Entwerfen eines einfachen ELF-VLF-Empfängers mit Rahmenantenne

Ich werde ein einfaches Empfänger- und Rahmenantennenpaar entwerfen, um Signale zu empfangen, die von Meteoren abgestoßen werden, wenn sie die Erdaerosphäre mit Frequenzen um 3-30 kHz treffen. In einem Workshop soll es den Menschen vorgestellt werden.

Das Ziel ist es, es einfach und nicht zu teuer zu halten, damit Menschen mit minimalen Kenntnissen über technische Details mit ein wenig Hilfe zumindest etwas konstruieren können. Es sollte nicht so hocheffizient sein, aber es sollte eine gute Frequenzabdeckung haben und so wenig Rauschen wie möglich bekommen.

Ich denke darüber nach, eine quadratische Rahmenantenne zu entwerfen, indem ich Drähte um einen quadratischen Kunststoff- oder Holzrahmen drehe und sie über ein Koaxialkabel mit der Empfängerplatine mit Filtern und Verstärkern verbinde und das Ausgangssignal der Platine mit dem Mikrofoneingang des Laptops verbinde, um die zu analysieren Daten mit Spectogram-Anwendung.

Also begann ich mit der Suche nach Spezifikationen für quadratische Loop-Antennen und fand diese Seite , die die Antenne mit diesem Ersatzschaltbild modelliert hat:Antennen-Ersatzschaltbild

Nun die Fragen:

  1. Sind Rahmenantennen auf einzelne Frequenzen beschränkt oder können sie auch bestimmte Frequenzbereiche empfangen? Wie kann ich die beste Rahmenantenne entwerfen, um die breiteste Bandbreite zu haben, um den 3-30-kHz-Bereich zu erfüllen? Muss ich etwas Besonderes beachten?

  2. Wie kann ich die Impedanz zwischen Antenne, Koaxialkabel und Empfänger anpassen?

Der Empfängerteil hat einen hochohmigen Eingang, da es sich um einen Verstärker handelt. Das Koaxialkabel hat je nach Typ 50 oder vielleicht 75 Ohm. Was ist mit dem Antennenteil? Reicht es aus, die Impedanz zu berechnen, die vom Antennenausgang in dem oben angehängten schematischen Bild gesehen wird?

Und wie kann ich die Antennenimpedanz anpassen, um den Imaginärteil zu entfernen? Kann die Verwendung normaler Kondensatoren und / oder Induktivitäten ausreichen, oder sollte ich ein Kompensationselement mit Drähten erstellen? Schwächt der Imaginärteil die Verstärkung zu sehr? Ist es überhaupt wichtig ( in meinem Fall natürlich )? Ich bin verloren!

  1. Was ist der beste Weg, um die maximale Leistung der Karte zu begrenzen, um sicherzustellen, dass die Soundkarte des Laptops nicht durch zusätzliche Spannung / Strom beschädigt wird?

Korrigieren Sie mich, wenn ich etwas vermisse.

Antworten (1)

Sind Rahmenantennen auf einzelne Frequenzen beschränkt oder können sie auch bestimmte Frequenzbereiche empfangen? Wie kann ich die beste Rahmenantenne entwerfen, um die breiteste Bandbreite zu haben, um den 3-30-kHz-Bereich zu erfüllen? Muss ich etwas Besonderes beachten?

Sie können eine Schleifenantenne mit einem Kondensator resonant abstimmen, um eine hohe Selektivität zu erhalten, oder Sie können sie unabgestimmt lassen und sie in einen Verstärker mit hoher Impedanz einspeisen. Stellen Sie in beiden Fällen sicher, dass die natürliche Resonanzfrequenz der Spule (plus die Störkapazität zwischen den Windungen) nicht in der Nähe Ihrer Betriebsfrequenzen resonant ist.

Ich würde vorschlagen, dass Sie nach Ihrer ersten Stufe der Verstärkung / Pufferung anständige Bandpassfilter verwenden, um auf alle Frequenzbereiche abzuzielen, die Sie für nützlich halten.

Wie kann ich die Impedanz zwischen Antenne, Koaxialkabel und Empfänger anpassen?

Kümmern Sie sich nicht um die Anpassung - Sie erhalten keine stehenden Wellen bei 30 kHz oder darunter, es sei denn, Ihr Kabel ist viele Kilometer lang. Ein kurzes Koaxialkabel sieht für die Schleifenantenne nicht wie konstante 50 Ohm aus - die Eingangsimpedanz Ihres Verstärkers bleibt weitgehend intakt und das ist die "Belastung" Ihrer Schleife. Bitte berücksichtigen Sie jedoch die Kabelkapazität - dies könnte ausreichen, um eine Resonanzspitze zu verursachen und Ihre Messwerte zu stören, ähnlich wie es ein enger Bandpassfilter tun würde.

Und wie kann ich die Antennenimpedanz anpassen, um den Imaginärteil zu entfernen?

Ihr Signal hat keinen imaginären Teil, es sei denn, Sie sind nahe genug am Meteor, damit er die Eigenschaften der Spule dynamisch ändert!

Was ist der beste Weg, um die maximale Leistung der Karte zu begrenzen, um sicherzustellen, dass die Soundkarte des Laptops nicht durch zusätzliche Spannung / Strom beschädigt wird?

Es ist wahrscheinlich übertrieben, Ihren Ausgang über einen 1k-Widerstand an den Soundkarteneingang zu speisen und ihn mit Back-to-Back-Dioden zu klemmen Teiler oder durch Begrenzung der Leistungsschienen des Endverstärkers.

Das Design Ihrer Schleifenantenne ist nur ein einfacher Magnetfelddetektor - Sie sollten sich nicht die Mühe machen, das E-Feld zu erkennen, da Ihre Schleife etwa 1 km groß sein müsste.

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