Forum: HF, Funk und Felder 40m Tiefpass hat hohe Dämpfung im Durchgang


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von Siegfried W. (swausd)


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Hallo zusammen,

ich möchte für einen 2W, 40m, Class E Verstärker einen Tiefpassfilter 
erstellen und habe Probleme die Praxis mit der Theorie in 
Übereinstimmung zu bringen. Aufgebaut habe ich mehrere Versionen wie z. 
B den hier beschriebenen 7 poligen nach W3NQN:
https://kk9jef.wordpress.com/2016/04/03/easy-qrp-low-pass-filters/

Wenn ich die Daten in das Simulationsprogramm Elsie eingebe, sehen die 
Ergebnisse vielversprechen aus. Um 7MHz beträgt die Dämpfung im 
Durchgangsbereich deutlich weniger als 0.5dB. Aufgebaut mit Amidon T37-6 
Ringkernen, 0.5mm Draht, und normalen NPO Keramikkondensatoren - alles 
ausgemessen und passend gemacht mit diesem LC-Meter
https://www.ascel-electronic.de/bausaetze/2/ae20204-hochpraezises-lc-meter
und Frequenzgang mit einem Siglent SSA3021X mit Trackinggenerator 
ermittelt - komme ich auf eine Dämpfung von ca. 1.7dB bei 7MHz. Das ist 
deutlich schlechter. Ansonsten ist der Dämfungsverlauf wie erwartet.

Nun meine Fragen:

1. Ist die Höhe der Dämpfung im Durchlassbereich in der realisierbaren 
Größe oder gibt es Möglichkeiten der Theorie etwas näher zu kommen z. B. 
mit Glimmer Kondensatoren?

2. Ist der Spektrumanalyser für die Messung ungeeignet?

3. Wie gleiche ich einen Tiefpass ab, um Toleranzen auszugleichen? Die 
Änderung der Wicklungsverteilung auf den Ringkernen ändert nicht 
allzuviel. Die Grenzfrequenz verschiebt sich erwartungsgemäß aber die 
Gesamtergebnisse werden eher geringfügig schlechter. Größere Ringkerne 
bzw. das 2er statt dem 6er Material ändern nichts wesentlich.

Kann mir ein Praktiker hier auf die Sprünge helfen?

Gruß

Siegfried

von EMU (Gast)


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Siegfried W. schrieb:
> Wenn ich die Daten in das Simulationsprogramm Elsie eingebe, sehen die
> Ergebnisse vielversprechen aus. Um 7MHz beträgt die Dämpfung im
> Durchgangsbereich deutlich weniger als 0.5dB.

welches Q für Spulen hast Du bei Elsie verwendet ? welches für Cs ?
EMU

von Siegfried W. (swausd)


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EMU schrieb:
> welches Q für Spulen hast Du bei Elsie verwendet ? welches für Cs ?

Ich habe zunächst die Standards für L 180 und für C 1000 gelassen. Aber 
selbst 80 und 500 machen das simulierte Ergebnis nur geringfügig 
schlechter und es ist immer noch ein deutlicher Abstand zu meinen 
Messwerten. Laut meiner Recherche sollte mit Amidon Ringkernen ein Q von 
180 erreichbar sein.

Gruß

Siegfried

von HF Pfuscher (Gast)


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Bei L/C-Pässen dominiert für die Dämpfung nach eigener
Erfahrung immer die Güte der Spulen. Da wirst du mit
konservativeren /  realistischeren Werten rechnen müssen.

Eine "hohe Dämpfung" kann ich jetzt nicht erkennen (alles
relativ), aber jede Messmethode hat ihre Toleranzen, da
wird der Spektrum-Analysator nicht auszuschliessen sein.
(ich kenne den Messaufbau und die Art der Messung nicht)

von Siegfried W. (swausd)


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HF Pfuscher schrieb:
> (ich kenne den Messaufbau und die Art der Messung nicht)

Messaufbau:
Ausgang Trackinggenerator des Spektrumanalysers
Adapter N auf BNC
15cm Koax an BNC auf dem Filter
30cm Koax mit BNC Verbindern an
Adapter BNC auf N des Analyser Eingangs

Das Filter selbst ist auf einem Stück Platinenmaterial ca. 3x5cm mit 
Kupferinseln aufgebaut. Kurze Anschlussdrähte, jedoch nicht abgeschirmt.

Sweep mit unterschiedlichen Frequenzbereichen (0-10MHz / 100 MHz) und 
unterschiedlichen RBWs ergeben immer mehr oder weniger die gleichen 
Ergebnisse. Ich gebe zu, dass mir auch hier etwas die Erfahrung fehlt.

