Energy harvesting met raamantenne

Oh ja. Als je nu nog een envelope-detector toevoegt (een diode en een condensator) heb je een AM radiootje dat werkt zonder batterijen. Twee minuten werk en je kan pinten gaan pakken!

Google even crystal radio, de Wiki entry zal je wel op weg helpen.

Verder dan deze eerder magere oogst zal je echter niet geraken: je zal je tevreden moeten stellen met microwatts.

Als je echt hardcore bent, zou je over een (véél) langere tijd een condensator of accu kunnen opladen, waarmee je een ledje een korte tijd kan laten oplichten.

Dit alles ervan uitgaande dat je niet náást de zendmast staat, dan is er wat meer mogelijk.

Wat het meten betreft: probeer de resonantiefrequentie van de LC kring te bepalen met een functiegenerator/scope, griddipper of eventueel een Agilent N5250C netwerkanalyzer indien de andere niet onmiddellijk voorhandig zijn.

Op 17 april 2012 03:10:08 schreef Bert_mc:
Wat het meten betreft: probeer de resonantiefrequentie van de LC kring te bepalen met een functiegenerator/scope, griddipper of eventueel een Agilent N5250C netwerkanalyzer indien de andere niet onmiddellijk voorhandig zijn.

Ik heb voor e grap een tijd terug gekeken hoeveel je uit een antenne kan halen. Mijn antenne is alleen een stukje groter ( 50 meter op 14 meter hoogte) dat staat een paar Volt op.
Er heeft dagenlang een elco aan gehangen. Het is me nog niet gelukt een ledje even te laten opflitsen terwijl een standby-ontvanger het prima doet ( AM radio, zonder voeding met een transistor die versterkt en zelfs een luidspeaker aan de gang krijgt) http://www.pa4tim.nl/?p=1378 voor schema

Lees je eigen vraag nu nog eens terug.

1. ik wil een zender ontvangen
2. ik neem een antenne
3. ik stem af op de zender
4. ben ik op de goede weg?

Wat verwacht je daar nu voor antwoord op? "Nee"?

We weten bijvoorbeeld niet hoever je van de zender zit. Mischien zit een andere wel zoveel dichterbij dat hij toch gunstiger is.
En je kunt zelf uitrekenen hoeveel vermogen je theoretisch maximaal kunt ontvangen, op die afstand, met die antenneoppervlakte.
Het enige wat je daarvoor hoeft te doen, is je voor te stellen hoe het vermogen van de zender zich in de ruimte verspreidt. Tip: er gaat geen vermogen onder de grond verloren, dus die ruimte hoef je niet mee te rekenen.
Check: op 100km afstand moet je op ongeveer 8µW/m² uitkomen.

Ja mijn vraag is inderdaad wat onduidelijk. Wat ik dus wil weten is of ik de goede formule heb toegepast en hoe ik op één of andere manier kan controleren dat ik met mijn antenne ook echt op 1008kHz meet. Was vergeten te vermelden dat ik inderdaad ook een diode in de schakeling heb verwerkt.

[Bericht gewijzigd door 071071 op dinsdag 17 april 2012 23:46:11 (18%)]

Wel, je hebt niet voor niks voor 1008 gekozen. Sluit een [...] of een [...] aan op de antenne (gebruik een koppellusje in het raam, tegenover de condensator) en kijk of je het gewenste signaal oppikt.

Tip: een raamantenne is ontzettend smalbandig, de Q is erg hoog. Een kleine afwijking in een berekening tegenover de realiteit is een groot probleem. Je ontkomt er niet aan om een kleine trimmer parellel te zetten met de vaste condensator voor een correcte afstemming.

De engelse term voor een raamantenne is 'loop antenna'.

