Frequenz [Hz]

Transkript

1 DL2VER, HEIKO JAN JAHN Seite 1 von 5 Aufbau eines Filters mit keramischen Resonatoren Neben dem Aufbau von Quarzfiltern in Ladderstruktur ist auch der Aufbau von Filtern mit keramischen Resonatoren möglich. Diese Resonatoren haben eine geringere Güte als Quarze, dafür sind sie auch für den beliebten 455 khz-bereich verfügbar. Da die Güte im Bereich hochwertiger LC-Kreise liegt, sollte ein solches Filter erprobt werden. Resonatoren dieser Art gibt es für verschiedene Frequenzen preiswert zu kaufen, z.b. bei Reichelt in den Stufen 429 khz, 455 khz, 47 khz, 485 khz und 5 khz. Zufällig waren gerade 6 Resonatoren CSB 5 E greifbar, davon sollten 5 ins Filter, der sechste wäre dann ggf. der BFO- Quarz. Ein Scan mit dem NWT und 5 Ohm-Messadapter nach [1] zeigt einige interessante Fakten (die man natürlich auch in der Literatur, z.b. [2] findet) Verglichen mit einem Quarz liegt die Serienresonanzfrequenz weitaus niedriger als die Parallelresonanzfrequenz. Die angegebene Resonanzfrequenz stimmt definitiv eher mit der Parallelresonanzfrequenz überein Es gibt jede Menge Nebenresonanzen Die Parallelkapazität ist wesentlich höher als bei einem Quarz Der letzte Punkt ergibt sich nicht aus dem vorstehenden Bild, sondern aus einer Messung der Resonatoren mit dem AADE L/C Meter IIB. Aus der Messung aller 6 Resonatoren ergibt sich folgende Tabelle: Reso Z Source Z Load f s B 3dB U out /U in U out /U in R m L m C m Q Kr Q U C P No. Ohm Ohm Hz Hz db % Ohm mh pf - - pf 1 51,86 51, ,69 92, , , , ,86 51, ,69 92, , , , ,86 51, ,4 88, , , , ,86 51, ,35 96,558 4,2591 7, , ,86 51, ,69 92, , , , ,86 51, ,35 96,558 4,2591 7, ,

2 DL2VER, HEIKO JAN JAHN Seite 2 von 5 Die zuerst gemessene Kurve mit eingeschränktem Scanbereich ergibt dann folgendes Bild Unter Verwendung der Mittelwerte lässt sich im Dishal [3] nun ein Filter berechnen. Die Filterimpedanz sollte mit LC-Kreisen an die umgebende Schaltung angepasst werden, nur so lassen sich die Nebenresonanzen einigermaßen unter Kontrolle halten. Das Filter wurde zunächst im RFSim99 simuliert, mit folgender Schaltung:

3 DL2VER, HEIKO JAN JAHN Seite 3 von 5 Die Schaltung enthält bereits die Anpassung an die 5 Ohm des NWT, ggf. sind die Kreise anzupassen, wenn das Filter in eine Schaltung soll. Auf jeden Fall sorgen die Induktivitäten mit für eine Unterdrückung der höherfrequenten Nebenresonanzen. Das Ergebnis aus RFSim99 zeigt folgendes Bild: -5 S11 S S-Parameter B 3dB = 2,37 khz Frequenz [khz] Das Filter erscheint etwas schmaler als im Dishal. Allerdings wurde aus Bequemlichkeit ein wenig bei der Eingabe der Werte gerundet. Das Bild zeigt deutlich, dass die höherfrequente Flanke steiler ist als die niederfrequente. Das würde sich evtl. durch die Verwendung von Parallelinduktivitäten zur Kompensation der Parallelkapazität beheben lassen. Man kann aber auch einfach ein paar mehr Resonatoren ins Filter bauen [1]. Natürlich ist alle Theorie grau, somit war das Filter aufzubauen und mit dem NWT zu vermessen. Wegen der individuellen Abweichungen jedes Resonators vom Mittelwert war eine weniger glatte Kurve zu erwarten. Der Aufbau erfolgte über einer Massefläche, aber ohne das Erden der Gehäuse, die ohnehin aus Kunststoff bestehen. Als Kondensatoren wurden Normwerte verwendet, die nicht extra ausgemessen wurden. Die Schaltung sah also wie folgt aus: Die 4,2 nf Kondensatoren sind Keramikkondensatoren und mit 4,7 nf bedruckt, liegen aber weitab vom Nennwert. Der Rest sind Folienkondensatoren. Für die Drosseln wurden zwei Doppellochkerne bewickelt, so dass die Induktivität in etwa passte.

4 DL2VER, HEIKO JAN JAHN Seite 4 von 5 Wie sich zeigt, hat der Aufbau eine sehr anständige Weitabselektion. Auch beim Messen zwischen 1 khz und 3 MHz ist alles sauber. An der höherfrequenten Flanke tun eindeutig die Drosseln ihre Arbeit Im gezoomten Blick sieht man, dass der Durchlassbereich ein wenig wellig ist. Dafür, dass das Filter nur zusammengeschustert wurde, sieht es aber nicht so übel aus B 3dB = 22 Hz

5 DL2VER, HEIKO JAN JAHN Seite 5 von 5 Natürlich lässt sich noch einiges verbessern, dazu wären folgende Punkte unbedingt zu beachten: 1. Die Verwendung von 8 oder 1 Resonatoren würde den Formfaktor von derzeit 3,3 (laut NWT-Software) nochmals verbessern. Ziel wäre 2 oder weniger. 2. Die im Dishal berechneten Kondensatoren sind vor dem Einbau genau zu messen. Weniger als 1% Abweichung wären ganz gut, in diesem Fall wurden ca. 5% zugelassen 3. Mit Hilfe der Tools des Dishal-Programmes sollten die Abweichungen der einzelnen Resonatoren gegenüber dem Mittelwert durch Tunen der Kondensatoren korrigiert werden, siehe [1] Zusammenfassung Mit Keramikresonatoren lässt sich ein brauchbares ZF-Filter bauen, wenn man strikt den Regeln aus [1] folgt. Je nach Qualität der ausgeführten Arbeit erhält man ein mehr oder weniger hochwertiges Filter. Die Filtermittenfrequenz liegt in jedem Fall deutlich unter der Nennfrequenz des Resonators. Wegen der Nebenresonanzen sollte das Filter nicht mit Widerständen sondern mit LC-Kreisen angepasst werden. Literatur [1] Steder, Horst, DJ6EV: Klassische und moderne Quarzfilter Eine kleine Einführung mit Praxisbeispielen, Rev. 2, 5/21 [2] Lechner, Detlef, Y21TD: Kurzwellenempfänger, 2. Auflage, Militärverlag der DDR, 1985 [3] Steder, Horst, DJ6EV: Programm Dishal 2.3