DCF77 Empfang auch ohne Erdung möglich?

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DCF77 Empfang auch ohne Erdung möglich?
Suche nach: erdung (2077)

    










BID = 947821

ffeichtinger

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Hallo

Die Weihnachtfeiertage sind doch die schönste Zeit zum basteln, findet ihr nicht auch?

Bei meinem aktuellen Projekt wollte ich mal einen DCF-77 Empfänger verwenden:
http://www.reichelt.de/index.html?A.....MODUL

Das Modul stellt bereits das demoduilerte, invertierte Signal bereit, dass man bloß noch decodieren muss. Ich verwende ein EVK1101 Evalboard mit einem AVR32 Controller. Das ganze wird von einem 9V Steckernetzteil versorgt.

Als erstes fiel mir auf, dass das Modul EXTREM störempfindlich ist. Schaltnetzteile, Mikrocontroller und vor allem mein (billiges) Oszi in weniger als 1m Entfernung (noch ohne galvanische Verbindung) beieinträchtigen das Signal deutlich bzw. es kommt gar nichts mehr an.

Ich habe also das Modul über ein ca. 1.5m langes, geschirmtes (Maus-)Kabel mit dem µC-Board verbunden, außerdem ist die Betriebsspannung (3.3V vom Evalboard) direkt am DCF77-Board mit 100nF+10µF gestützt und über 100 Ohm gefiltert. Das Ausgangssignal hat noch 4.7k Ohm Serienwiderstand bekommen.

Dann habe ich alle störenden Geräte (Laptop, Oszi, µC) auf die andere Seite des Tisches geräumt und das Modul nur über das Kabel mit dem µC verbunden.

Damit läuft die Sache soweit auch, allerdings nur dann, wenn die ganze Schaltung geerdet ist, also zb. über die Masse-Klemme vom Oszi oder über das USB-Kabel vom PC.


Ich habe schon an anderen Stellen gelesen, dass eine Erdung vorteilhaft für den DCF77 Empfang ist, allerdings kann ich mir nicht erklären wie es zu diesem Phänomen kommt, ich würde den Mechanismus einfach gerne verstehen.

Außerdem würde ich im endgültigen Aufbau eine Erdung gerne vermeiden, nicht zuletzt da es einen zusätzlichen Aufwand bedeutet.


Vielen Dank, mfg Fritz

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BID = 947823

perl

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Zitat :
Damit läuft die Sache soweit auch, allerdings nur dann, wenn die ganze Schaltung geerdet ist, also zb. über die Masse-Klemme vom Oszi oder über das USB-Kabel vom PC.
Leg doch die Schaltung mal auf eine elektrisch abschirmende Unterlage:
Ein großes Stück Alufolie, die mit GND verbunden wird, darauf ein Stück Wellpappe als Abstandshalter und um Kurzschlüsse zu vermeiden, und darauf deine Schaltung. *)

Ich vermute, dass die elektrisch schlechte Konstruktion deiner Antenne (geringes L/C-Verhältnis, Wicklung direkt auf dem Ferrit, dadurch geringes Q) zu breitbandig ist und deshalb jegliche Störungen auf benachbarten Frequenzen einfängt und den Empfänger damit übersteuert.

Ich bin hier etwa gleich weit vom Mainflingen entfernt wie du, und kann hier mit einer auf die Frequenz abgestimmten alten Ferritantenne (LW-Spule) das Signal auch ohne Verstärker direkt auf dem Scope sehen.



*) Wenn es damit klappt, kannst ja ein Kunststoffgehäuse mit innen angebrachter Folie abschirmen.
Natürlich darauf achten, dasß keine Kurzschlußwindung entsteht.








BID = 947826

Murray

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Problem bei DCF ist halt die geringe Frequenz wo heutzutage Schaltnetzteile und Mikroprozessoren gehörige Störstrahlungen hervorrufen.
Für Zeiterfassung geht man darum heutzutage eher davon weg und benutzt GPS.