Hoe heb je de zelfinductie van de loop gemeten ?
Gebruik een meetzender of functie generator en stem die af op de loop. Hang een scoop via koppelus aan de loop en kijk wanneer je resonantie hebt door de generator te verstemmen.
72 pF is niet veel voor 1008KHz. Dat moet een enorme loop zijn. Mijn raamantenne ( diameter ongeveer 80 cm en met 50 meter draad vol gespoeld) heeft voor de middengolf tussen 500 en 1000 pF nodig.)

Heb dit op school gemeten met een speciaal apparaat. Dit apparaat gaf aan dat mijn raamantenne een zelf inductie had van 347 uH.

En de waarde van de condensator hangt toch af van de waarde van de spoel?

Mijn raamantenne heeft een oppervlakte van 0,5m²

Ik begrijp steeds minder van de vraag.
Je vindt dat je 'energy' kunt 'harvesten' van een zender op 1008 kHz, maar als je dan vervolgens je antenne maakt kun je niet eens METEN of je goed afgestemd bent?
Als je het al niet eens kunt meten, hoe wil je er dan ooit iets van 'oogsten'?
Men zou denken dat je toch iets van spanning zult moeten gaan zien.

Waar zit je trouwens (= hoe ver van de zender - weet je waar die staat?), wat zijn de maten van je antenne (afmetingen en vorm van het raam, aantal windingen, hoe 'breed' is de wikkeling geworden)?

Zoals ik nu al twee keer heb proberen uit te leggen is mijn vraag of ik op deze manier goed bezig ben, dus of ik de formule goed heb toegepast en hoe ik kan meten of ik op de goede frequentie aan het meten ben.

Maar ik heb het antwoord al gevonden. Ik heb de schakeling: de raamantenne van 347µH dus parallel geschakeld met een variabele condensator van 5 tot 75pF en parallel hieraan een oscilloscoop aangesloten. Vervolgens door de antenne een beetje te richten in de richting van de 747kHz zender en wat te draaien aan de condensator. Uiteindelijk is er een signaal opgepikt met de grootste amplitude, uit eindelijk de frequentie van dit AM signaal berekent en voilá ik kwam uit op 740kHz wat dus aardig in de buurt ligt van de frequentie van de zender.

Vervolgens heb ik een hier nog parallel in serie een diode(BAT85) en een condensator (1µF) geschakeld en vervolgens een een vrijwel gelijk gericht signaal gemeten van ongeveer 150mV over de condensator.

De spanning over de condensator kan nog verdubbeld worden door ipv een eenzijdige gelijkrichter een dubbelzijdige gelijkrichter te gebruiken. Ook kunnen het aantal windingen nog uitgebreid worden wat ook zorgt voor een grotere spanning.

En verder?
Je hebt nu wel 150mV, dat kan 300mV worden.
Maar zodra je er serieus stroom uit gaat trekken zal die spanning helemaal in elkaar storten.

Aantal windingen vergroten snap ik niet. Dan raak je uit afstemming, en zal je de C moeten aanpassen. Het is nog maar de vraag of je spanning dan echt groter wordt.

Zomaar een gedachtenkronkel van me.
Jouw gewenste frekwentie is 1008kHz. Wanneer je je antenne zou optimaliseren zou de diameter hiervan gelijk moeten zijn aan golflengte van de beoogde frekwentie. Even vlug gerekend zou deze ongeveer 300 m moeten zijn ( lambda=c/f ). Een Lambda/4 is dan ongeveer 75m.
Ik kan er natuurlijk volledig naast zitten.

Je kunt er een signaalgenerator aanhangen op de gewenste frequentie en dan afregelen tot de antennestroom goed wordt.

Op 23 april 2012 12:13:44 schreef KlaasZ:
En verder?
Je hebt nu wel 150mV, dat kan 300mV worden.
Maar zodra je er serieus stroom uit gaat trekken zal die spanning helemaal in elkaar storten.

Aantal windingen vergroten snap ik niet. Dan raak je uit afstemming, en zal je de C moeten aanpassen. Het is nog maar de vraag of je spanning dan echt groter wordt.

