Einlagige Luftspule
Programme zur Berechnung von Zylinderspulen gibt es zur Genüge.
Was Du aber mit Sicherheit nicht so schnell finden wirst ist ein Tool, welches gleichzeitig auch parasitäre Kapazität und Parallelresonanz abschätzt,
die optimale Spule berechnet und als Zugabe auch noch die geometrischen Abmessungen in natürlicher Größe anzeigt.
Hinweis:
Die zugrundeliegenden Formeln sind Näherungen, also mehr oder weniger ungenau.
Es wird vereinfachend angenommen, dass die Drahtstärke gegenüber dem Durchmesser des Zylinders vernachlässigbar klein ist, demzufolge bleibt ihr Einfluss gering und sie kann unberücksichtigt bleiben.
Vorbereitung:
Damit Dein Monitor die Spule im Maßstab 1:1 anzeigt, musst Du vor der erstmaligen Benutzung des Programms die Grafikanzeige wie folgt kalibrieren:
Messe die Breite des weißen Bildfelds mit einem Lineal und trage den Wert in das Feld "Breite" ein.
Dieser Wert geht nicht verloren, sondern steht nach einem erneutem Programmstart automatisch wieder zur Verfügung!
Beispiel 1
In der Künstlichen Stationserde MFJ-931 befindet sich eine schaltbare Luftspule mit 18 Windungen, dem Durchmesser 6,2cm und der Länge 4,5cm.Welche maximale Induktivität hat diese Spule (Schalterstellung L)?
Auf der Tab-Seite "Allgemein" markierst Du mit dem kleinen runden Button das Feld für die gesuchte Größe, in unserem Fall also "Induktivität".
In die anderen Felder trägst Du die gegebenen Werte ein.
Nach Klick auf "START" erhältst Du nicht nur das Ergebnis (ca. 17µH), sondern neben weiteren Parametern auch die Seitenansicht der Spule im Maßstab 1:1:
Daraus lässt sich schlussfolgern, dass der MFJ-931 zumindest in Schalterstellung L nicht auf dem 15m-Band und höher betrieben werden kann (siehe Spulenrechner)!
Mit dem Button "Kontrolle" kannst Du Dir zu Vergleichszwecken das Ergebnis einer alternativen Berechnungsmethode anzeigen lassen, die nicht auf auf der verwendeten Näherungsformel basiert, sondern auf einer Integration über die magnetische Feldverteilung (siehe Info):
Beispiel 2
Für eine so genannte "optimale" Spule gilt das Verhältnisl/D = 0,45.
Damit erreicht man die gewünschte Induktivität mit der geringstmöglichen Drahtlänge.
Wie groß müssen Windungszahl und Länge einer "optimalen" 1µH-Spule sein, wenn ein Wickelkörper mit 2cm Durchmesser zur Verfügung steht?
Wähle diesmal die Tab-Seite "Optimal" und markiere als gesuchten Parameter die "Windungszahl".
Beim Eintragen des Durchmessers merkst Du, dass die Spulenlänge automatisch im Verhältnis l/D = 0,45 angepasst wird.
Erst danach den "START"-Button klicken:
Eine "optimale" Spule muss nicht automatisch auch eine Spule mit der größtmöglichen Güte sein,
da auch die Drahtstärke eine entscheidende Rolle spielt.
In der Praxis wird l/D meist etwas größer gewählt, die Spule wird also mehr oder weniger gestreckt.
Für eine hohe Spulengüte gibt es folgende Empfehlungen für das Verhältnis Länge zu Durchmesser:
KW-Spulen: l / D = 1 ... 2
UKW-Spulen: l / D = 0,5 ... 1,5
Achtung: Der Windungsabstand, wie ihn das Programm anzeigt, ist nicht zu verwechseln mit dem Zwischenraum zwischen den Windungen,
sondern er wird gemessen zwischen den Mittelachsen benachbarter Windungen.
Der Windungsabstand sollte, zumindest bei UKW-Spulen, gleich dem Drahtdurchmesser sein, damit die Spulenkapazität klein bleibt.
Du erleichterst Dir auch den späteren Abgleich der Induktivität (durch Zusammen- bzw. Auseinanderdrücken der Windungen),
wenn der Windungsabstand nicht zu knapp bemessen ist.
Weitere sehr nützliche praktische Empfehlungen, vor allem für den Antennenbauer, findest Du hier.