ich baue derzeit einige Luftspulen (Nicht-Linearitäten aufgrund etwaigen Kernmaterials sollen vermieden werden), die eine möglichst hohe Resonanzfrequenz aufweisen sollen. Die angestrebte Induktivität liegt im einstelligen uH-Bereich. Bei schlichter, einlagiger Wicklung lande ich derzeit ca. bei 20 MHz, eine Erhöhung um den Faktor 5 wäre super. Räumlich gibt es im Grunde keine Begrenzung.
Da die Spule größeren Stromimpulsen ausgesetzt ist, bin ich beim Durchmesser des Leiters (HF-Litze) nur eingeschränkt flexibel. Mein Ansatz war bisher, über das Verhältnis des Spulendurchmessers und der Spulenlänge möglichst geringe kapazitive Kopplungen zwischen den Windungen zu realisieren (übrige Parameter wie Windungszahl etc. kürzen sich bzgl. C näherungsweise aus). Leider musste ich feststellen, dass ich über diesen Weg nicht zur gewünschten Resonanzfrequenz komme. Meine Vermutung ist, dass wg. der steigenden Leiterlänge die Kapazität ggü. Erde zunehmend dominant wird (wir reden bei 100 MHz und ein paar uH eben auch nur von ein paar pF, ausgehend von einem "lumped model").
Ich habe in einem anderen Forenbeitrag von verbesserten Wicklungstechniken gelesen (Kreuzwicklung, Korbspule, Sternspule etc.), die u.a. auf dieser Seite beschrieben werden: https://www.jogis-roehrenbude.de/Spulenwickeln.htm
Die Wicklungstechniken könnten die Inter-Windungskapazität verringern und somit eine geringe Leiterlänge ermöglichen. Bevor ich mich jedoch an's Werk mache und unnötig Material verschwende: Hat hier jmd. schon Erfahrung damit gemacht?
Die Wicklungstechniken könnten die Inter-Windungskapazität verringern
und somit eine geringe Leiterlänge ermöglichen. Bevor ich mich jedoch
an's Werk mache und unnötig Material verschwende: Hat hier jmd. sch
Klar reduziert die Korbspule die Windungskapazität, erhöht die Güte und Resonanzfrequenz.
Aber fur eine eventuell PI Induktionsspule reicht es eigentlich, den Draht mit Abstand zu verlegen, als Zylinder oder Flachspule nimmt man einfach 2 Drähte, sauber nebeneinander gewickelt und vielleicht auf klebrigem Träger, und wickelt dann einen wieder ab.
Ich habe in einem anderen Forenbeitrag von verbesserten
Wicklungstechniken gelesen (Kreuzwicklung, Korbspule, Sternspule etc.),
die u.a. auf dieser Seite beschrieben werden:
Die sind für Lang- und Mittelwelle gedacht, aber
nicht für UKW wo du hin willst.
abgesehen von kapazitätsarmer Wickeltechnik, solltest du deine Spule in mehrer Spulen mit kleinerer Induktivität aufteilen, die hinter ein ander geschaltet sind. Das nennt man Kammertechnik, wenn sie auf einem gemeinsamen Spulenträger aufgebracht sind.
Somit sind die Resonanzfrequenzen viel höher als bei der Ausführung als eine einzige Spule. Zu dem addieren sich die Teilinduktivitäten, während bei den Kapazitäten die Kehrwerte addiert werden, sodass die Gesamtkapazität viel geringer wird.
Evntuell ist es auch sinnvoll, die Induktivitäten verschieden gross zu machen und gestaffelt anreihen, das kann ein breitbandigeres Verhalten bewirken, ähnlich wie bei den konischen Spulen.
Für ~149 nehme ich immer so zwischen 4 und 5 Windungen, 2mm versilberten CU draht, 9-10mmø innen.
Für 100MHz bei nur einer Windung und Hohem Q würde ich zwischen 71 und 73 cm Draht zu einer Schlaufe mit ca.22cm Durchmesser gebogen, beginnen und einen parallel C zwischen 4-20pf (Trimmer).
Auskopplung über eine anzapfung oder Kapazitiv am parallel C.
