Forum: HF, Funk und Felder Anpassung HF-Filter verbessern


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von Markus (Gast)


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Hallo liebes Forum,

ich schlage mich mit folgendem Problem herum. Das Problem meine ich im 
Allgemeinen, habe nur zur Veranschaulichung ein konkretes Beispiel 
gewählt.

Bei dem Thema HF-Filter finde ich es sehr schwierig ansprechende 
Literatur zu finden, welche sich mit der breitbandigen Anpassung dieser 
beschäftigt. In letzter Zeit habe ich oft zu einer resistiven Anpassung 
gegriffen, da diese breitbandig funktioniert, jedoch die Verluste 
unschön in die Höhe treibt. Hat jemand Tipps oder Literaturempfehlungen 
zu diesem Thema für mich?

Als Beispiel habe ich einen elliptischen Tiefpass mit einer 
Grenzfrequenz von 2.15GHz. Wie man in der Simulation erkennen kann ist 
S11 gerade etwas besser als -6dB. Im Verlauf der Impedanz lässt sich 
auch erkennen, dass diese sich grob im Bereich von 50R aufhält aber 
keinen wirklich zufriedenstellenden Verlauf zeigt. Wie würdet ihr 
vorgehen um (beispielhaft) diesen Filter zu optimieren? Erschwingliche 
Software mit automatischem Optimizer ist mir leider nicht bekannt um 
diese Aufgabe zu abzunehmen :)

von loocee (Gast)


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Markus schrieb:
> Erschwingliche
> Software mit automatischem Optimizer ist mir leider nicht bekannt um
> diese Aufgabe zu abzunehmen :)

Ja .... du solltest die Firma wechseln ... ein Firma nehmen
wo man richtig tolle HF-Synthese Software verwendet ....

;-)   SCNR

Für den "Privatmann" kenne ich noch das alte RFSim99. Dazu
braucht man dann auch ein aaaaaltes Betriebssystem (oder
eine VM?).

von Ralph B. (rberres)


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wenn der Tiefpass tatsächlich bis DC runter gehen soll, sehe ich 
eigentlich keine andere Möglichkeit als ein Dämpfungsglied zur 
Zwangsanpassung am Eingang vorzusehen. Das selbe Problem taucht übrigens 
auch auf wenn man vom Eingang in den Ausgang sieht.

Das ist der Nachteil von Cauertiefpässe.

Sollte es aber nur die Frequenz um 2,4GHz interessieren, bietet sich 
einen Diplexer an welche aus einen Serienkreis zur last besteht und 
einen Paralellkreis gegen Masse, dem aber noch ein 50 Ohm Widerstand in 
Reihe geschaltet ist. Die beiden Ls bzw die beiden Cs der Schwingkreise 
müssen den gleichen Wert aufweisen.

Alternativ würde hier auch ein Isolator funktionieren.

Ralph Berres

von Ralph B. (rberres)


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loocee schrieb:
> Für den "Privatmann" kenne ich noch das alte RFSim99. Dazu
> braucht man dann auch ein aaaaaltes Betriebssystem (oder
> eine VM?).

Das läuft zumindest unter Win7 einwandfrei warum soll das nicht unter 
win10 laufen?

von loocee (Gast)


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Markus schrieb:
> Als Beispiel habe ich einen elliptischen Tiefpass mit einer
> Grenzfrequenz von 2.15GHz.

Dir ist aber schon klar dass du ein Filter in diesem
Frequenzbereich nur noch sehr schwer mit diskreten
Bauelementen realisieren kannst? Da hilft die beste
HF-Optimierungs-Software nix mehr.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Zu elliptischen (Cauer) Filtern kann man in der Berechnungssoftware die 
Welligkeit im Durchlass angeben. Die ist direkt mit der Anpassung im 
Durchlass verknüpft.

Der AAde Filterdesigner ist wieder downloadbar,Der Autor ist 2015 
gestorben, aber andere bieten es zum freien Download:
http://www.qsl.net/k9gdt/radio/resources.htm
"Neil, a retired Boeing engineer, became a silent key on August 19, 
2015"
http://w1hue.org/filter.html
http://www.ke5fx.com/aadeflt.htm

von John (Gast)


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Hallo Markus,

deine Frage war ja Literatur und Software (und nicht aufs Beispiel 
bezogen).
Poste doch selbst mal zum Kern des Themas, was hast du an Lit und SW 
gefunden, und wie charakterisierst du deine Funde im DETAIL.

Suchmaschinenergebnisse und Literaturlisten aus aktuellen Arbeiten 
kopieren kann jeder, aber die Bewertung und Auswahl ist bekanntlich das 
Problem.

Die Freeware Iowa Hills RF Filter Designer ist schnell runter geladen 
und in Betrieb genommen, ist intuitiv bedienbar und damit schnell 
einzuschätzen ob sie zusagt. Sie geht nicht sehr in die theoretischen 
Hintergründe, aber man kommt schnell zu fundierten 
Schaltungsvorschlägen.

Das Buch von Stefan Niewiadomski, Filter Handbook, ist etwas älter, ist 
aber eine gute praktische Einführung.

72, John

von Markus (Gast)


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loocee schrieb:
> Dir ist aber schon klar dass du ein Filter in diesem
> Frequenzbereich nur noch sehr schwer mit diskreten
> Bauelementen realisieren kannst? Da hilft die beste
> HF-Optimierungs-Software nix mehr.

