Ferriet deel 7 : Proef op de som

Alle berekeningen zijn nu samen gebracht . Dus wordt het tijd om de gehele antennekring zoals hij in het schema voorkomt met alle condensatoren eens uit te testen .
Daarom heb ik het condensatorennetwerkje gesoldeerd en aangesloten op de ferriet + spoel . Hierdoor kreeg ik ook de gelegenheid om het bereik van de trimmer eens uit te meten .
Ziehier de resultaten
min capaciteit van C7 geeft ons : 3710 kHz
midden capaciteit van C7 geeft ons 3386 kHz
max capaciteit van C7 geeft ons 3230 kHz

Merk het nieuwe windingsaantal op bij de ferrietstaaf !

U Kunt 2 opmerkingen maken :
1. Het gewenste ligt in het bereik ( 3550kHz).
2. Het gewenste ligt NIET in het midden van het bereik.
Dit is natuurlijk bij te regelen door nog een halve of hele winding eraf te doen maar ik laat het voorlopig zo totdat we de inkoppeling maken van de sense-antenne

PS: Let op ! Alle metingen moeten gebeuren met de spoel gecentreerd in het midden van de staaf , zoniet krijgt men andere waarden !

Al bij al best tevreden dat we het toch gevonden hebben ondersteunt door enkele berekeningen . Dat geeft een goed gevoel mocht er toch nog eens een berekening gemaakt moet worden .

Ferriet deel 6 : Besluiten

Het wordt tijd om hoofdstuk ferriet af te ronden en dit kan het best gedaan worden door besluiten te trekken .

1. Neem geen genoegen met één enkele meting om AL te bepalen , deze is sterk afhankelijk van de lengte van de gewikkelde spoel .
2. Ik gebruik voor mijn laatste AL-berekeningen de formule uit het werk van Dan McGillis ( zie ferriet deel 5) . Deze is L( nH) = AL.n² .
3. Mijn uitspraak in deel 1

De AL-waarde is 830 µH/100wnd voor onze ferrietstaaf

is dus NIET juist , maar wordt wel rechtgezet in de volgende delen.
4. We hebben nu een juiste spoel , we moeten echter voorzichtig zijn wat de invloed zal zijn van de koppelwikkeling van de sense-antenne . Dit is voer voor later.

Met de juiste waarde in het hulpprogrammaatje ziet U trouwens de zelfde uitkomst

Samengevat : 21 windingen op "mijn" ferrietstaaf resoneert op 3550kHz met 27pF

Ferriet deel 5 : Nieuwe inzichten

Door de metingen op de workshop waar we vast stelden dat de AL-waarde zich niet-lineair bedroeg bij verschillende spoellengtes en door een gevonden artikel op internet van Dan McGillis 12/06 " Calculating the inductance of a Ferrite Rod-cored coil " die dat nog eens bevestigde ben ik opnieuw aan het meten geslagen thuis in de shack.
Zie Rod-cored coil
Ik heb 4 spoelen gewikkeld met verschillende windingen en daardoor ook van verschillende spoellengtes .Deze opnieuw als parallelkring opgesteld en daarvan zo nauwkeurig mogelijk ( losse koppeling van scoop én meetzender) de resonantie van bepaald , de zelfinductie uitgerekend en uiteindelijk ook de AL waarde . Dit alles in een werkblad gezet en een curve bepaald .
Toen heb ik alles herrekend door twee waarden te berekenen waarvan mijn gezochte waarde ergens ertussen in ligt .Door deze werkwijze is het zeker dat mijn uitkomst ertussen ligt .U kunt dit het beste volgen op het bijgevoegde overzicht

U ziet zelf in de gele velden dat mijn twee uitersten slechts één wikkeling verschillen .Ik heb een nieuwe spoel gewikkeld met het grootste aantal van die twee ,want het is gemakkelijk er één af te halen dan er één bij te wikkelen .
Om kort te zijn : het is gelukt . Ik heb nu als resonantiefrequentie met 27 pF perfekt 3550kHz bij 21 wnd .

Was dit alles nu de moeite waard ?
Voor mij wel , ik heb veel geleerd en hoop anderen hier ook plezier mee te doen .
Moet ik dit allemaal begrijpen om zoiets samen te steken ?
Tuurlijk niet , als ge kunt solderen kom je al héél ver.

Ferriet deel 4 : Workshopmetingen bij WLD

Dankzij Guido , ON6RL hebben we met een échte L/Q-meter ( R&S, model LRT) onze spoelen eens aan de tand gevoeld.

Guido ON6RL in actie !