Das wäre im Grunde eine Magnetic Loop, für 149MHz habe ich sowas auch bereits gebaut. Von wie viel Strom sprechen wir? Der C muss entsprechend spannungsfest gewählt werden. Bei so dünnen Leitern und so mehr als bei dicken rohren.
Da die Spule größeren Stromimpulsen ausgesetzt ist, bin ich beim
Durchmesser des Leiters (HF-Litze) nur eingeschränkt flexibel.
Vor einiger Zeit (geschätzte drei Jahre oder so) gab es einen Artikel über HF-Litze im Funkamateur. Wenn ich mich richtig erinnere, ist diese bis etwa 500 kHz besser als massiver Draht, bringt dann aber keinen Vorteil mehr. Wenn es um dutzende MHz geht, wäre wohl versilberter oder polierter Kupferdraht besser geeignet. (Falls jemand Erfahrung dazu hat, würde mich das auch interessieren.)
Aber fur eine eventuell PI Induktionsspule reicht es eigentlich, den
Draht mit Abstand zu verlegen
Das war mein bisheriger Ansatz, konnte die Resonanzfrequenz hierüber aber nicht ausreichend erhöhen. Wie angesprochen ist meine Vermutung, dass die Kapazität gegen Erde zunehmend dominant wird (das könnte an dem notwendigen Leiterquerschnitt liegen, den ich für das Stromrating brauche). Daher suche ich nach Möglichkeiten, die Gesamtleiterlänge zu reduzieren, ohne aber die Windungskapazitäten als Bottle-Neck wiedereinzuführen.
mehrer Spulen mit kleinerer Induktivität aufteilen, die hinter ein ander
geschaltet sind. Das nennt man Kammertechnik, wenn sie auf einem
gemeinsamen Spulenträger aufgebracht sind.
Von dieser Technik habe ich schon gehört. Mir ist allerdings nicht klar, wie hierüber letzten Endes die akkumulierten Windungskapazitäten verringert werden können. Bei einer gleich bleibenden Gesamtlänge würde eine Segmentierung doch lediglich zu einer anderen Aufteilung der Einzelkapazitäten, nicht aber zu einer Reduzierung der gesamten führen? Hast du zufällig eine Quelle, mit welcher ich mich weiter einlesen könnte?
Vermutlich habe ich meinen Beitrag etwas unglücklich eingeordnet. Es geht um eine Induktivität, die ich für die Charakterisierung von Leistungsschaltern verwenden möchte. Insofern soll die Resonanzfrequenz so hoch liegen, um bei Schaltflanken möglichst wenig kapazitäre Einflüsse einzubringen, d.h. ein Überschwingen soll minimiert werden. Jedenfalls sind die Schalter keine kleinen Dinger, die Spule wird schon mit bis zu einem kA und einigen kV beaufschlagt.
Wenn ich mich richtig erinnere, ist diese
bis etwa 500 kHz besser als massiver Draht, bringt dann aber keinen
Vorteil mehr
Diese Problematik ist mir bekannt. Ab einer bestimmten Frequenz kann der interne Proximity-Effekt der HF-Litze den Vorteil beim Skin-Effekt egalisieren bzw. sogar umkehren, siehe bspw: https://www.all-electronics.de/wp-content/uploads/migrated/article-pdf/86456/pack-feindr-hte-neu-ei10-10-032.pdf
Wie oben beschrieben ist die Grundfrequenz der eigentlichen Anregung bei mir jedoch deutlich geringer, die 100 MHz sind lediglich angestrebt, um Schwingungen afugrund der schnellen Schaltflanken zu vermeiden. Dennoch werde ich mir noch einmal anschauen, ob Einzelleiter nicht doch die bessere Wahl sein könnten.
Vielen Dank nochmals für die netten Beiträge. Wünsche allen ein schönes Wochenende.
Bei einer gleich bleibenden Gesamtlänge würde
eine Segmentierung doch lediglich zu einer anderen Aufteilung der
Einzelkapazitäten, nicht aber zu einer Reduzierung der gesamten führen?
Bei mehrlagiger Bauweise, zB in Kreuzwickeltechnik wäre eine Reduktion allein durch die Segmentierung gegeben. Bei einlagiger Bauweise, die sich hier empfiehlt, musst du eben ausreichend grosse Abstände zwischen den Segmenten vorsehen.