Het gaat om het onderzoek, de onderzoeksvraag is dus hoeveel vermogen hieruit ontrokken kan worden. Dat bij een bepaalde belasting de spanning in zal zakken dat begrijp ik ook wel.

Omdat door het aantal windingen te veranderen de inductie van de spoel veranderd zal ik inderdaad ook de capaciteit van de condensator aan moeten passen. Van mijn docent heb ik begrepen dat bij een toename van het aantal windingen de spanning ook toe zal nemen. Wat mij nu dus nog te doen staat is dit te testen.

Op 23 april 2012 12:34:06 schreef depeet:
Zomaar een gedachtenkronkel van me.
Jouw gewenste frekwentie is 1008kHz. Wanneer je je antenne zou optimaliseren zou de diameter hiervan gelijk moeten zijn aan golflengte van de beoogde frekwentie. Even vlug gerekend zou deze ongeveer 300 m moeten zijn ( lambda=c/f ). Een Lambda/4 is dan ongeveer 75m.
Ik kan er natuurlijk volledig naast zitten.

De frequentie waarop ik meet is trouwens 747kHz en niet meer 1008kHz. De golflengte van deze frequentie is 402m. Ik ben inderdaad geïnteresseerd in het optimaliseren van de antenne, hoe zou ik dit volgens jou kunnen doen?

Op 23 april 2012 14:00:55 schreef Uranium:
Je kunt er een signaalgenerator aanhangen op de gewenste frequentie en dan afregelen tot de antennestroom goed wordt.

Wat bedoel je precies met het afregelen van de antennestroom?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op maandag 23 april 2012 17:56:15 (8%)]

Er staat niet 'afregelen van de antennestroom'.

--
Iets anders: je wilde het raam eerst op 1008kHz afstemmen met 72pF.
Nu heb je het raam afgestemd op 747kHz met een capaciteit 'ergens tussen de 5 en 75pF', dus vermoedelijk minder dan 72pF.
Hoeveel is het nu geworden, die capaciteit?
Goed, ik zal het anders vragen: als 0% helemaal open is, en 100% helemaal dicht, hoeveel procent van de 75pF-draaicondensator heb je dan nu gebruikt?

Volgens je eigen formule zou je 131 pF nodig gehad hebben (reken dit na!). Heb je al een idee waar het verschil vandaan komt?
(voor de kenners: nee, niet daarvandaan; het verschil is te groot)

Herhaling: Waar zit je trouwens (= hoe ver van de zender - weet je waar die staat?), wat zijn de maten van je antenne (afmetingen en vorm van het raam, aantal windingen, hoe 'breed' is de wikkeling geworden)?

Op 23 april 2012 14:04:14 schreef 071071:
Het gaat om het onderzoek, de onderzoeksvraag is dus hoeveel vermogen hieruit ontrokken kan worden. Dat bij een bepaalde belasting de spanning in zal zakken dat begrijp ik ook wel.

Waarom dan überhaupt bouwen? Je weet het vermogen, je weet de afstand, gooi er wat natuurwetten tegenaan en je weet hoeveel vermogen je moet kunnen oppikken, afhankelijk van de efficiëntie van de antenne.

Op 23 april 2012 14:04:14 schreef 071071:
....de onderzoeksvraag is dus hoeveel vermogen hieruit ontrokken kan worden. Dat bij een bepaalde belasting de spanning in zal zakken dat begrijp ik ook wel.

Dat vermogen zal heel klein zijn. Enige microwatts schat ik.
Het inzakken van de spanning kan je nu al testen. Hang er eens een weerstand van 1M aan, dan verwacht ik dat de spanning al merkbaar in elkaar zakt.
En zelfs als je kans ziet om de spanning nog verder op te voeren door meer windingen toe te voegen, dan is dat nog geen garantie dat het vermogen toeneemt.

