Despre filtre RF

[ndor]

Deschid topicul asta pentru discutii si idei in cea ce privesc filtrele RF.

Asa cum umbla vorba prin targ ca antena e de baza in domeniul asta , de la ea pleaca restul, tot asa putem spune ca ,daca filtre nu ai ....nimic nu ai , in radiofrecventa.

Asa ca am decis sa impartasim diverse idei si solutii practice in ce privesc fltrele in radiofrecventa .

Si pentru ca statul in casa genereaza si idei , unele constructive , altele mai putin, m-am apucat sa construiesc cite ceva .

Tot aveam de gand sa fac un preselector, asa ca am inceput cu filtre de HF pentru Rx.

Ideea a fost de la bun inceput sa le fac cu ce gasim pe piata . Fara toruri , greu de gasit in cantitatile care sunt necesare , relativ scumpe si mai ales pe vremea asta destul de complicat de ajuns in posesia lor.

Asa ca am decis sa le fac cu acele drosele su socuri  care se gasesc mult mai usor si cu valori diferite.

Un criteriu pentru costructie a fost sa fie destul de mici , usor de implementat in montaj . Pentru asta le-am facut pe suport de soclu DIP 8.

Stiu ca miniaturizarea vine la pachet cu niste costuri . Unul din ele aste aceptarea unor parametri ai filtrului mai putin industriali , as putea spune.

Am urmarit in principiu ca filtrul sa fie cat mai simplu , sa aiba o atenuare de insertie cat mai mica posibil pentru o largime de banda data si o rejectie cat mai mare posibila pentru benzile adiacente .

Mai jos pun poze cu filtrele asa cum au iesit ele fizic construite ,cat si fisierele s2p generate pe VNA.Pentru  cine doreste , fisierele se pot deschide cu programul RSPlot . Gratuit si nu necesita instalare .

Sunt si alte softuri cu care se pot vizualiza, inclusiv Excel.

Am pus si o vedere panoramica facuta pe SNA pentru a se vedea mai bine banda de trecere si cat rejecteaza din banda adiacenta .

Pana acum am facut pentru benzile de la 3 la 21 Mhz.  Acum urmeaza greul . Benzile de 24 si 28-30 Mhz. Si asta pentru ca Q -ul la aceste drosele scade foarte mult cu cat creste in frecventa.

Asta implica un RL scazut si o neliniaritete redusa in banda de lucru . Sa nu mai zic de rejectia redusa a benzilor adiacente . Filtrele pina in 18mhz inclusiv au o largime de banda sub 1 Mhz.

Cand nu ai elemente de reglaj pe ele e destul de greu sa le aduci in zona de interes numai din simulari . Asta e si un lucru bun , zic eu , pentru ca nu se pot umbla in ele pentru a fi dezacordate.

Oricum , una peste alta eu zic ca au iesit destul de OK pentru scopul propus .

 

Valorile din schema nu sunt cele reale . Schema filtrelor este aceeasi pentru toate , doar valorile difera.

 

 

3.7mhz.s2p 7 mhz.s2p 10 mhz.s2p 14 mhz.s2p 18 mhz.s2p 21 mhz.s2p

Editat Martie 29, 2020 de ndor

[Mircea]

Salut si bravo pentru initiativa. 

 

Intrebare. Caz concret banda de 80m. Frecvente de la 3.5 la 4MHz. Pe ce criterii alegem atenuarea filtrului in afara benzii? Cat este o atenuare buna la 3MHz de exemplu? 

 

Nu ma trimite sa masor din captura ta de ecran, ca nu vreau sa stiu ce poate filtrul tau. 

 

Multumesc pentru raspuns. 

[ndor]

Pai depinde cu cat in afara benzii . Eu de pilda am considerat ca fiind ok  o atenuare de -30dB a benzii adiacente. Si am mers pe ideea asta cat am putut.

 Banda adiacenta superioara pentru 3.6 Mhz se poate considera pentru unii aia de 5Mhz, dar in Ro nu e folosita , asa ca am considerat-o pe cea de 7.1 mhz.

Pentru inferioara e mult mai mica rejectia , dar asta din cauza tipului de  filtru, cat si faptul ca ecartul e mult mai mic .

Depinde ce ai in imediata vecinatate a benzii. daca la 3Mhz , adica 0.7Mhz de centrul filtrului ai ceva semnal deranjant se  se poate merge pe un notch pentru zona respectiva.

Nu cunosc daca exista vreo norma care sa stabileasca cu cat anume trebuie sa taie un filtru oarecare o zona oarecare.

[Marele Savant]

Nu e folosita de radioamatori banda de 5mhz, dar e o gramada de radiodifuziune in zona!

