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KW
TP-Filter
(300W
Version 1.2 )
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Schaltbarer, 9-Band
Tiefpassfilter 5.Grades für KW-Sendebetrieb, 300W
Belastbarkeit CW 200W / SSB PEP 300W bei SWR
< 2
Neue
Hardware-Version 1.2 mit geringerer Bauhöhe (27mm) und "low
aktiver" Steuerlogik |
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Messdaten
des TP Filters sind am Ende der Seite, bitte runterscrollen. |
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Stromlaufplan
des Tiefpass Filters in Rev. 1.2, (Schalteingänge low aktiv) |
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Allgemeine
Beschreibung des schaltbaren 300W Tiefpass-Filters
mit 30dB Unterdrückung der 1. Oberwelle |
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Für
den KW-Sendebtrieb beim Amateurfunk besteht häufig der Wunsch
nach
etwas mehr Sendeleistung und einem sauberen intermodulationsfreiem
Signal. Gerade im Zusammenhang mit den neuen SDR
Konzepten besteht hier der Wunsch zur Nachschaltung einer PA, um die
Sendeleistung auf "Normalpegel" von ca. 300W anheben zu
können. Da
hier meist preiswerte Transistorendstufen zum Einsatz kommen,
ergibt sich das Problem mit der Unterdrückung von ungewollten
Oberwellen, Harmonische genannt. Im speziellen sind hier die
ungeradzahligen Vielfachen der Sendefrequenz das Problem und es ist
schwierig die gesetzlichen Vorgaben zur Unterdrückung dieser
Harmonischen einzuhalten. Ein nachgeschalteter Tiefpass ist zwingend
nötig, doch meist ist die Unterdrückung nur
unzureichend oder
es entstehen im Filtern zu hohe Verluste, die eine "teuer" erkaufte
Sendeleistung teils wieder zunichte machen.
Hier setzt das beschriebene Tiefpass-Filter an. Es bietet in einem
schaltbaren, sendefähigen Filterkonzept 6 unterschiedlich
abgestimmte
Tiefpass-Strukturen, die eine Unterdrückung der 1.
Harmonischen von ca.
30dB und mehr bieten. Dafür wurden Filterstrukturen 5. Grades
entwickelt und hoher Bauelementegüte umgesetzt. Die
Durchgangsdämpfung dieser
Filter liegt im Bereich von 0,3 - 0,6dB und ist damit nahezu
vernachlässigbar.
Diese Daten sind nur mit
sehr hochwertigen Bauelementen erreichbar. Aus diesem Grund
werden für diese Filter ausschließlich
hochwertige Mica-Glimmerkondensatoren mit 500V Spannungsfestigkeit
eingesetzt. Die
Induktivitäten sind aus T68 Amidon Ringkernen aufgebaut, haben
einen Drahtdurchmesser von 0,7mm bei 160m und 1,0mm bei den
restlichen Filtern und
sind einzeln ausgemessen.
Die Dimensionierung der Filter ist für ca. 200W Dauerstrich
Sendeleistung ausgelegt. Damit ist eine PEP SSB Leistung von 300W
möglich, wenn das SWR unter 2 bleibt.
Das gesamte Filter besteht aus 6 unabhängigen
Filterzügen,
die mit hochwertigen
und bis 10A belastbaren Relaiskontakten umgeschalten werden. Andere
Lösungen arbeiten hier mit 1A Signalrelais, die gerade bei
Resonanzen und Fehlanpassungen meist völlig
überfordert sind
und schnell wegbrennen.
Um bei der Konzeption der Hardware im Kostenrahmen zu bleiben war es
notwendig, einige Filter für dicht zusammen liegende Bander
gemeinsam zu nutzen. Das trifft zum Beispiel für die
Bänder
30m/40m, 17m/20m und 10m/12m zu. Jede dieser Kombinationen wird
von je einem Filterzug realisiert, was einen Kompromiss bei
Aufwand und Nutzen darstellt.
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Dieses Filter
ist die ultimative
Lösung wenn
preiswerte Mosfet PA's auf die gesetzlichen Anforderungen zur
Oberwellenunterdrückung treffen. Dieses Filter schafft es mit
seinen hochwertigen Bauelementen und einem Schaltungskonzept 5. Grades
eine Unterdrückung von 30dB zu erreichen. Mit normalen,
preiswerten Keramikkondensatoren ist das für übliche
Sendeleistungen so nicht realisierbar. Entweder sind diese nicht in
COG/NPO Material verfügbar oder die Spannungsfestigkeit reicht
nicht aus. In letzter Zeit haben sich einige Funkamateure mit dem Thema
Güte von Kondensatoren beschäftig und sind immer zum
Ergebnis
gekommen, wenn hohe Güte bei hoher
Spannungsfestigkeit
nötig ist, dann gibt es nur Mica-Glimmerkondensatoren als
Lösung.