BID = 947835

ffeichtinger

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Erst mal vielen Dank für die Antworten.


Zitat :

Leg doch die Schaltung mal auf eine elektrisch abschirmende Unterlage:
Ein großes Stück Alufolie, die mit GND verbunden wird, darauf ein Stück Wellpappe als Abstandshalter und um Kurzschlüsse zu vermeiden, und darauf deine Schaltung. *)


Welche Schaltung? das µC Board oder das DCF77 Modul? Werd ich dann gleich ausprobobieren...



Zitat :

Wicklung direkt auf dem Ferrit, dadurch geringes Q


Warum hat die Spule dadurch eine geringere Güte? Ich dachte da geht es lediglich um das Verhältnis von Wicklungswiderstand zu Induktivität?



Das mit GPS hatte ich mir auch schon überlegt, aber drinnen ist der Empfang von DCF77 wohl doch noch besser als GPS. Der Vorteil von Langwellen ist halt die hohe Reichweite und Eindringtiefe. (kann man vermutlich 20m unter dem Boden hinter Stahlbeton auch noch empfangen...)

mfg Fritz

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BID = 947841

perl

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Zitat :
Welche Schaltung? das µC Board oder das DCF77 Modul?
Das DCF Dings. Und auch dort die Verbindung von GND zur Folie machen.


Zitat :
Warum hat die Spule dadurch eine geringere Güte?
Weil ein solches Ferrit auch ein Dielektrikum mit einer sehr hohen und verlustbehafteten Dielektrizitätskonstante darstellt, an das man möglichst nur magnetisch ankoppelt.

BID = 947883

ffeichtinger

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Zitat :

Weil ein solches Ferrit auch ein Dielektrikum mit einer sehr hohen und verlustbehafteten Dielektrizitätskonstante darstellt, an das man möglichst nur magnetisch ankoppelt.


Aha, ein interessanter Punkt, wieder was gelernt. D.h. ein Spulenträger aus Kunststoff würde die Güte schon wesentlich verbessern.?



Ich hab jetzt mal ein Stück Alu-Folie mittels Laborklemmen mit dem Schutzleiter verbunden, darauf ein Stück Papier bzw. Wellpappe und darauf der DCF77 Empfänger (nicht geerdet)

Mit Wellpappe sehe ich keine sichtbare Veränderung. Mit Papier wird das Signal deutlich schwächer (die Impulse werden schmaler), aber nicht unbedingt besser.

Die Stabantenne LIEGT jeweils auf der Fläche etwa quer zur Nord-Süd-Richtung.

Das bringt also nichts.


Wie schon gesagt: Der Punkt den ich nicht verstehe ist warum eine Erdung der ganzen Schaltung (egal wo und womit) eine deutliche Verbesserung bringt.


mfg Fritz

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der mit den kurzen Armen

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Der Ferritstab bündelt die Feldlinien im Innerem der Spule. Wenn du die Schaltung erdest koppelst du zusätzlich Empfangsspannung ein. Das Selbe würdest du erreichen mit einer Antennenkoppelspule auf dem Stab. Versuch als erstes mal das Modul aus einer Batterie zu speisen und vor allem verwende möglichst kurze verdrillte Leitungen zum Anschluss an den µC. So heben sich Störeinstrahlungen auf der Signalleitung auf. Das DCF-Signal ist im wesentlichen ein 77,5 kHz Träger der in der Amplitude auf 25% abgesenkt wird um digitale Signale zu Übertragen.

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BID = 947903

ffeichtinger

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Zitat :

Wenn du die Schaltung erdest koppelst du zusätzlich Empfangsspannung ein.


Hmm, aber es ist doch eine rein magnetische Antenne, d.h. ich erfasse nur die Magnetfeld-Komponente der Welle. Um das elektrische Feld erfassen zu können bräuchte ich ja eine viel längere Antenne. Bei 77.5 kHz beträgt die Wellenlänge immerhin 3.9 km! Oder meinst du etwas ganz anderes?