Op 23 april 2012 17:23:07 schreef Bert M:
[...]
Waarom dan überhaupt bouwen? Je weet het vermogen, je weet de afstand, gooi er wat natuurwetten tegenaan en je weet hoeveel vermogen je moet kunnen oppikken, afhankelijk van de efficiëntie van de antenne.

Omdat ik het leuk zou vinden om bij de eindpresentatie een soort van demonstratie kan geven.

Je bent denk ik, op een betere weg als je alle parameters zelf in de hand hebt. Bijvoorbeeld de afstand tussen de zender en de ontvanger is nu min of meer vast, of je moet aan de haal gaan met je ontvanger, gaan reizen dus!
De afscherming tussen de zender en de ontvanger heb je ook niet in de hand, als je in een kelder zit (omdat daar ruimte is voor je demo) zijn je signaal sterktes veel kleiner dan in het vrije veld.

Maak dus ook je eigen zender, dat hoeft niet veel voor te stellen, kijk hier maar eens:
http://www.vk2zay.net/article/262
En hier het hele experiment + theorie:
http://www.vk2zay.net/article/253

Op 23 april 2012 14:04:14 schreef 071071:
Omdat door het aantal windingen te veranderen de inductie van de spoel veranderd zal ik inderdaad ook de capaciteit van de condensator aan moeten passen.

Als je het goed doet dan zal je merken dat dit in beperkte mate opgaat, zie ook de projekten van VK2ZAY.

Op 23 april 2012 17:13:35 schreef Frederick E. Terman:
Er staat niet 'afregelen van de antennestroom'.

Kom op je begrijpt toch wel wat ik bedoel.. pff.. dat gemierenneuk.. maar goed er staat inderdaad afregelen tot de antennestroom goed is dus excuses voor het niet letterlijk overnemen van de reactie van Uranium.

Op 23 april 2012 17:13:35 schreef Frederick E. Terman:
Iets anders: je wilde het raam eerst op 1008kHz afstemmen met 72pF.

Ik had eerst het idee om vermogen uit de 1008kHz frequentie te onttrekken, maar kwam er later achter dat 747kHz band meer vermogen uitzend. Zo'n 400kW vanaf Flevoland.

Op 23 april 2012 17:13:35 schreef Frederick E. Terman:
Nu heb je het raam afgestemd op 747kHz met een capaciteit 'ergens tussen de 5 en 75pF', dus vermoedelijk minder dan 72pF.
Hoeveel is het nu geworden, die capaciteit?

Een LC-kring heeft een bepaalde resonantie frequentie. Die te berekenen is met de formule:

f = 1/(2π√LC)

wanneer de frequentie en de waarde van de spoel dus bekend zijn kan de capaciteit van de condensator berekend worden met de formule

C = (1/(2π√L))²

Ik kom met deze formule ook op 131pF. Vandaar dat er nog een tweede condensator parallel is geschakeld van 75pF met de trimbare condensator.

De trimbare condensator zal dus op (131-75=)56pF gedraait moeten worden. Dit is zo'n 75%.

Op 23 april 2012 17:13:35 schreef Frederick E. Terman:
Volgens je eigen formule zou je 131 pF nodig gehad hebben (reken dit na!). Heb je al een idee waar het verschil vandaan komt?
(voor de kenners: nee, niet daarvandaan; het verschil is te groot)

Als je dit bedoelt.. Om de spoel en de condensator met elkaar te laten resoneren moeten ze allebei dezelfde impedanties hebben. Aangezien de impedantie worden bepaald dmv de frequentie en de inductie/capaciteit en de frequentie vast is kunnen alleen de inductie en capaciteit van elkaar variëren. Daarom moet er een andere waarde voor de condensator worden genomen.

Op 23 april 2012 17:13:35 schreef Frederick E. Terman:
Herhaling: Waar zit je trouwens (= hoe ver van de zender - weet je waar die staat?), wat zijn de maten van je antenne (afmetingen en vorm van het raam, aantal windingen, hoe 'breed' is de wikkeling geworden)?

