Hallo, Für eine Studienarbeit möchte ich das von einer NFC-Antenne (13,56MHz) erzeugte Magnetfeld in Abhängigkeit von verschiedenen Einflussfaktoren, zum Beispiel: einen Stahlklotz, Ferritfolie in Kombination mit einem Stahlklotz etc. , relativ zu messen. Um zum Beispiel feststellen zu können wie viel sich das Magnetfeld in Verbindung mit einem Stahlklotz verschlechtert. Um das Magnetfeld zu messen habe ich mir ein kleines Stück Litze genommen und es mit einem Widerstand zu einer Art Ring zusammengelötet. Diesen Ring habe ich mit einer dritten Hand so ausgerichtet, dass die Feldlinien des Magnetsfeldes die Fläche des Ringes senkrecht durchkreuzen. Mein Gedanke ist es gewesen, dass das Magnetfeld in diesem Ring einen Strom induzieren wird, welcher an dem Widerstand eine Spannung erzeugt. Diese Spannung habe ich dann mit einem Oszilloskop gemessen. Da die Spannung proportional zum Strom ist, und dieser proportional zum Magnetfeld ist, möchte ich mit den Spannungswerten das Magnetfeld beurteilen. Nun meine Frage: Ist mein Gedankengang soweit in Ordnung? Im Anhang sind Bilder die den Versuchsaufbau beschreiben. Mein Prof ist Informatiker und kann mir hierbei leider nicht weiterhelfen. Danke im Voraus!
Angehängte Dateien:
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Verschoben durch Moderator
Kannst Du im Prinzip so machen. Wie groß ist denn der Widerstand in deiner Spule? Je kleiner er ist, desto mehr belastest Du das Feld und verfälscht das Ergebnis deiner Messung. Ich persönlich würde den Widerstand weglassen, zwei Windungen nehmen und das ganze dann direkt an das Oszilloskop schalten. Wichtig: Eingang nicht auf 50 Ohm sondern auf 1 Megaohm stellen, sonst verfälscht Du wieder deine Messung. Hier noch ein paar Punkte, die Du beachten solltest: Deine "dritte Hand" ist aus Metall und belastet das Feld bereits deutlich. Bau Dir einen Halter aus Plastik oder Glas. Schau auch mal unter die Tischplatte. Nicht, das genau dort wo dein Messaufbau steht eine Metallstrebe lang läuft :-) Wenn Du reproduzierbare Messwerte bekommen möchtest wird es mit einer wackeligen Luftspule nichts. Du brauchst irgend etwas stabiles. Optimal ist es die Mess Spule als Platine zu realisieren. Alternativ kannst Du auch deine Spule auf ein Stück Platik (alte CD Hülle) kleben, damit sie sich zwischen den Messungen nicht verformt. Achte darauf, das Du in deinem Messaufbau nicht aus Versehen Masseschleifen hast. Alle Leitungen (Versorgungsspannung, USB, Messleitung zum Oszi) die zum Messaufbau führen sollten sauber gebündelt sein und von einer Seite an den Messaufbau angeschlossen werden. Ein paar Gummibänder oder Klebeband helfen sehr. Es empfiehlt sich auch die Lage der Kabel auf dem Tisch zu markieren, falls Du den Aufbau mal transportieren musst. Du wirst ansonsten keine reproduzierbare Ergebnisse bekommen. In diesem Zusammenhang schau dir mal an, wie du die Spule an dem Oszilloskop angeschlossen hast. Die Mess Spitze geht an eine Seite der Spule, und die Masse über einen Bogen an die andere Seite der Spule. Dieser Bogen wirkt jetzt wieder wie eine Luftspule und verfälscht die Messung! Richtig ist es, die Masseleitung soweit wie möglich parallel zur Mess Spitze zu führen und dann rechtwinklig zum anderen Anschluss. So minimierst Du die Fläche, die aufgespannt wird und damit auch den parasitären Einfluss. Ich weis, das hört sich pingelig an, aber glaube mir, es ist nicht viel Mühe, belohnt dich am Ende aber mit guten Messwerten. Achja: Probiere vor den richtigen Messungen bitte aus ob dein Handy beim Telefonieren Störungen verursacht. Wenn Du Neon Röhren zur Beleuchtung hast, dann solltest Du auch diese mal testweise ausschalten. Die stören nämlich gerne mal im Bereich um 13 Mhz.