Gruß

Siegfried

von B e r n d W. (smiley46)


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Hallo,

kommt auch auf die Endstufe und deren Impedanz an. Das verhält sich oft 
etwas anders, als ein Signalgenerator mit 50 Ohm Ausgangsimpedanz. Die 
Pa ist für ca. 1/4 der Zeit niederohmig, ansonsten kann das Filter frei 
schwingen.

IMO würde ein 5-poliges Filter reichen. Ich versuche meist, eine 
Chebyshev-Charakteristik mit 3-4 dB Welligkeit zu verwenden und das 
Maximum auf die Sendefrequenz zu legen. Durch die Welligkeit ergibt sich 
beim Abstimmen ein stärkeres Maximum.

Gruß, Bernd

von Karl M. (Gast)


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Hallo Siegfried W.

nach meiner Erfahrung ist eine Kombination:

T37-6 Ringkernen, 0.5mm Draht für den Empfangsbereich brauchbar...

Schaue bitte mal nach T68 oder T82 Kernen und Draht ab ø >=1mm
Dann erhalte ich mit Txy-17 Material viel höhe Güten (400) ab ~ 14 MHz.
Real gemessen!


Dies wäre mal einen Versuch wert.

von DH1AKF W. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite


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FT37-6 ist ein Pulvereisen- Kern für 10 - 50MHz!

Ich empfehle, für Leistungsübertrager Ferritkerne zu verwenden, z.B. 
FT50-77 oder FT50-43.

: Bearbeitet durch User
von Siegfried W. (swausd)


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Hallo zusammen,

zunächst vielen Dank für Eure Antworten. Ich glaube ich habe mich etwas 
ungeschickt ausgedrückt. Ich messe zurzeit lediglich den Durchgang des 
Filters. Die Endstufe ist dabei gar nicht angebunden. Der Filter ist 
dazu getrennt aufgebaut und direkt an den Specktrumanalyser 
Ausgang/Eingang angeschlossen.

Die Grundsatz-Frage wäre: Ist mit meinem Standard-Material eine Dämpfung 
im Durchlassbereich von besser 1.5dB machbar z. B. durch besseren 
Abgleich?

Gruß

Siegfried

von Karl M. (Gast)


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DH1AKF K. schrieb:
> FT37-6 ist ein Pulvereisen- Kern für 10 - 50MHz!
>
> Ich empfehle, für Leistungsübertrager Ferritkerne zu verwenden, z.B.
> FT50-77 oder FT50-43.

Hey Wolfgang, er will ja einen TP für 40m Bauen. Sonst hast Du natürlich 
recht. Bzw. ergänzend Ferroxcube -4C65 Material

von Siegfried W. (swausd)


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B e r n d W. schrieb:
> IMO würde ein 5-poliges Filter reichen. Ich versuche meist, eine
> Chebyshev-Charakteristik mit 3-4 dB Welligkeit zu verwenden und das
> Maximum auf die Sendefrequenz zu legen. Durch die Welligkeit ergibt sich
> beim Abstimmen ein stärkeres Maximum.

Werde ich mal versuchen ob das reicht. Ich erzeuge mit dem Raspberry Pi 
ein WSPR Signal. Das erzeugte Spektrum sieht dabei sehr gruselig aus. 
Ein 5 poliges Butterworth reicht nicht aus.

Der Verstärker mit 3 x BS170 ist noch „work in progress“ und macht das 
Signal auch nicht schöner. Der Verstärker ist auch noch eine Baustelle, 
die es zu verstehen gilt.

Wie gehe ich vor um ein Filter abzugleichen? An den Spulen rumzudrücken 
bis es zufällig passt, scheint mir kein geeignetes Vorgehen.

Gruß

Siegfried

von B e r n d W. (smiley46)


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IMO reicht ein T37-2 Kern bis 2 Watt, ein T50-2 bis knapp 5 Watt. Für 
die Drossel nach Vcc würde ich einen FT37-43 nehmen.

Ein BS170 macht im getakteten Betrieb bis >1W, er muss dann gut gekühlt 
werden. WSPR liefert eher ein länger andauerndes Signal, das sollte mit 
3 gekühlten BS170 gerade ok sein.

Hab mal die beiden Filterversionen verglichen. Das Chebyshev punktet vor 
allem bei der 2. Harmonischen.

Nachtrag:
Beim Abstimmen halte ich den Ringkern mit einer Pinzette an der 
drahtfreien Seite fest und verschiebe den Draht mit einem 
Kunststoffstab. Am Ende muss die Drahtposition mit Kleber fixiert 
werden.