Die Messdaten der Filter sprechen
hier eine deutliche Sprache und sind weiter unten auf der Seite
verfügbar. |
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9-Band / 6 Kanal 300W
Tiefpassfilter Rev. 1.2,
Bestückungsansicht |
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Das
gesamte Filter befindet sich auf einer 160 x 100mm großen
Leiterkarte (Europakarte), Bauhöhe der neuen Version 1.2
beträgt jetzt nur noch 24mm und wird mit 12V
Gleichspannung über
Relais umgeschalten. Nicht genutzte Filter sind automatisch vom
Signalweg getrennt und ein- bzw. ausgangsseitig auf Masse gelegt. Wird
kein Filter aktiviert, so wird eine Entkopplung von 70-80dB erreicht.
Jedes Filter wird mit je einem Relais am Ein- und Ausgang geschaltet.
Auf diese Weise wird eine maximale Entkopplung zwischen Ein- und
Ausgang der Filterplatine erreicht.
Für jedes Filter existiert ein eigener 12V Steuereingang.
Die Logik der Ansteuerung wurde bei der neuen Hardwareversion 1.2
geändert und ist jetzt "low aktiv". Das bedeutet, wird dieser
Steuereingang mit Masse verbunden, so erfolgt die Aktivierung des
betreffenden Filters. Alle
Relais sind mit Kondensatoren entstört und haben
Freilaufdioden
zum Kappen der negativer Spannungsspitzen. Der
gesamte Leistungsbedarf für die beiden Umschaltrelais pro
Filter ist 60mA
bei 12V bzw. 0,72W.
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Um die Kosten
und Größe der Platine im
erträglichen Rahmen zu halten wurden drei Filterzüge
so
ausgelegt das sie für zwei Bänder gemeinsam genutzt
werden können.
Damit reduziert sich die Zahl der nötigen Filter von 9 auf 6
Stück.
Die
Filterkonfiguration ist wie folgt: (die
Verteilung der Bänder auf die Filter ist bei der 1kW Version
anders)
1. Filter: 160m Band
2. Filter: 80m Band
3. Filter: 30m / 40m Band
4. Filter: 17m / 20m Band
5. Filter: 15m Band, (12m Band noch im Durchlassbereich)
6. Filter: 12m / 10m Band |
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Messdaten
des TP Filters für die einzelnen Amateurfunkbänder |
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Die Messdaten
wurden mit einem kalibrierten Agilent
Networkanalyzer ENA 5071B aufgenommen und sprechen eine deutliche
Sprache. In den Amateurfunkbandern wird eine Unterdrückung der
1.
Harmonischen der Sendefrequenz von ca. 30dB erreicht. Folgende
Hormonische werden meist noch
stärker unterdrückt. |
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1.
Filter Daten 160m Band, Unterdrückung 1.
Harmonische: -34dB, Verlust: nur 0,17dB, S11 = -24dB |
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2. Filter Daten 80m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische -52dB, Verlust: nur 0,25dB, S11 = -18dB |
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3. Filter: Daten 40m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische -51dB, Verlust: nur 0,18dB, S11 = -24dB |
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3. Filter: Daten 30m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische: -50 dB, Verlust 0,38dB, S11 = -18dB |
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4. Filter: Daten 20m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische: -29,4 dB, Verlust
0,26dB, S11
= -26B |
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4. Filter: Daten 17m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische: -53 dB, Verlust 0,39dB, S11 = -16dB |
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5. Filter: Daten 15m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische: -37dB,
Verlust 0,37dB,
S11 = -15,5dB |
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6. Filter: Daten 12m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische: -32,1dB,
Verlust 0,45dB,
S11 = -20,1dB |
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6. Filter: Daten 10m Band,
Unterdrückung 1. Harmonische: -35,5dB, Verlust 0,59dB, S11 = -16dB |
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kein Filter aktiv, Entkopplung
Eingang zum Ausgang des Filters S21 = > 50dB |
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