Die Quellen sind so leicht mit einer Suchmaschine zu finden, dass ich mir dazu keine Links notiere. Die braucht es bei einem so allgemeinen Thema nicht wirklich.
Bei einlagiger Bauweise, die
sich hier empfiehlt, musst du eben ausreichend grosse Abstände zwischen
den Segmenten vorsehen.
Ein größerer Abstand der Segmente würde zu dichter gepackten Windungen innerhalb der Segmente führen, wenn die Gesamtlänge für die gekammerte und "ungekammerte" Spule als konstant angenommen wird. Die Gesamtkapazität würde meines Erachtens nicht sinken. Aber vllt. reichen die Grundgleichungen und ESBs, mit denen ich mir das versuche zu erklären, einfach nicht aus.
Die Quellen sind so leicht mit einer Suchmaschine zu finden
In der Tat konnte ich häufig lesen, dass diese Techniken existieren und sie eine Verbesserung versprechen. Eine Erklärung oder gar Herleitung der Eigenschaften anhand von Gleichungen, Skizzen und/oder ESB konnte ich aber nicht finden. Gerade so etwas würde mich aber interessieren, um eben eine fundierte Prädiktion der Verbesserungen anzustellen. Ich denke es ist klar geworden, dass bei meinen Dimensionen / Materialeinsatz ein einfaches "drauf loswickeln" als Ultima Ratio anzusehen ist.
Ich denke, ich sollte dann doch einmal etwas Fachliteratur heraussuchen. Dennoch danke für den Input und liebe Grüße.
Moritz
Ein größerer Abstand der Segmente würde zu dichter gepackten Windungen
innerhalb der Segmente führen, wenn die Gesamtlänge für die gekammerte
und "ungekammerte" Spule als konstant angenommen wird.
Von "konstanter" "Gesamtlänge" habe ich auch nicht geschrieben, sondern von "ausreichend grossen Abständen".
Bei mehrlagiger Bauweise, zB in Kreuzwickeltechnik wäre eine Reduktion
allein durch die Segmentierung gegeben. Bei einlagiger Bauweise, die
sich hier empfiehlt, musst du eben ausreichend grosse Abstände zwischen
den Segmenten vorsehen.
Bei den angegebenen Daten (außer Arbeitsfrequenz?) ist eine einlagige Spule mit mehreren Windungen wohl das günstigste (eine einlagige Loop verliert einen Teil der Güte durch Abstrahlung --> "Antenne").
Sorry, jetzt wird es korinthenkackerisch:
Die sog. Eigenkapazität ist eigentlich gar keine, sondern wird durch die Eigenschaft der Spule als aufgewickelte HF-Leitung definiert. Hab dazu drei pdf's drangehängt. Die Auswirkung kann man natürlich üblicherweise als Eigenkapazität ansehen.
Die maximale Güte wird übrigens bei einem Verhältnis von D/L =2 erreicht, wobei die nur relativ wenig bei kleineren Verhältnissen (im Beispiel bei 1,5) abfällt.
Viel Spaß, Horst
Pass auf, dass dir die Spule bei diesen Leistungen nicht um die Ohren fliegt ;-))
separat deswegen, da es für das Verständnis und die Analyse sinnvoll ist, nicht alle möglichen Maßnahmen gleichzeitig in einen Topf zu werfen. Dass eine Kombination möglich ist, leuchtet mir natürlich ein.
Von konstante Gesamtlänge schreibe ich, da dies einen fairen Vergleich zwischen bpsw. Kammerwicklungen und gleichmäßig verteilter Wicklung erlaubt.
Mit dem Verständnis hakt es, da ein einfaches Modell mit in serie geschalteten Windungskapazitäten eben gerade aufzeigt, dass die gekammerte Version keine Vorteile bringt. Stelle dir mehrere Plattenkondensatoren in Reihe vor, deren Plattenabstände du variabel untereinander aufteilen kannst. Die Gesamtkapazität der Serienschaltung wird die gleiche sein, egal ob die Plattenabstände gleichmäßig aufgeteilt sind oder eben "gekammert". Also braucht es offenbar ein ein erweitertes Modell, mit welchem aber weder argumentiert noch darauf verwiesen wurde.