Wat hebben we gedaan ? We hebben de inductiefaktor van de ferrietstaaf bepaald .Hoe ? Door eerst de zelfinductie te meten met de spoel " op lucht" en daarna de ferrietstaaf in de spoel te schuiven , spoel in het midden , en terug de zelfinductie meten .Als we de verhouding van deze twee bepalen krijgen we de inductiefactor .
Eerste resultaten ( Q -waarden staan erbij om ze niet te vergeten en kan altijd van pas komen laters):
1. Spoel zonder staaf en 100 wnd geeft 25 µH en Q= 45.
2. Spoel met staaf en 100 wnd geeft 1000 µH en Q= 180.
Als we van nu deze twee de verhouding nemen krijgen we dus de induktiefaktor: 1000µH / 25 µH = 40 .
We doen dit nogmaals met een andere spoel met mindere wikkelingen , we hadden er een van 16 wnd.
1. Spoel zonder staaf met 16 wnd geeft 3.5µH en een Q van 45
2. Spoel met staaf met 16 wnd geeft 56µH en een Q van 140
De verhouding wordt hier 56 / 3.5 = 16 .

Alles wordt genoteerd in WLD



Wat ik nu wil aantonen is waarom mijn berekening eerder niet klopte .
Ook al zijn we met dezelfde staaf bezig , toch blijkt de inductiefaktor niet dezelfde te blijven voor verschillende spoelen met andere aantal windingen ( zie maar , de ene keer 40 en de andere keer 16 ). De lengte van de spoel blijkt een invloed te hebben op de effectieve permeabiliteit van de staaf.Ook al zijn het maar twee metingen , ze tonen het wél aan .

We hebben ook nog een spoel van 10 wnd nagemeten en deze gaf met staaf een zelfinductie van 19 µH in de hoop met de AL formule ( zie eerder) toch de gewenste 72µH te bepalen maar dat is ons niet gelukt .

Het enige positieve besluit dat ik kan stellen is dat mijn thuismeting met scoop en meetzender voor 100 wnd dicht bij de L-meting lag op de workshop.
Ik mat/berekende 1055 µH bij 100 wnd en De L/Q-meter gaf 1000µH .
Al bij al een leerrijke avond .

Ferriet deel 3 : Overpeinzingen

Gisteren ging onze vlieger niet op , vandaag heb ik een donkerbruin vermoeden .Ik ben terechtgekomen bij een artikel uit QEX van juli/augustus 2008 met als titel
" Observations on Ferrite Rod Antennas " door Jack R, Smith K8ZOA.
Ik beperk mij tot een frase uit het begin van zijn artikel : The behaviour of practical ferrite rod antennas is anything but simple !Vrij vertaald wordt dit " het gedrag van een ferrietantenne is alles behalve simpel en ik ga verder met de valkuilen zijn die hij opnoemt in verband met de µeff ( effectieve permeabiliteit)
Even kort ter verduidelijking , de permeabiliteit is een faktor die weergeeft hoe goed het beoogde materiaal de magnetische veldlijnen ( flux) bundelt t.o.v. de lucht .Ge kunt het een beetje verstaan als " magnetische versterking".
De permeabiliteit is afhankelijk van :
1. Het type van materiaal .
2. De lengte van de spoel in verhouding met de lengte van de staaf.
3. De verhouding van de diameter van de staaf tot zijn lengte.
4. De positie van de spoel op de staaf.
5. De verhouding van de draaddiameter t.o.v. de ruimte tussen de windingen.
6. De frequentie.

Om er één uit te pikken , hieronder een link die de curve weergeeft van de invloed van de verhouding lengte/diameter op de effectieve permeabiliteit.
http://www.magneticsgroup.com/pdf/erods.pdf
Grafiek µeff
Het is hier niet de bedoeling om dit allemaal uit te spitten en dus gaan we over naar het meer ( radio)amateuristisch gebruik van ons experiment , namelijk de try and error methode .

Ferriet deel 2 : De berekening!

Nu wordt het spannend .
Eerst berekenen we het juist aantal toeren die we nodig hebben voor onze 72µH.
De formule hiervoor staat hieronder maar natuurlijk is er ook ons bekend programmaatje dat o zo handig is .

Deze windingen tezamen met onze 28pF ( we nemen 27 pF = standaardwaarde) zou ons in de 80m band moeten brengen .
Maar nu krijgen we te maken met het probleem van de lastcapaciteit van de probe en de scoop die tezamen 40pF werd verondersteld .We moeten onze meetmethode verfijnen .
We zouden een heel klein c'tje ( enkele pF )in serie met de probe kunnen aanbrengen zodat de totale lastcapaciteit kleiner wordt dan dit c'tje of we kunnen ook zoals bij de inkoppeling een identieke uitkoppeling maken met een kleine wikkeling .Beide zullen resulteren in een kleinere amplitude op de scoop . Dit geeft niet , zolang maar het maximum te bepalen is .