Sehr gute Tips zum praktischen Meßaufbau. Man sieht die Erfahrung...
Was mir noch dazu einfällt ist die Resonanz, Detektorspule und Eingangskapazität der Tastspitze...
Nils schrieb: > Ein paar Gummibänder oder Klebeband helfen sehr. Es empfiehlt sich auch > die Lage der Kabel auf dem Tisch zu markieren, falls Du den Aufbau mal > transportieren musst. Du wirst ansonsten keine reproduzierbare > Ergebnisse bekommen. ich würde das ganze auch auf einer gesonderten Platte anordnen, soviel Platz nimmt der Aufbau auch nicht weg. Da drauf die Leitungen dann fixieren. Ich würde das so machen, dass dadurch etwa in einem 30cm Umkreis alles immer gleich bleiben kann. Selbst die Messtechnik steht schon recht dicht dran und kann mit den darin verbauten Metallteilen auf die Spule wirken. bei der Freq ist das schon nicht unerheblich
Eieiei schrieb: > Sehr gute Tips zum praktischen Meßaufbau. Man sieht die > Erfahrung... Danke. Ich hab auch das letzte Jahr kaum etwas anderes gemacht als ein 13.56Mhz System zu optimieren und auszumessen. Da lernt man wirklich sauber zu arbeiten. Du glaubst nicht wie häufig es in der Anfangszeit vorgekommen ist, das ich abends breit grinsend nach Hause ging weil ich 5% Leistung rausgeholt habe, und am nächsten Tag konnte ich das nicht reproduzieren. Der Tip alles auf eine Platte aufzubauen ist übrigens goldrichtig, und ja - die Eigenresonanz der Mess Spule spielt eine Rolle da sie sich beim Einbringen von Metall verstimmt und damit sich die Dämpfung ändert. Das ganze ergibt dann einen systematischen Fehler. Wenn es aber nicht saudumm läuft (Eigenresonanz dicht an 13.56Mhz), dann ist der Einfluss ehr klein und verschwindet im normalen Noisefloor.
Tim K. schrieb: > wie viel sich das Magnetfeld in > Verbindung mit einem Stahlklotz verschlechtert. Vorsicht! Viele Materialien wie etwa Ferrit oder Aluminium verschlechtern das Feld kaum (= sie entziehen ihm keine Energie), sondern sie verzerren es hauptsächlich. Dadurch treten in einem ehedem homogenen Feld lokal sowohl Abschwächungen, wie auch Verstärkungen auf. Die meisten Ferritmaterialen z.B. konzentrieren das Feld, sodass an den Eintrittsflächen der Magnetfeldlinien eine Feldverstärkung auftritt, während das Feld in der Umgebung des Ferrits absinkt. Gerade bei Ferriten sind aber viele Variationen möglich, und darunter gibt es einige, die große Hochfrequenzverluste aufweisen. Da du mit einem hochfrequenten Wechselfeld arbeitest, verdrängen die in guten elektrischen Leitern wie Kupfer oder Aluminium auftretenden Wirbelströme das Feld, so dass an den Kanten das Feld verstärkt wird. Natürlich hängt das bei unregelmäßig geformten Gegenständen auch noch von deren Orientierung im Raum und der Polarisationsrichtung des Feldes ab. Zu den systematischen Fehlern deines Aufbaus wurde ja schon einiges gesagt.
Nils schrieb:
>ein 13.56Mhz System zu optimieren
Was ist damit gemeint und was willst du daran
optimieren?