[puriu]

Cred ca un preselector ar trebui, in primul rand, sa atenueze mult frecventa-imagine a semnalului receptionat.

Banzile adiacente ce ar mai trebui atenuate se afla de ambele parti ale benzii de interes. Uneori pot fi foarte aproape. Pentru banda 7000 -7100 kHz, o banda adiacenta deranjanta este 7100 -7300 kHz unde sunt si posturi puternice de radiodifuziune. Si Romania are vre-o trei.

Undele scurte (si nu numai) pot fi admirate si ascultate la diferite ore cu: http://websdr.ewi.utwente.nl:8901/ . Asa se aud din Olanda, nu de la noi.

Pentru filtrele RF se poate folosi calculatorul: https://www.leleivre.com/rf_chebyshev_BPF.html . Pe aceeasi pagina sunt mai multe calculatoare bune.

Putem spune ca daca bobine bune nu ai, ....nimic nu ai. Cele mai bune, cu Q mare, sunt cele pe toruri din ferrocart sau din ferita cu permeabilitate mica. Nu trebuie sa fie ecranate si pot sta si inghesuite la 2-3 mm una de alta.

[ndor]

Pai tocmai ca banda alocata radioamatorilor este situata intre 7000 si 7200 .Conform tabelului de frecvente IARU pentru regiunea 1

Deci cum poate fi deranjant banda 7.1 - 7.3 ? Ca in cadrul benzii pot exista unele semnale foarte puternice , cred ca asta se poate considera ca si caz particular. Acolo unde e cazul , in functie de situatie se pot face filtre notch pentru atenuarea diferitelor frecvente . Banda adiacenta ,ma refer la banda urmataore alocata in tabel. Nu poti lua in considerare banda adiacenta la 50 khz !

Bobine cu Q mare...da. Dar am spus ca acele toruri nu le gasesti intodeauna si de multe ori sunt relativ sumpe de aia am considerat ca o provocare sa incerc sa vad ce poate sa iasa din socurile alea. Si eu zic ca e destul de ok. Masurate socurile nu au un Q mai mare de 30 pana pe la 10 Mhz. Dupa frecventa asta scade drastic Q-ul . Ca idee, pe la 30 mhz unele ajung cu un Q de 7-10 . Asta ca sa nu mai socotim si Q-ul capacitatilor.

De fapt aici am observat ca intervin pierderi mari de insertie . Capacitatile cu valori mari , sute de pici ...nanofarazi au un Q foarte mic .Ma refer la cele uzuale ceramice,care se gasesc de regula prin magazine Capacitatile ce ordinul pico ...zeci de pico au un Q relativ mare .Asa ca am ales tipul de filtru care sa-mi permita sa jonglez cu valori mici ale capacitatilor.

Se pot face filtre si cu capacitati de ordinul nanofarazilor, dar uita-te sa vezi ce preturi au pe Mouser sau Farnell. Sa nu mai zic daca vrei sa faci un filtru de Tx si ai nrvoie de capacitati cu valori mari , tensiuni mari sa sa fie si pentru RF.

https://ro.farnell.com/cornell-dubilier/mc22ff102j-f/cap-1000pf-1-kv-5-2220/dp/2112927

Frecventa imagine se atenueaza relativ usor cu astfel de filtre .Se pot folosi tip eliptic cu rejectie pe freventa imagine. Acum depinde si unde cade frecventa imagine in functie de FI-ul folosit.

Calculatorul ala e ok dar nu ai decat un anumit tip de filtre de banda. Daca te uiti atent ai sa vezi ca foloseste inductante cu valori mari serie si capacitati cu valori mari pralel .

[yo9hrb]

Acum 3 ore, puriu a spus:

...

Pentru filtrele RF se poate folosi calculatorul: https://www.leleivre.com/rf_chebyshev_BPF.html . Pe aceeasi pagina sunt mai multe calculatoare bune.

Putem spune ca daca bobine bune nu ai, ....nimic nu ai. Cele mai bune, cu Q mare, sunt cele pe toruri din ferrocart sau din ferita cu permeabilitate mica. Nu trebuie sa fie ecranate si pot sta si inghesuite la 2-3 mm una de alta.

Ce topologie ar fi mai nimerita pentru receptie, pi sau T? Care ar fi ordinul minim?

Multumesc.

[puriu]

Cele doua topologii sunt echivalente si la fel de potrivite. Functie de frecventa si impedanta se alegea cea la care componentele sunt mai usor de procurat/confectionat. Ordinul minim este, desigur, 2. Cel maxim, dupa nevoi si posibilitati. Si cel de ordinul 2 este mult mai bun decat un simplu circuit LC.