De raamantenne is vierkant, heeft een oppervlakte van 0,25m² en dus zijdes van 0,5m. De antenne heeft op dit moment 14 wikkelingen en is zo'n 5cm breed.

En ohja.. ik zit in Amsterdam

[Bericht gewijzigd door Henry S. op maandag 23 april 2012 19:50:28 (1%)]

Kom op je begrijpt toch wel wat ik bedoel

Kom kom, dat is niet mijn probleem. Ik neem nog de moeite je erop te attenderen. In je verslag zou het gewoon fout zijn.

Met een extra condensator parallel kan het inderdaad wel natuurlijk; die had je eerder nog niet genoemd.

Op de kaart gezien zit je 35km west van de zendmast ongeveer. Omdat je weet hoeveel vermogen die uitstraalt, kun je uitrekenen hoeveel vermogen per vierkante meter er bij jou voorbij komt suizen, en dus wat de veldsterkte in V/m is.
Daarmee kun je dan weer uitrekenen wat de 'voorste' draad van één winding aan spanning ontvangt, en wat de achterste draad (waarom reken ik de boven- en onderdraad niet mee?).
De netto spanning kun je nu vermenigvuldigen met het aantal windingen.

Dit is de ontvangen, 'interne' spanning. Maar je gebruikt je antenne ook nog als afgestemde kring, zodat de spanning over de condensator Q maal zo groot wordt. Hoeveel is Q? Dat weten we nu nog niet, maar omdat je de afgegeven spanning op de oscilloscoop kunt zien, kun je die Q nu uitrekenen.
Of je kunt met iets van 50 of zo rekenen, en kijken of het een beetje wil uitkomen.

Omdat je de draadweerstand weet, kun je nu ook uitrekenen wat het maximum vermogen is dat je theoretisch uit de antenne kunt halen.

Op 23 april 2012 17:57:55 schreef En zelfs als je kans ziet om de spanning nog verder op te voeren door meer windingen tKlaasZ:
[...]Dat vermogen zal heel klein zijn. Enige microwatts schat ik.
Het inzakken van de spanning kan je nu al testen. Hang er eens een weerstand van 1M aan, dan verwacht ik dat de spanning al merkbaar in elkaar zakt.

Hola even, dat is niet correct.
Een antenne moet je zien als een bron met een inwendige weerstand gelijk aan zijn karakteristieke impedantie. Op de afstemfrequentie is die impedantie immers reeel en heeft de dimensie van een weerstand.
Dus als je 1MOhm in serie zet met de karakteristieke impedantie en de formule voor een spanningsdeler toepast, weet je exact hoeveel spanningsverlies je hebt. Daar een loopantenne enkel gevoelig is voor de magnetische componente van een EM veld, en deze 377 keer kleiner is dan de elektrische componente weet je zo al dat deze impedantie erg laag zal liggen. Jouw MegOhm zal geen meetbaar spanningsverschil aantonen. Behalve dan bij Fred101 die tien cijfers na de komma kan meten.

Verder zegt de theorie dat een bron maximale vermogenoverdracht geeft wanneer de belastingsweerstand gelijk is aan de inwendige weerstand van de bron. De klemspanning is dan de helft van de open kring spanning of EMK.
Zelf veldsterkte meten valt niet mee, maar in Belgie heeft de overheid de veldsterkte van de omroepzenders in kaart gebracht.
Dat zal voor Nederland niet anders zijn.
Ofwel vind je die kaarten terug op hetweb, ofwel kun je de veldsterkte op een bepaalde lokatie opvragen bij de bevoegde overheid.
Gezien de vermogendichtheid afneemt met het kwadraat van de afstand zal dat op de meeste plaatsen vies tegenvallen. Nog geen honderdste van wat een ledje nodig heeft om op te lichten.