Das ist eine Magnetfeldsonde oder H-Feld Sonde. Die kannst Du am einfachsten und solide aus Rigid 50 Ohm Leitung bauen, Meist ist schon ein SMA Stecker am Ende dran. Gibt es aus Ausschlachtgeräten in der Bucht recht günstig. Damit die Loop nicht "schielt" nur die eine Hälfte bzw. einen Halbkreis aus dem Rigid Material und nach dem Halbkreis den Innenleiter mit dem Aussenleiter des anderen Halbkreises, der elektrisch nur aus Aussenrohr besteht, verbinden. Sowas: http://www.ebay.de/itm/Cavetto-semirigido-UT-141-intestato-SMA-M-90-SMA-M-90-50cm-/201566627377?hash=item2eee4ea631:g:juIAAMXQTT9RpGJI
Günter Lenz schrieb: >>ein 13.56Mhz System zu optimieren > > Was ist damit gemeint und was willst du daran > optimieren? Oh, das erzähle ich gerne. Es handelt sich um ein kleines Kreditkarten Terminal mit NFC Bezahlfunktion. Um sowas sauber durch die Zertifizierung zu bekommen musst Du an vielen Messpunkten genug Feldstärke haben. Der Standard schreibt da recht absurd hohe Werte vor. Es darf aber gleichzeitig auch nicht zu viel Feld sein, sonst grillst Du die Kreditkarten. Andere Komponenten wie z.B. Displays und der Rest der Elektronik sollen natürlich nicht gestört werden. Dann hast Du nicht nur sensible Komponenten die im Feld fehlerhaft funktionieren sondern auch Störer wie DC/DC Wandler. Die versauen mit ihren Speicherspulen nicht nur fröhlich den Empfang sondern fangen an mit dem NFC Feld auf bizarre Weise zu interagieren. Dinge, die man da optimiert sind: - Die Antenne selbst ist ein Thema. Klar, es sind nur zwei, drei Windungen, aber wie viel Güte willst Du haben? Zu hoch, dann leidet der Empfang. Zu wenig, dann leidet die Feldstärke. - Antennen Match-Netzwerk optimieren, damit aus der Antenne auch ordentlich was abgestrahlt wird. Da kann man nur zum Teil nach Lehrbuch vorgehen. So ein Match-Netzwerk macht eine Impedanz Transformation. Wenn man nicht aufpasst hat man weit über 100 Volt an der Antenne. In der Theorie kein Problem, in der Praxis findet man aber keine bezahlbaren Komponenten für das Match-Netzwerk die das abkönnen. Also fummelst Du wieder an der Antenne. - Schirmung optimieren. Sensible Komponenten schirmt man mit Metall, damit sie zuverlässig funktionieren. Das saugt viel Energie aus dem Feld. Dagegen arbeitet man dann mit Ferrit um das Feld so zu verzerren das der Energieverlust minimiert wird. All diese Dinge hängen voneinander ab, d.h. wenn Du an einer Schraube drehst, dann passt es woanders nicht mehr. Das alles unter einen Hut zu bekommen und zu einer Lösung zu kommen, die auch noch bezahlbar und produzierbar ist, das dauert.
Die Wellenlänge ist ja ca. 20m, d.h. viele deiner Dinge sind klein im Vergleich zur Wellenlänge. Ich würd mir ne H-Schnüffelsonde wie folgt selbst bauen. 3 Windungen Kupferlackdraht (0.5mm) als freitragenden Ring mit ca 30mm Durchmesser. Die Spannung des Rings legt man an einen 22 Ohm Widerstand. Den einen Anschluss des Drahtringes lötet man an die Schirmung eines 50Ohm Koaxkabels. Den anderen Anschluss verbindet man über einen 47 Ohm Widerstand mit dem Mittelleiter des Koaxkabels. Damit ham wir am Koaxkabel-Ende1 schon mal ungefähre Anpassung. Das andere Ende des Koaxkabels schliessen wir am Oszilloskop an und terminieren dort ebenfalls mit 50Ohm. Terminiert man nicht ordentlich, kann die Kabelkapazität einem alles versauen.
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