Sorry, ich will kein Beef und dir auch nichts vorhalten. Würde mich freuen, Geduld und Freundlichkeit beizubehalten.
Von konstante Gesamtlänge schreibe ich, da dies einen fairen Vergleich
zwischen bpsw. Kammerwicklungen und gleichmäßig verteilter Wicklung
erlaubt.
Es geht nicht um Fairness, sondern um Optimierung. Und diese hat ihren Preis. Bei der einlagigen Spule brauchst du Abstände und die führt in diesem Fall zu einer Verlängerung. Da jetzt zu sagen, nein, ich verzichte auf diese Optimierungsmassnahme, weil sie unfair ist, halte ich für kontraproduktiv.
Stelle dir mehrere
Plattenkondensatoren in Reihe vor, deren Plattenabstände du variabel
untereinander aufteilen kannst. Die Gesamtkapazität der Serienschaltung
wird die gleiche sein, egal ob die Plattenabstände gleichmäßig
aufgeteilt sind oder eben "gekammert".
Deine Analogie ist entspricht der einlagigen Spule, für eine mehrlagige Spule, zB kreuz gewickelt, ist sie untauglich, weil nicht nur die Kapazitäten zwischen aufeinander folgenden Windungen wirksam sind. In letzterem Fall koppeln Windungen kapazitiv auf Windungen in anderen Lagen. Diese Kapazitäten werden weniger wirksam, wenn gekammert wird. Denn dann wird über weniger Windungen hinweg kapazitiv gekoppelt.
Ab Besten zeichnest du dir das auf oder du liest etwas darüber. Es wurde genug dazu publiziert.
Das stelle ich überhaupt nicht in Frage. Wenn man nicht vom spez. Fachgebiet ist und keinen Zugang zu IEEE o.ä. hat, kann die Suche nach den richtigen Publikationen aber äußerst beschwerlich sein. Ich dachte eigentlich, Foren wie diese seien dafür da, sich gerade in solchen Situation gegenseitig auszuhelfen, anstatt nur auf die allg. Existenz der Literatur zu verweisen.
Mal eben ein prädiktionstaugliches ESB herleiten ist nicht so einfach, sonst wäre es mir zwischenzeitlich gelungen und es gäbe dann wohl auch nicht soviele Publikationen hierzu.
Bei der einlagigen Spule brauchst du Abstände und die führt in diesem
Fall zu einer Verlängerung.
Wie ich eingangs beschrieben habe, war dies mein erster Ansatz, der
jedoch nicht zielführend war.
Seltsam, in deinem Eingangspost lese ich nichts von einer Induktivität, die in mehrere Teile aufgeteit wurde und mit ausreichend Abstand angeordnet waren. Wie war der Aufbau genau? Zeige die Eingesetzten Schaltbilder, die Aufbauten und die Messergebnisse. Und begründe schlüssig, was warum in welcher Hinsicht "nicht zielführend war".
Wie bitte? Ein fairer Vergleich ist doch absolut notwendig, um
(Optimierungs-)Ergebnissen Aussagekraft zu geben.
Aber nicht so, wie du vorgehst. Du kannst so gar nicht vergleichen, weil du Varianten aufgrund untauglicher Kriterien ausschliesst, bevor du sie vollständig verstanden und entscheidungsreif ausgearbeitet hast.
Wenn man nicht vom spez.
Fachgebiet ist und keinen Zugang zu IEEE o.ä. hat, kann die Suche nach
den richtigen Publikationen aber äußerst beschwerlich sein.
Ja so ist das eben, Recherche bedeutet Arbeit.
Was du suchst, scheint eine bequeme Nachbaulösung zu sein, die man abkupfern kann, ohne sie wirklich zu verstehen.