[grosu99]

Aveti aici un filtru pentru banda de 20 m.La sfarsitul paginii sunt link-uri pentru restul de benzi

https://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/bpf_20m.html

 

Cu ce se pot inlocui condensatorii stiroflex din circuitele oscilante ? Merg condensatorii cu mica ?

[ndor]

Merg foarte bine condensatorii cu mica . Ba chiar sunt mai buni, mai ales daca ai cu mica argintata.

Problema se pune si in functie de tensiuni  , ce putere vrei sa suporte filtrul . Ca sa nu mai spun de pret.

 

[yo3fhm]

Buna seara si felicitari pentru ideea de a deschide topicul !

Nu am mai vizitat de ceva vreme forumul , dar ma bucur sa constat ca mai exista preocupare si pentru altceva in afara de afurisitul asta de virus care ne face viata grea !

Citind cele postate pana acum, as dori sa comentez pe marginea unor aspecte pe care colegul ndor le-a atins, pentru a reliefa unele detalii care sunt trecute de multe ori cu vederea de catre o parte dintre entuziastii care incearca sa foloseasca aplicatii online pentru calculul elementelor anumitor tipuri de filtre. 

 

La 05.04.2020 la 16:41, ndor a spus:

Capacitatile cu valori mari , sute de pici ...nanofarazi au un Q foarte mic. Capacitatile ce ordinul pico ...zeci de pico au un Q relativ mare. 

Se pot face filtre si cu capacitati de ordinul nanofarazilor, dar uita-te sa vezi ce preturi au pe Mouser sau Farnell. Sa nu mai zic daca vrei sa faci un filtru de Tx si ai nrvoie de capacitati cu valori mari , tensiuni mari sa sa fie si pentru RF.

https://ro.farnell.com/cornell-dubilier/mc22ff102j-f/cap-1000pf-1-kv-5-2220/dp/2112927

 

Referitor la Q, numai daca privim foaia de catalog a condensatorului citat mai sus, se observa imediat graficul de la pag.5 :

 

Astfel, se vede ca in cazul condensatorului de 1nF, acesta are un Q de aprox. 2000 la 10MHz si de aprox. 500 la 30 MHz .

Ceramicele ar trebui sa aiba Q-uri mai mari. 

 

Referitor la utilizarea condensatoarelor de valori mari (de ordinul nF) in realizarea filtrelor, asta e desigur posibil, dar depinde de banda in care se opereaza.

In principiu, in zona de unde scurte, capacitatile de peste 1nF nu sunt indicate, din simplul motiv ca prezinta inductanta parazita mare. 

 

Pentru a exemplifica acest aspect, am pornit de la caculatorul online sugerat de colegul Puriu, cu ajutorul caruia am obtinut valorile pentru un filtru trece-banda de ordin 3 (Cebasev) avand frecventa centrala = 7.1MHz, banda de trecere = 400 KHz si riplul in banda de trecere = 0.05dB (vedeti poza din partea stanga, dedesubt). 

Apoi, am folosit LTSpice pentru a simula filtrul respectiv. Schema se poate observa mai jos in poza din dreapta, prima de sus :

 

       

 

 

Rezultatele simularii primului filtru (cel proiectat cu calculatorul online) sunt afisate in primul grafic din poza de mai sus. 

Ce se poate observa ? 

Pai, aparent, totul arata splendid. O caracteristica de transfer perfecta (pentru ca nu am introdus in simulare elementele care ar defini Q-ul bobinelor) si un return-loss excelent, de peste -20dB pe toata banda de trecere. Oricine si-ar dori performantele astea de la un filtru....

 

Dar sa vedem mai departe.

Cea de a doua schema de filtru este de fapt acelasi, dar in care am introdus inductanta parazita a condensatoarelor derivatie de pe elementele LC de la intrare si iesire. 

Aici trebuie sa mentionez modul in care am realizat simularea , pentru ca am facut un artificiu. 

Pentru ca nu am avut condensatoare apropiate de 7nF la dispozitie, am masurat cu impedantmetrul un condensator de 4.7nF, din acela cu dielectric din poliester (galben). 

Am cautat rezonanta serie, care a aparut la f=12.521 MHz, unde Xc=7Ω. Aplicand apoi formula lui Thompson,  am obtinut astfel valoarea inductantei parazite a condensatorului:

Lprz =1/[(2π*fo)² * C] = 29.4 nH

Astfel, in conditii strict ideale, daca se calculeaza frecventa de rezonanta a circuitului oscilant C5-L5 din prima schema (7nF derivatie cu 71.8nH), rezulta f0=6.64 MHz .