Mit lumped-element-Filtern kann man in diesem Frequenzbereich mEn noch 
sehr gute Ergebnisse erzielen. Anständige Spulen mit Q>50 und niedriger 
Toleranz (<5%) sind gut erhältlich. C0G/NP0-Kondensatoren im unteren 
pF-Bereich verhalten sich im unteren GHz-Bereich ebenfalls sehr 
anständig, wenn man beim Layout nicht schludert. Bei 
distributed-element-Filtern kommt negativ hinzu, dass die in diesem 
Frequenzbereich noch recht groß sind und ohne EM-Simulation wüsste ich 
auch nicht, wie ich die ohne endlose Prototypen sinnvoll realisiert 
bekomme.

Christoph K. schrieb:
> Zu elliptischen (Cauer) Filtern kann man in der Berechnungssoftware die
> Welligkeit im Durchlass angeben. Die ist direkt mit der Anpassung im
> Durchlass verknüpft.

Diese Information ist mir neu, aber sehr hilfreich. Mit niedrigerem 
Ripple im Passband verbessert sich die Anpassung, jedoch sinkt die 
Dämpfung im Stoppband. Danke, super Tipp schonmal ;)

@John:

Die Frage war auch zum geposteten Beispiel, manchmal hat sich ja jemand 
über die Zeit durch Erfahrung Strategien angeeignet um solche Probleme 
anzugehen. Manche teilen diese ja auch ;)
An Software benutze ich RF-Sim99, Iowa Hills und AADE in Kombination mit 
LT-Spice. Das sind auf jeden Fall die besten Freeware-Programme zu dem 
Thema, die ich gefunden habe. An Büchern habe ich schon die 
verschiedensten befragt, z.B. "Handbook of Electronic Filter Design" von 
Williams, "Handbook of Filter Synthesis" von Zverev, verschiedenste 
Analogschinken, Signalverarbeitunhs- und RF-Bücher. Das Thema 
"breitbandige Anpassung" jedoch wird meistens mit "lass es vom Computer 
optimieren" abgetan. Vielleicht ist es auch einfach so ;)

von loocee (Gast)


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Markus schrieb:
> An Software benutze ich RF-Sim99, Iowa Hills und AADE in Kombination mit
> LT-Spice.

Das hast du in deiner Eröffnung aber nicht gesagt ...
Dann waren doch diese Tipps alle umsonst, wenn du schon alles hast?

von Possetitjel (Gast)


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Markus schrieb:

> Das Thema "breitbandige Anpassung" jedoch wird meistens
> mit "lass es vom Computer optimieren" abgetan. Vielleicht
> ist es auch einfach so ;)

Ich fürchte, Du bist hier einem Missverständnis aufgesessen.

Es gibt bei einem LC-Filter zwei Gründe für Fehlanpassung:
- die Filterwirkung
- die Verluste in den Bauelementen.

Zur Filterwirkung: Alle klassischen Filter filtern NUR
deshalb, WEIL sie bereichsweise fehlangepasst sind
("reflektierende Filter").
Wenn Du Welligkeit im Durchlassbereich zulässt, dann hat
das zwingend zur Folge, dass auch die Anpassung im Durchlass-
bereich schwankt. Du kannst Dir auch keinen Wachhund kaufen
und Dich dann beschweren, wenn er die Einbrecher anbellt...

Diese durch die gewünschte Übertragungsfunktion erzwungene
Fehlanpassung ist genau determiniert und lässt sich exakt
vorhersagen; sie wir bei der Filterberechung berücksichtigt
und ausgenutzt.

Ein anderes Thema sind die Verluste in den Bauelementen:
Die Standardapproximationen nach Cauer, Bessel, Tschebyscheff...
gehen i.d.R. von verlustfreien Bauteilen aus. Wenn Deine
realen Bauteile aber nennenswerte Verluste aufweisen, weicht
die reale Filterkurve von der berechneten Kurve ab. DIESE
Abweichungen sind in der Theorie NICHT berücksichtigt.
Und auf DIESE Fehlanpassung bezieht sich schätzungsweise
die Aussage "Lass es den Computer machen".

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


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Es gibt schon "reflectionless filters", die enthalten eine 
Hoch/Tiefpasskombination ("Frequenzweiche"), die auf einer Seite einen 
Abschlusswiderstand hat, hier der Hochpassteil.

https://ww2.minicircuits.com/WebStore/Filters.html
LPF für etwa 2 GHz z.B.: https://www.minicircuits.com/pdfs/XLF-172H+.pdf

von Possetitjel (Gast)


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Christoph K. schrieb:

> Es gibt schon "reflectionless filters",

Klar GIBT es die -- das kam vielleicht bei mir nicht
deutlich heraus.

Nur werden sie in der "klassischen" Filtertheorie, die
weitgehend vor dem 2. Weltkrieg entstanden ist, nicht
behandelt. Die üblichen Standard-Approximationen
(Butterworth, Tschebyscheff, Cauer) gehen von verlust-
freien Bauteilen aus und sind reflektierene Filter.

> die enthalten eine Hoch/Tiefpasskombination
> ("Frequenzweiche"), die auf einer Seite einen
> Abschlusswiderstand hat, hier der Hochpassteil.

Diplexer-Struktur. Damit geht natürlich fast alles.

Man kann auch Amplituden- und Phasengang unabhängig
voneinander wählen, aber auch das ist sehr wenig
bekannt, weil es in der klassischen Literatur nicht
behandelt wird. Möglich ist das aber.

von Duenner Troll (Gast)


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Bezueglich Software vielleicht mal bei Tonnesoftware reinschauen. Kostet 
nichts.

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