Die Aufgabenstellung ist aber auch mit den einfachen elektrotechnischen Grundlagen lösbar, wenn man sich diese angeeignet hat, verstanden hat und auch anwenden kann. Ich habe versucht, dir zu helfen, in dem ich das aufzeige und vorschlage und auch ins Detail gehende Hinweise gebe.
schade, mikrocontroller.net scheint über die letzten 13 Jahre nicht wirklich ein angenehmerer Ort des Austausches geworden zu sein. Wir beide sind wohl inzwischen im Nirvana der Selbstgefälligkeit gelandet, deswegen werde ich inhaltlich nicht weiter auf deinen Post eingehen, auch wenn es mir schwer fällt. Generische Vorwürfe von Bequemlichkeit, Unschlüssigkeit und fehlendem Grundlagenwissen sowie dessen Anwendung will und muss ich mir wirklich nicht gefallen lassen.
Für all diejenigen, die es noch interessiert und sich durch die Anmaßung eines gewissen Nutzers durchgequält haben.
Ich habe den Versuch unternommen, meine bisherige Spule im Raum zu bewegen und unter anderem ein dünnes, geerdetes Blech in koaxialer Richtung mit Abständen von 10cm bis 130cm zur Spulenaußenseite anzuordnen. Mit zunehmender Nähe war eine kontinuierliche Abnahme der Resonanzfrequenz zu beobachten, wobei die höchste Frequenz bei Abstinenz des Bleches zu ermitteln war. Das Delta zw. 10cm und Abstinenz war ca. 4 MHz (max. ermittelte Frequenz 20 MHz), der Wert der Induktivität erfuhr hingegen keine wesentlichen Änderungen. Anhand des Versuches sehe ich meine Annahme bestätigt, dass die Leiter-Erde-Kapazitäten des vergleichsweise großen Leiters der Bottle-Neck meines derzeitigen Aufbaus hinsichtlich höherer Resonanzfrequenzen ist.
Schade, dass darauf nicht eingegangen wurde, sondern stattdessen das Ego durch ungerechtfertigte Plattitüden aufpoliert werden musste. Was da schiefgelaufen ist, lässt sich vllt. in der Grundlagenliteratur der Elektrotechnik nachschlagen. Wobei es da wahrscheinlich kein Kapitel zur angebrachten Selbstreflexion gibt.
Da hier vorgeschlagen wurde, zur Reduktion der Eigenkapazität zwei oder mehrere Spulen in Serie zu schalten, habe ich das mal auf die Schnelle duechgemessen - mit überraschendem Resultat!
Eine Luftspule, 10 Wdg. 1mm CuL, 11 mm Durchm., 11 mm lang, müsste etwa 0,6µH haben, zeigt eine Eigenresonanz bei 375 MHz, also Eigenkapazität 0,3 pF. Zwei solcher Spulen in Serie, in 2 cm Abstand und 90° zueinander angeordnet, wirken aber so, als wäre die Verbindung beider Spulen mit einer zusätzlichen Kapazität von etwa 0,3 pF gegen Masse geschaltet, Koppelfaktor der Spulen unter 0,1.
Wie kommst du übrigens auf 20 MHz? Liegt das an den Abmessungen? Ich könnte mir vorstellen, dass du 10 mm Durchmesser für den "Draht" und 10 cm Spulendurchmesser brauchst?
Generische Vorwürfe von Bequemlichkeit,
Unschlüssigkeit und fehlendem Grundlagenwissen sowie dessen Anwendung
will und muss ich mir wirklich nicht gefallen lassen.
Das wurde dir auch nicht vorgeworfen.
Dass du "bequem" seist, wurde nicht geschrieben.
Unschlüssigkeit war nicht Thema.
Und dass einem die Grundlagen für die Lösung einer speziellen Aufgabe, oder ein Weg, diese anzuwenden, manchmal fehlen, ist nichts Ehrenrühriges. Daraus könnte man niemandem einen Vorwurf machen. Ganz im Gegenteil, das kommt immer wieder mal vor. "Lifelong learning" ist keine Schande, sondern eine Tugend.
derzeit ca. bei 20 MHz, eine Erhöhung um den Faktor 5 wäre super.
Räumlich gibt es im Grunde keine Begrenzung.
Wenn das ein Resonanzkreis werden soll, würde ich auch mal an einen Topfkreis denken. Diese Technik ist für hohe Leerlaufgüten und hohe Leistungen gleichermaßen geeignet.