Totusi, in realitate, condensatorul de 4.7nF va adauga si inductanta sa parazita de 29.4nH, modificand punctul de rezonanta si astfel, caracteristicile intregului filtru.

Pentru a ilustra acest lucru, in cazul schemei din mijloc, am compus condensatorul de 7nF din 2 cond. distincte, unul de 2.3nF (ideal) si celalalt, de 4.7nF la care am adaugat si inductanta parazita, incadrata cu un contur cu linie intrerupta. Pentru cel de 2.3nF nu am introdus inductanta parazita, intrucat nu aveam de unde s-o cunosc exact. 

 

Rezultatele simularii filtrului avand schema din mijloc se pot vedea in poza cu grafice, de asemenea in mijloc. 

Transmisia acestuia (S21) este figurata cu trasa de culoare bleu, iar S11 (in speta, RL-ul) este figurat cu trasa de culoare mov. Se observa imediat ca RL-ul e dezastruos, iar caracteristica filtrului e complet modificata. Iata deci unde ar conduce realizarea filtrului, folosind valori nepotrivite pentru L si C . 

 

In incheiere, am incercat sa sintetizez un filtru pentru banda de 40m, folosind aplicatia NuHertz Filter Design. 

In poza cu scheme, este cea de a 3-a schema (ultima de jos). 

Rezultatele simularii filtrului se pot vedea in poza cu grafice, de asemenea ultimul de jos. Datorita utilizarii de componente ideale, atenuarea de insertie e zero, dar am vrut doar sa ilustrez ideea ca folosind aplicatii dedicate sintezei filtrelor, se pot obtine valori realiste pentru componentele acestuia. 

 

In speranta ca prezentarea mea nu va fi inteleasa ca intentie de polemica si ca va fi utila celor care doresc sa realizeze filtre, inchei aici, urandu-va tuturor multa sanatate si putere de a trece peste perioada aceasta de incercare maxima a nervilor fiecaruia dintre noi !

 

 

[yo3fhm]

Acum 6 ore, yo3fhm a spus:

Referitor la utilizarea condensatoarelor de valori mari (de ordinul nF) in realizarea filtrelor, asta e desigur posibil, dar depinde de banda in care se opereaza.

 

In principiu, in zona de unde scurte, capacitatile de peste 1nF nu sunt indicate, din simplul motiv ca prezinta inductanta parazita mare. 

 

Revenire asupra celor postate: m-am autocitat, intrucat am uitat sa adaug ca utilizarea condensatoarelor de valori mari in filtrele pentru unde scurte, depinde nu numai de banda in care opereaza acestea, ci si de topologia filtrului, respectiv de performantele care se cer de la acesta. 

Un bun exemplu in acest sens, sunt filtrele existente in multe dintre transceiverele industriale. Am mai postat schemele unora dintre acestea, dar voi reveni pentru o scurta exemplificare. 

In situatia echipamentelor respective, cerintele de banda si de atenuare sunt mai relaxate, datorita arhitecturii interne a transceiverului in sine (de cele mai multe ori - tripla schimbare de frecventa sau mai modernele SDR-uri, etc.). 

 

O zi faina tuturor si multa sanatate !

[puriu]

Totdeauna m-am impacat bine cu condensatoarele cu mica argintata. Am salvat multe de la gunoi, pana la 100 nF (vechi de peste 50 de ani, chiar si masurate in cm in loc de pF). Au pierderi foarte mici, la fel ca si cele styroflex, au stabilitate termica buna si nu au inductanta. Rezista la tensiune mai mare decat majoritatea celorlalte. Dintre cele pe care le am, multe rezista la 1000 V, cateva la 500 V si unul singur la 1500 V. Pierderile nu sunt zero, nici ESR-ul. Cand puterea aparenta este de ordinul kVA se cam incalzesc, dar nu se strica. Un condensator mare contine multe placute de mica argintata pe ambele fete. Acestea pot fi taiate cu foarfeca si ajustate la valori precise. Un singur condensator de 100 nF/1000V ajunge o viata intreaga unui constructor harnic.

[ancient]

La 08.04.2020 la 22:13, puriu a spus:

Totdeauna m-am impacat bine cu condensatoarele cu mica argintata. 

 

Cum arata condensatoarele acestea ? Puteti sa puneti o poza cu unul dintre cele pe care le aveti ?
Nu am lucrat cu ele, desi am mai auzit de tipul lor. 

Cu multumiri,

Ancient

[nico_2010]

un exemplu:

Editat Aprilie 13, 2020 de nico_2010