: Bearbeitet durch User
von Günter Lenz (Gast)


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Man sagt ja immer den größten Anteil an Verlusten machen
die Spulen, aber ganz Verlustlos sind auch Kondensatoren
nicht. Und da habe ich die Erfahrung gemacht, daß
Keramikkondensatoren mit höherer Spannungfestigkeit
weniger Verluste haben, auch wenn diese hohe
Spannungsfestigkeit eigentlich nicht nötig wäre.
Oder vielleicht mal Foliekondensatoren ausprobieren.
Und bei den Spulen nicht am Querschnitt des Drahtes
sparen.

von Robert M. (r0bm)


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Siegfried W. schrieb:
> komme ich auf eine Dämpfung von ca. 1.7dB bei 7MHz. Das ist
> deutlich schlechter. Ansonsten ist der Dämfungsverlauf wie erwartet.

1,7dB Dämpfung bei 7MHz ist zu viel. Die Güten für L und C müssten 
absolut miserabel sein damit die angegebene Dämpfung erreicht wird, was 
unwahrscheinlich ist. Hast du vorher am SA eine Normalisierung 
durchgeführt? Wie sieht die Durchgangsdämpfung bei kleineren Frequenzen 
aus?

von B e r n d W. (smiley46)


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> Keramikkondensatoren mit höherer Spannungfestigkeit

Bei mir sind auch schon welche heiss geworden, aber das waren keine NP0. 
Im Zweifel können zwei mit der halben Kapazität parallel geschaltet 
werden, denn meist sind die Anschlussdrähte dünner als der Spulendraht.

Styroflex sind wegen der Eigeninduktivität ungünstig. Ist jedoch auf 
beiden Seiten jede Folienschicht kontaktiert, funktionieren sie gut.

Nr. 12, 21 und 22 funktionieren gut, bei Nr. 18 wäre ich vorsichtig.
https://forum2.magnetofon.de/board8-technische-grundlagen/board89-elektronik-elektrik/5758-kleine-bauteilkunde/

: Bearbeitet durch User
von Siegfried W. (swausd)


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Robert M. schrieb:
> Hast du vorher am SA eine Normalisierung
> durchgeführt? Wie sieht die Durchgangsdämpfung bei kleineren Frequenzen
> aus?

Der Hinweis auf die Normalisierung ist „praxisgerecht“ ;-)

Das habe ich schon öfters übersehen. In der Regel weisen mich die 
Ergebnisse auf mein Unterlassen hin. Und ja, in diesm Fall habe ich 
normalisiert.

Werde später mal ein Bild einstellen.

Gruß

Siegfried

von Siegfried W. (swausd)


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B e r n d W. schrieb:
>> Keramikkondensatoren mit höherer Spannungfestigkeit
>
> Bei mir sind auch schon welche heiss geworden, aber das waren keine NP0.
> Im Zweifel können zwei mit der halben Kapazität parallel geschaltet
> werden, denn meist sind die Anschlussdrähte dünner als der Spulendraht.
>
> Styroflex sind wegen der Eigeninduktivität ungünstig. Ist jedoch auf
> beiden Seiten jede Folienschicht kontaktiert, funktionieren sie gut.
>
> Nr. 12, 21 und 22 funktionieren gut, bei Nr. 18 wäre ich vorsichtig.
> 
https://forum2.magnetofon.de/board8-technische-grundlagen/board89-elektronik-elektrik/5758-kleine-bauteilkunde/

Dass meine Kondensatoren nicht so prickelnd sind, habe ich schon in der 
Endstufe selbst bemerkt. Da werden einige sehr warm.

Beim Solo-Messen der LPF mit dem Spektrumanalyser gehen natürlich nur 
kleinste Leistungen durch. Da wird nichts warm.

Bei den Kondensatoren muss ich wohl nachbessern. Da war mir bisher der 
Qualitätsunterschied nicht bewußt. Habe halt nach Preis eingekauft. Die 
Notwendigkeit für „silver mica“ mit mehreren EUR pro Stüch, hatte sich 
mir bisher nicht erschlossen.

Jetzt muss ich erst mal meinem Tages-Job nachgehen, damit ich mir 
„Richtige“ Kondensatoren leisten kann ;-)

Bis später

Siegfried

von Hirnschaden, H. (Firma: Happy Computing MDK Inc.) (hirnschaden)


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Ainen gudden!

