Antena de varilla de ferrita para simulador DCF77

Donde vivo, en el centro de Italia, la señal de DCF77 (la estación de radio alemana de frecuencia estándar y señal horaria de onda larga, que opera a una frecuencia de 77,5 kHz) es tan débil cuando llega que no puede entrar a la casa. Así que mis tres relojes DCF77 y la estación meteorológica casi nunca pueden sincronizarse automáticamente. Obviamente, esto es muy deprimente.

Así que busqué en Internet un proyecto que pudiera simular la señal DCF77 y lo encontré en Github .

En el proyecto original, se usa un Raspberry Pi Zero para la generación de la señal y su modulación de amplitud a través de un portador de onda cuadrada.

Desgraciadamente se utiliza como antena una simple bobina de cobre, por lo que el alcance de la señal generada es muy limitado, tanto que es necesario literalmente "sumergir" el reloj a sincronizar en la bobina/antena.

Como mi objetivo era ampliar el alcance de la señal hasta unos diez metros, decidí modificar el proyecto.

En particular, pensé en reemplazar el bucle con una antena de barra de ferrita y alimentarla a través de un amplificador discreto simple de clase AB.

La siguiente figura muestra el esquema de mi amplificador simple, que funciona perfectamente sin carga.

el amplificador simple clase AB

Pensé en un amplificador de clase AB porque su ganancia es unitaria y no necesito amplificar el voltaje de la señal modulada, que vale unos 2,2 voltios de pico, sino solo darle potencia, es decir corriente, a la carga.

Compré una antena que está sintonizada en la frecuencia de 77,5 kHz, y consta (datos facilitados por el fabricante) de un devanado de cobre de unos 1,3 mH de inductancia con un condensador de 3,3 nF en paralelo. El factor de mérito Q mínimo es superior a 110.

La resistencia del devanado (que medí) es de unos 2,5 ohmios.

No soy un experto en antenas, especialmente de este tipo, y lamentablemente hay poca información en Internet sobre su funcionamiento, especialmente si se usan en transmisión.

Encontré un artículo del que tomé esta figura.

antena de varilla de ferrita

En el artículo se explica que a la frecuencia de resonancia, esta antena se comporta como una carga puramente resistiva, consistente en el valor de la serie de tres resistencias, la del devanado, la de radiación y la de pérdida de la ferrita, multiplicado por el cuadrado de la calidad del factor Q.

El artículo también reporta la siguiente fórmula que vincula el factor de calidad Q con la inductancia del devanado, la frecuencia de resonancia y la serie de las tres resistencias.

fórmula de antena de barra de ferrita

Si lo invierto para calcular el valor de la serie de resistencias, obtengo unos 5,75 ohmios, que multiplicado por el cuadrado de 110, da un valor en la frecuencia de resonancia un poco menos de 70 kilo ohmios, que creo que es muy alto como carga de un amplificador de potencia como el AB clase que pretendía usar.

Así que me gustaría saber de usted:

  1. si mis cálculos son correctos;
  2. si es correcto usar un amplificador de clase AB para manejar una carga tan alta, para darle algo de potencia;
  3. si de alguna manera la carga, que es la antena, necesita ser adaptada.

Gracias por su atención y paciencia.

Respuestas (2)

Desafortunadamente, se usa una bobina de cobre simple como antena, por lo que el alcance de la señal generada es muy limitado.

¿Es eso realmente tan malo? De lo contrario, puede recibir/recibirá una visita muy agradable de la amable gente de la Autorità per le Garanzie nelle Comunicazioni. Es posible que no estén felices de verte.

No puedes simplemente transmitir donde quieras. Eso es ilegal.

De todos modos, una varilla de ferrita suele ser una antena de transmisión muy mala, por lo que, para ser honesto, esto no lo llevará a ninguna parte.

Las buenas antenas transmisoras por lo general tienen que ser del tamaño del orden de magnitud de la longitud de onda; para f=77 kHz, eso es C 0 F ≈ 4 kilómetros . Una antena de un par de cientos de metros de tamaño funciona razonablemente bien. Una parte del sistema que compone la antena se ve así:

Antena DCF77

Entonces, honestamente, el acoplamiento de corto alcance es todo lo que puede y quiere lograr. Sinceramente, consideraría simplemente colocar pequeñas bobinas junto a los dispositivos que desea sincronizar; alimentarlos desde un raspberry pi central no debería ser un problema, considerando la baja frecuencia.

Eh, estoy seguro de que el puñado de inspectores que trabajan para esa institución tienen cosas mucho mejores que hacer y, en la práctica, ¿cómo detectarían sus transmisiones, incluso si estuviera usando una antena real? Simplemente se vería como una señal DCF77 'real' concentrada localmente, tal vez topográficamente, y no se vería fuera de lugar ...
Va a simular DCF77, no a reenviar y amplificar el existente. Entonces, jitter separado, compensación.
Siempre que tome una entrada de tiempo precisa, su señal podría pasarse por alto como propagación de trayectos múltiples;)
Quiero decir, sí, en 2021 probablemente no haya nadie que conecte un PLL + VOCXO a su receptor DCF para obtener un oscilador ultraestable a largo plazo para que se den cuenta.

Mantenga su amplificador de clase AB. Mantenga su unidad de onda cuadrada. Conecte su bobina y la tapa de sintonización en serie a través de la salida de su amplificador. En resonancia, el voltaje de salida del amplificador será una onda cuadrada no tan mala. será una onda sinusoidal razonable que hará que los problemas de EMC sean menos probables. Si está sintonizado correctamente, todo estará bien. Puede variar la frecuencia de entrada del amplificador en el simulador para mostrar esto. Cuando enrolle la bobina, la inductancia no será exacta. experimente con la capacitancia en serie total para acercar las formas de onda a las ideales. El uso de múltiples condensadores en paralelo es una manera fácil de lograrlo.

Antena de varilla de ferrita para simulador DCF77
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