Größe ist. Wenn du an gibst, wie hoch das Rauschen deines Empfängers ist und wie hoch der für einen ausreichend guten Empfang erforderliche Störabstand ist, lässt sich das "falsch genug" leicht quantifizieren - also nur zu.
chris_ schrieb: > So sieht die Antenne aus. Ein bischen zu gross fuer meine "Casia Wave Ceptor" - Armbanduhr.Eigentlich fast unglaublich, dass die Japaner mit der winzigen Antenne das DCF-Signal noch in 2000km Entfernung einwanfrei verwerten koennen. Mit der abgebildeten Antenne muessten sie wahrscheinlich noch einen 100dB Abschwaecher dazuklatschen um den Vorverstaerker nicht in die Begrenzung zu treiben 😁😁😁
Toxic schrieb >Mit der abgebildeten Antenne muessten sie wahrscheinlich noch einen >100dB Abschwaecher dazuklatschen um den Vorverstaerker nicht in die >Begrenzung zu treiben Ja, die Antennen könnte einen "Optimierungslauf" gebrauchen. Ich vermute, dass die 20 Windungen ziemlich suboptimal sind und man vielleicht mit mehr Windungen bessere Ergebnisse erzielen könnte. Wolfgang schrieb >Wenn du an gibst, wie hoch das Rauschen deines Empfängers ist und wie >hoch der für einen ausreichend guten Empfang erforderliche Störabstand >ist, lässt sich das "falsch genug" leicht quantifizieren - also nur zu. Es ging mir eher darum, dass die Annahme, es gibt eine Richtung in der man kein Signal empfangen kann, möglicherweise falsch sein könnte. Kann es sein, dass durch Reflexionen die Signale auch in anderen Richtungen empfangen werden kann?
chris_ schrieb: > Ich vermute, dass die 20 Windungen ziemlich suboptimal sind und man > vielleicht mit mehr Windungen bessere Ergebnisse erzielen könnte. Mit Sicherheit. chris_ schrieb: > Kann > es sein, dass durch Reflexionen die Signale auch in anderen Richtungen > empfangen werden kann? Durchaus. In Gebäuden bilden Stromleitungen, Heizungs und Wasserrohre ebenfalls Antennen, teilweise als kurzgeschlossene Schleifen, bei denen der Leiter von konzentrischen Magnetfeldlinien umgeben ist. Dadurch kann das Feld völlig verzerrt werden und sowohl Richtung wie auch Polarisation ändern. Andererseits führen solche grossen Antennen auch relativ hohe HF-Ströme, an deren Magnetfelder man leicht ankoppeln kann. Der Ferritstab muss dazu quer zu dem Leiter stehen. Die Empfangseigenschaften von Ferritantennen sind überhaupt recht bescheiden. Schon 1m Draht, korrekt an einen Schwingkreis angepasst, ist besser. Der Vorteil der Ferritantennen ist hauptsächlich, dass man, wegen des Richtdiagramms, Störer besser ausblenden kann.
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