Vlak bij de antennparken is dat een ander verhaal.
Er zijn heus al slimmerikken geweest die dat gedaan hebben lang voor jouw leraar in de luiers lag.
Het is bovendien verboden.

Je weet dat ik het s....t heb aan die inteeltleraars die met hun diploma door de grote poort wandelen en onmiddellijk langs de personeelsingang terug binnenkomen zonder iets uit de echte wereld geleerd te hebben.

En hun idiote projecten , steeds gebaseerd op fantastisch klinkende anecdotes vanuit de barkruk die vaak broodjes aap blijken te zijn.
Maar ja, ze moeten tegenwoordig techniek absoluut combineren met ecologie.

Volledig mee akoord, maar niet als een kip zonder kop aub.
Een ledje proberen gratis te laten branden terwijl je putje winter in je verwarmd buitenzwembad ligt te dobberen is Absurdistan.

Daar een loopantenne enkel gevoelig is voor de magnetische componente van een EM veld, en deze 377 keer kleiner is dan de elektrische componente [...]

De magnetische component vertegenwoordigt precies de helft van de vermogensinhoud van de golf; evenveel als de elektrische component.
Dat je, als je ze op elkaar deelt, als antwoord 377 ohm krijgt (dus niet: '377', maar 377 ohm; en Nee, ook niet precies 120 pi) is toevallig zo door de keuze van de grootheden. In gerationaliseerde Gauss/Lorenz-Heavysidegrootheden zou het quotiënt 1 bedragen. Jammer genoeg wordt op het gebruik daarvan in alledaagse techniek neergezien, de laatste vijftig jaar.

weet je zo al dat deze impedantie erg laag zal liggen.

Als je de raamantenne 'los' zou bekijken, zou dat bijna waar zijn, hoewel dan de inductantie van het raam nog in serie zit.
Maar hier is het raam afgestemd. De geïnduceerde spanning zit in serie met de spoel, maar de afgenomen spanning is die parallel op de condensator. Die spanning daar is Q maal zo hoog als de geïnduceerde; en de inwendige weerstand die je daar meet ongeveer Q² maal zo hoog als de impedantie van de raamantenne alleen.
Door die hoge inwendige weerstand wordt de hele handel meer een stroombron dan een spanningsbron.

Ik heb met de gegevens van TS natuurlijk al prettig gerekend, en het lijkt erop dat met de gegeven antenne hij het maximum er nu wel uit heeft. De keuze van de diode is nog het lastigst.
Meer vermogen krijg je met meer windingen, maar vooral door een groter raam.
Hint: n komt lineair in de vergelijking voor, d echter in de derde macht.

Ik ben weeral droog geschoren door E.Terman.

Maar niet helemaal dacht ik..
Je hebt gelijk dat een afgestemde loop zich als een parallelkring gedraagt. Wanneer je die dan zeer hoogohmig belast krijg je idd de geinduceerde spanning maal de Q factor. Maar in het kader van dit topic is dat zonder waarde, het gaat er immers niet om een zo hoog mogelijke spanning te versterken met een buis of FET, maar om vermogen af te nemen.
Daarom moet je de antenne afsluiten met zijn karakteristieke bronimpedantie die onder meer afhangt van de vorm. Ik dacht dat 110-150 Ohm een realistische waarde is.
Hierbij wordt de Q factor zo laag, dat de hele afstemprocedure niet zinvol is. Eigenlijk kun je de condensator evengoed gewoon weglaten.
De antenne is dan wel degelijk laagohmig en bij perfecte aanpassing is de spanning over de belasting precies de helft van de EMK.

Bijvoorbeeld 200mV EMK wordt dan 100 mV. Het vermogen is dan bij 100 Ohm impedantie: 100µW ofte 0.0001W.
Oh my Gawd I saved a dime in thousand years! We could stop now the global warming.