We doen de opstelling en tot mijn spijt klopt het niet , ik zit aan 2700kHz wat te weinig is .
Uit je fouten moet ge leren zeggen ze dan .
Eerste fout : ik heb verondersteld dat mijn lastcapaciteit 40pF bedroeg . Eigenlijk weet ik dit niet zo precies en 40pF t.o.v 100pF is al gauw veel procenten .Ik doe de meting opnieuw en tracht de lastcapaciteit te verminderen door de hierboven vernoemde opstelling .
Alles herberekenen en opnieuw meten en we verkrijgen bij 100 pF en een AL-waarde van 1055 µH/100wnd een nieuwe spoel van 26 wnd !
Hé , dat komt precies uit wat PA0HRX op zijn ferrietstaaf liggen heeft .
Ik herwikkel de spoel van 29 wnd naar 26 wnd en doe een nieuwe meting met 27pF maar helaas ik zit nog 500kHz te laag .
Daar zal ik eerst eens moeten over slapen .

Ferriet:deel 1 : Bepaling AL-waarde

Omdat we met een onbekende ferrietstaaf aan het werken zijn , wou ik toch eens proberen om de AL-waarde te bepalen . De AL-waarde komt men vaak tegen in de literatuur en is een soort " bepalingsfaktor" waarmee men snel het gewenst aantal wikkelingen kunt berekenen als men de zelfinductie weet . AL wordt vaak ( niet altijd) bepaald bij 100 wikkelingen en wordt dan uitgedrukt in µH/100wnd.Maar daarover later meer .Ik heb dus geduldig 100 windingen op een kartonnen kokertje dat nèt over de ferrietstaaf kon gewikkeld en daarover een bekende condensator van 100pF in parallel geplaatst.Deze ontstane parallelkring zal dan opslingeren tot een maximum als de resonantiefrequentie wordt bereikt . Dus een max amplitude van het meetsignaal bij het doordraaien van de frequentie geeft de juiste waarde aan .Zie onderstaande foto.

Voor de bepaling van de zelfinductie gebruik ik weer het reeds vermelde programmaatje en moet ik tevens nog de lastcapacitiet van de oscilloscoopprobe + de ingangscapaciteit van de scoop meerekenen .

Ik kom totaal aan 140pF .Tezamen met de resonantie frequentie van afgerond 467kHz verkrijgen we een zelfinductie van 830µH .Omdat deze voor 100 windingen zijn is dit dus tevens de AL-waarde .Dit is niet onaardig , daar ge deze waarde wel eens tegenkomt in de datasheets.

Hieronder de opstelling met de 100 windingen en de inkoppeling met de blauwe draad die met de meetzender is verbonden . De inkoppeling moet zo los mogelijk gebeuren om zo weinig mogelijk invloed te hebben op het meetresultaat.

Wat hebben we geleerd vandaag ?
De AL-waarde is 830 µH/100wnd voor onze ferrietstaaf

De antennekring

De antennekring bestaat uit de spoel L2 in samenwerking met de gecombineerde condensatoren C6;C8;C9 en trimmer C7. Om de kring te berekenen herleiden we de verschillende condensatoren tot één condensator.Hiervoor nemen we voor C7 de middelste waarde ( 30p) en de ingangscapaciteit verwaarlozen we . Deze laatste kan toch gecompenseerd worden door de trimmer.
C8 en C7 staan parallel en mogen we dus gewoon samentellen en we verkrijgen dan 30p + 47p = 77p. We nemen gemakshalve 80 p en noemen deze Cv .Het resultaat wordt dan een serieschakeling van C6 met Cv en C9.
Om het resultaat te berekenen moeten deze condensatoren samengeteld worden zoals een parallelschakeling van weerstanden 1/Ct=  1/C6 + 1/Cv + 1/C9 en wordt dus 1/Ct = 1/100 + 1/80 + 1/100 en levert als uitkomst 1/Ct = 8/800 + 10/800 + 8/800  =     26/800.
Nu de breuk omkeren en we krijgen als resultaat   800/26  =  28p  afgerond.
Als we 3,550MHz als midden van de ARDF-band nemen kunnen we nu ook de zelfinductie berekenen met de bekende formule .Maar het snelst gaat dit met een handig programmaatje van DL5SWB
mini_ring_core_calculator
Het resultaat is afgerond 72µH. Het is deze waarde die we moeten verkrijgen met een aantal wikkelingen op de ferrietstaaf.Dat wordt een volgende aflevering.

Ferrietstaaf

Dit zijn de ferrietstaven die we gaan gebruiken in ons ARDF-projectje .Ze zijn van onbekende makelij .
Een proefmeting zal moeten uitwijzen of ze geschikt zijn.Ze zijn ongeveer 21 cm lang en een doormeter van 10 mm.De lengte kan een voordeel zijn om precieser een minimummeting te doen . Op 80 m wordt een minimummeting gedaan om de richting van de vos te bepalen .

Luc , ON4AOL

Proloog

Op deze blog wil ik graag mijn bouwervaringen en ARDF perikelen neerpennen .
Luc ,  ON4AOL