Zitat :

Das Selbe würdest du erreichen mit einer Antennenkoppelspule auf dem Stab.

Was ist eine Antennenkoppelspule?


Zitat :

verwende möglichst kurze verdrillte Leitungen zum Anschluss an den µC.

negativ. Möglichst kurz geht nicht, da ansonsten der µC selbst schon zu viel stört, es braucht ein Mindestabstand. Das Empfangsmodul ist über ein geschirmtes Kabel an den µC angeschlossen. Dieses Kabel führt sowohl die Versorgungsspannung als auch das (digitale) Ausgangssignal.

Das mit Batterieversorgung werde ich ausprobieren, aber eine Dauerlösung ist das natürlich auch nicht.

Vielen Dank, mfg Fritz

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BID = 947906

der mit den kurzen Armen

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Das Magnetfeld induziert in der Spule ja eine Spannung. Aber auch über die Erdung bringst du eine Spannung an den Schwingkreis. Dabei wirkt die Schirmung deines Kabels auch als Antenne und zwar für die elektrische Komponente des Empfangsfeldes. Diese beiden Spannungen können sich addieren oder auch subtrahieren.
Hast du jetzt eine verdrillte Leitung heben sich eingekoppelte Spannungen in der Regel auf.
Eine Antennenkoppelspule koppelt die Energie die die Antenne einfängt über den Ferrit in die Spule des Schwingkreises ein. (vereinfacht gesagt Trafoprinzip)
Die Versorgung mit Batterie soll erst mal die Spannungsversorgung als Störquelle ausschließen. Notfalls kannst du auch das Ausgangssignal des DCF-Moduls vor Übertragung auch noch Verstärken!

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ffeichtinger

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Also ich kann deine "elektrisches Feld Empfangs" - Theorie nicht wirklich nachvollziehen, da wie gesagt IMHO die Antennenlänge in meiner Werkstatt bei weitem nicht ausreicht um von der E-Komentente etwas auffangen zu können.

Ich habe jetzt mal nur das DCF Modul mit einer 3V Knopfzelle versorgt. Das lange Kabel und den µC hab ich mir vorerst gespart. Das Ausgangssignal messe ich mit meinem Oszi mit ausreichendem Sicherheitsabstand (etwa 1m) (Mein Oszi läuft auch mit Akku, daher kann auch auch galvanisch getrennt messen)

Damit liefert das Modul nun ein absolut sauberes Signal, egal ob geerdet oder nicht! (Ich brauche nur das Netzkabel meines Oszis aus- oder einstecken.) (Auch das spricht gegen die E-Feld-Empfangs-Theorie.)



Ich habe außerdem mal das Steckernetzteil, das ich sonst verwende unter die Lupe genommen und die "Gleichtaktausgangsspannung" gemessen. Soll heißen: Das Oszi geerdet und den Tastkopf an einen Pol der Ausgangsspannung gehalten, die Masse-Klemme vom Tastkopf bleibt offen. Das Ergebnis ist das Bild im Anhang: Sage und schreibe 150V Amplitude bei 50Hz! Das Oszi hat samt Tastkopf dabei einen Eingangswiderstand von 10 MOhm.

Zum Vergleich: der lose auf dem Tisch liegende Tastkopf bringt eine 50Hz Schwingung von etwa 100mV zu Tage, mein Labornetzteil etwa 200mV.

Es scheint in diesem Schaltnetzteil also eine nicht unerhebliche (kapazitive?) Kopplung vom Netz auf den Ausgang zu geben (Varistoren?), die bewirkt, dass die gesamte daran angeschlossene Schaltung auf dieser 50Hz Schwingung mitfährt.


