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Gütemessung an Spulen
Da die meisten Amateure über Meßmittel im 50 Ω Bereich verfügen, habe ich überlegt, wie mit diesen Systemen die Güte von Spulen bei der Nutzfrequenz gemessen werden kann, bei der sie später auch arbeiten sollen. Die Güte ist frequenzabhängig, Messungen bei anderen Frequenzen sind wenig sinnvoll.
Mit der oben gezeigten Schaltung kann man die Güte von Spulen mit kleinen Induktivitätswerten nicht mehr bestimmen.
Das Problem, welches zu lösen gilt, besteht in folgener Problematik: nix
Ich wählte die niederohmige Variante. Wie zu sehen, wird das 50 Ω - System auf ein 1,27 Ω - System transformiert. Bedingt durch die Übertrager wird auch nur für einen eingeschränkten Frequenzbereich eine Messung möglich sein. Ich verwendete zunächst AMIDON-Pulverkerne der Serie T50, bin dann aber auf sehr kleine Ferritringkerne umgestiegen. Primär: 3 Windungen, sekundär 18 Windungen oder wie im Bild gezeigt primär 4 Wdg., sek. 24 Wdg. (ü=6)
Die Widerstandsteiler dienen für die Sicherstellung des Quell- und Lastwiderstandes von 1,27 Ω . Ein UHF-Aufbau mit niedrigsten Leitungsinduktivitäten ist zu empfehlen, auch wenn "nur" bei Kurzwelle gemessen wird. An die Punkte A und B kommt der Serienschwingkreis aus Testspule und Testkondensator. Der Meßsender kommt an den einen 50 Ω -Eingang, der Pegelmesser mit dem AD 8307 an den anderen. Der Ausgang des AD 8307 wird ans Multimeter geschaltet. Wer einen geeichten Pegelmesser hat, ist besser dran.
Der Testkondensator ist ein Kondensator, dem ein hochwertiger Trimmer parallelgeschaltet ist. Mit diesem wird die Resonanzfrequenz (maximaler Pegel) bei der Testfrequenz = Nutzfrequenz eingestellt. Sehr interessant ist der Vorschlag von OM Traxler zur Erhöhung der Meßgenauigkeit. Er schlägt vor, nicht die -3dB Punkte zu ermitteln, sondern die -10 dB Punkte. Sein Vorschlag, geschätzte Korrekturfaktoren zu nutzen, finde ich nicht so gut. Mit dem oben gezeigten Aufbau sind die äußeren Einflüsse ziemlich exakt bekannt und können in der Rechnung berücksichtigt werden.
Eine Variante (Ostern 2003) ist diese:
Ich verwende 4mm Ringkerne, die mit 15 Windungen und 3 Windungen bewickelt sind. Die 15 Windungen belegen den ganzen Wickelraum. Die 3 Windungen werden auf den Wickelraum aufgeteilt. Dadurch erreiche ich einen Koppelfaktor von k = 0,9. Die Übertragungskurve leidet an der Streuinduktivität. Dadurch wird der Systemwiderstand frequenzabhängig. Er schwankt trotz -20dB Dämpfungsglied im Bereich 3 MHz bis 30 MHz um 10%. Es empfiehlt sich, mit einem Simulationsprogramm den Systemwiderstand für die Frequenzen festzustellen.
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Im Bild ist der verwendete Trafo mit seinen Streuinduktivitäten (230nH) und seiner Gegeninduktivität (2,07 µH) dargestellt. Das Übertragungsverhältnis bildet der ideale Trafo 5:1 nach.
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Mit dem Verändern der Frequenz ist der Realanteil des Systemwiderstandes ablesbar, der Blindanteil im nH-Bereich ist verschwindend klein:
alles MHz: 1 1,5 2 2,5 3 4 5 6 8 11 13 17 21 23 25 29 33 38 42 50
alles Ohm: 1,16 1,21 1,25 1,26 1,27 1,29 1,30 1,31 1,32 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37 1,38 1,39 1,40 1,41 1,42 1,43
Wenn dann aus der Güte Q ( nach OM Traxler, über die beiden -10 dB Punkte und die Formel Q = 3/v) die tatsächliche Güte der Spule QL ermittelt werden soll, kommt statt des Abschätzens eine exaktere Berechnung zur Anwendung.
Dazu dient folgender Rechner, in den der Systemwiderstand, die obere -10dB Eckfrequenz, die untere -10dB Eckfrequenz und der Wert des Testkondensators einzugeben sind:
Systemwiderstand obere -10dB Frequenz untere -10dB Frequenz Testkapazität Spulengüterechner
Re in Ω foben in kHz funten in kHz C in pF
Eingabe mit Punkt !
Induktivität in µH:
Re ist bei z.B. 13 MHz 1.34 Ω ( Quellwiderstand = Lastwiderstand = 1.34 Ω). In Klammern die Werte des Beispiels.
Der Meßvorgang ist einfach. Meßsender an den Eingang, AD8307 an den Ausgang der "Meßeinrichtung zur Gütebestimmung". Multimeter am Ausgang des AD8307, pro dB werden 25 mV Spannungsänderung angezeigt): Praktische Messungen im niederohmigen System wurden an Spulen im gesamten Kurzwellenbereich durchgeführt.
Aufbau meines Gütemeßsystems.
Ich verwendete zweiseitig kaschiertes Leiterplattenmaterial und ordnete leichtfertig die Spulen unterhalb und die SMD oberhalb der Leiterplatte an. Die Enttäuschung folgte auf dem Fuß: Durch Erdschleifen war die untere Meßfrequenz unsymmetrisch zur oberen Meßfrequenz, wenn die Resonanzfrequenz die Symmetrieachse darstellen soll. Z.B. 50 MHz Resonanzfrequenz mit dem höchsten Pegel am Pegelmesser, dann werden -10 dB Abfall bei z.B. 55 MHz zu messen sein. Zwangsläufig wird dann ebenfalls ein -10 dB Abfall bei 45,455 MHz zu erwarten sein. War es aber nicht, denn durch die Erdschleifen war die Entkopplung zwischen Ein- und Ausgang ungenügend. Bis 50 MHz möchte ohne Anschaltung des Prüflings der Pegelmesser kaum etwas anzeigen. Jedoch erst nach dem Einbau von 6 Hohlnieten wurde die Anordnung zur Gütebestimmung richtig funktionstüchtig für höhere Frequenzen. Eingebaut wurde die Anordnung in einen Weißblechkasten. Zwischen den beiden Trafos (3 Wdg/15 Wdg, auf 4mm Ferritringkern, Material 61 von Amidon) ordnete ich noch eine Trennwand an. Die 50Ω Eingänge sind BNC.
Literatur:
Dipl.-Ing. Fritz Traxler, DM 2 ARD, Zeitschrift "FUNKAMATEUR", Heft 7/1999, Seite 792
Prof. Dr. Ing. Janzen, DF6SJ, Zeitschrift "FUNKAMATEUR" Heft 4/1998, Seite 448
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