Ich könnte jetzt natürlich die Schuld auf das Netzteil schieben, aber die Kernfrage bleibt: Warum macht es für es den DCF77-Empfänger so einen großen Unterschied auf welcher Gleichtaktspannung er sitzt?

mfg Fritz




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Was denkst du warum man von elektromagnetischem Feld spricht. Jedes Stück Leitung wirkt als Antenne unabhängig von der Länge. Zeichne dir doch mal einen Schwingkreis auf. klappe den Kondensator auf und zie die Spule in die Länge, was erhältst du dann? Der Schutzleiter und an dem hängt dein GND ist dabei eine flächenmäßig und längenmäßig sehr gute Antenne wenn auch mit annäherndem Erdpotential. Nebenbei der Sendemast des DCF-Senders ist auch nur 300 bzw 200m hoch und keine 3900m

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ffeichtinger

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Zitat :

er Schutzleiter und an dem hängt dein GND ist dabei eine flächenmäßig und längenmäßig sehr gute Antenne wenn auch mit annäherndem Erdpotential.


Das mag ja sein, aber wie die Messung mit Knopfzelle zeigt ist keine Erdung und kein Schutzleiter erforderlich um einen klaren Empfang zu bekommen. Es reicht offenbar aus, wenn das GND-Potential kein Gleichtaktsignal aufweist.

mfg Fritz

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BID = 947937

der mit den kurzen Armen

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Dann versuch mal ein elektronisches Siebglied für die Spannungsversorgung des DCF-Moduls.



Wie gesagt der Schirm des Kabels wirkt als Antenne! Deshalb ja auch der Hinweis da eine verdrillte Leitung zu verwenden!


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perl

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Zitat :
in Stück Alu-Folie mittels Laborklemmen mit dem Schutzleiter verbunden, darauf ein Stück Papier bzw. Wellpappe und darauf der DCF77 Empfänger (nicht geerdet)
Mit der Masse des DCF Moduls solltest du die Folie verbinden, nicht eine Netzantenne schaffen!
Du hattest doch extra danach gefragt.

Falls möglich, solltest du aber auch mal die Resonanzfrequenz der Antenne überprüfen und ggfs. korrigieren.
Einen Drehko und ein paar HF-mäßig einwandfreie Festkondensatoren wirst du ja wohl noch in der Bastelkiste haben.

Die Wicklung muß sich nicht unbedingt auf einem Spulenkörper aus Kunststoff befinden, ein Pappröllchen tut es schon und durch Verschieben auf dem Ferritstab kannst du die Resonanzfrequenz um ein paar Prozent ändern.

Aber selbst wenn man alles richtig macht und auch noch HF-Litze verwendet: Solch eine Ferritantenne ist nicht mehr wert als ein paar Handbreit Draht als Antenne.
1m Draht, ein paar pF zum Ankoppeln, eine alte LW- oder ZF-Kreuzwickelspule, ein passender Kondensator zur Abstimmung und ein JFET als Impedanzwandler sind wahrscheinlich ungleich besser als diese Ferritantennengeschichte.

Leider wissen wir ja nichts über die Eingangsschaltung des Moduls.





BID = 948355

ffeichtinger

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Hallo

Ich hab jetzt den Ferritkern neu bewickelt, mit etwas dickerem Draht und etwa doppelt so viel Windungen, unter der Wicklung eine Lage doppelseitiges Klebeband. Natürlich musste ich die Schwingkreiskapazität dann auch neu anpassen.

Zum Messen des Eingangsschwingkreises habe ich den Ausgang meines Funktionsgenerators mit einer Luftspule verbunden und induktiv an die Antenne angekoppelt. Das Oszi habe ich dann direkt in den Eingangskreis des Empfängers geschlossen.

Ich konnte die Bandbreite des Eingangskreises damit etwa halbieren, es sind jetzt etwa 900 Hz. Der Empfang ist dadurch subjektiv empfunden schon besser geworden, eine Erdung ist jetzt nicht mehr erforderlich.

Ich musste aber feststellen, dass die Ausrichtung der Antenne und auch der Metallrahmen unter dem Tisch eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielt.


Ich hoffe das das für den Einsatzzweck reicht. Wir werden sehen (hoffentlich am Samstag).

Vielen Dank für eure Hilfe!

mfg Fritz

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