Siegfried W. schrieb:
> 1. Ist die Höhe der Dämpfung im Durchlassbereich in der realisierbaren
> Größe oder gibt es Möglichkeiten der Theorie etwas näher zu kommen z. B.
> mit Glimmer Kondensatoren?

Parasitäre Kapazitäten, Induktivitäten und Serienwiderstände in der 
Simulation würden dem Machbaren ein ganzes Stück näher kommen.

Dwianea
hirnschaden

von Christian Erker (Gast)


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Welcher Typ von Kondensatoren wurde verwendet? Für HF-Anwendungen in 
Resonanzkreisen/-filtern sollte nur Class-1-Keramiken, also NP0/C0G oder 
eben Temperaturkompensationstypen in Spezialfällen verwendet werden.

Die ganzen Class-2 Materialien wie X7R, Z5U, Y5P etc. sind ungeeignet 
wegen des zu hohem Verlustfaktors und der Temperatur- und 
Spannungsabhängigkeit der Kapazität. Sie sind nur für Abblock- und 
Koppelzwecke brauchbar.

Diese Erfahrung musste ich bereits mehrfach machen, selbst als 
Rückkoppelkondensatoren in einem simplen Clapp-Oszillator verhinderten 
"680pF Keramik" das Schwingen, mit korrekten NP0/C0G (die auch eine mehr 
als doppelte Baugröße hatten, bei 100V statt 500V Spannungsfestigkeit..) 
hat es sofort funktioniert.

Silver-Mica wäre die Edelversion, ist aber bei kleinen Leistungen denke 
ich nicht notwendig, NP0/C0G sollte genügen.

von Siegfried W. (swausd)


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Hallo Leute,

ich bin begeister! Es waren die Kondensatoren. Bisher habe ich mir nie 
besondere Gedanken um die Qualität gemacht. Bin schlicht davon 
ausgegangen, dass Keramikkondensatoren sich nicht so stark 
unterscheiden. Habe sie also immer da gekauft, wo sie gerade günstig 
waren. Besonders schlechte Qualität scheint ein bei mir bisher zum 
Einsatz kommendes, älteres Sortiment vom großen C zu haben.

Ich hatte noch ein kleines Sortiment ausgewiesener NP0 Kondensatoren. 
Das wurde von QRPproject aber mit allen Werten in einem unsortierten 
Beutel geliefert, so dass ich sie bisher nicht weiter verwendet hatte. 
Nach Euren Hinweisen habe ich sie jetzt zum Einsatz gebracht. Und was 
soll ich sagen, die Dämpfung liegt bei 7 MHz bei ca. 0.2dbB. Alles gut.

Nun gehen statt knapp 2W HF-Leistung fast 3W richtung Antenne. Nicht das 
man mich nun besser hören würde, aber es ist dennoch schön zu wissen.

Ein großes Dankeschön an die helfende Runde!

Bleibt noch die Fragen offen:
In welcher Reihenfolge gleiche ich die einzelnen Stufen eines LPF mit 
welchem Ziel ab? Von links nach rechts auf Form der Filterkurve, von 
außen nach innen... irgendwelche Tips dazu?

Gruß

Siegfried

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Siegfried W. schrieb:

> Nun gehen statt knapp 2W HF-Leistung fast 3W richtung Antenne. Nicht das
> man mich nun besser hören würde, aber es ist dennoch schön zu wissen.

Heißt ja insbesondere auch, 1 W weniger Wärme bzw. nicht in die
Oberwellen gesteckt.

> In welcher Reihenfolge gleiche ich die einzelnen Stufen eines LPF mit
> welchem Ziel ab?

Abgeglichen habe ich sowas nie, nur aufgebaut und gemessen, dass es
passt.

Primäres Ziel bei einer Klasse-E-PA dürfte die Erreichung der
geforderten Oberwellenunterdrückung sein.

von Christian Erker (Gast)


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Siegfried W. schrieb:
> Bin schlicht davon
> ausgegangen, dass Keramikkondensatoren sich nicht so stark
> unterscheiden. Habe sie also immer da gekauft, wo sie gerade günstig
> waren. Besonders schlechte Qualität scheint ein bei mir bisher zum
> Einsatz kommendes, älteres Sortiment vom großen C zu haben.

"Schlechte Qualität" ist hier ein falscher Ausdruck, es gibt einfach 
verschiedene Typen ...

Class 1: Eher geringe Permittivität, diese dafür allerdings 
feldstärkeunabhängig, frei von Hystereseeffekten und damit geringer 
Verlustfaktor und definierter Temperaturkoeffizient (bei NP0 eben 0, es 
gibt aber auch P100 und N750 oder so, auch wenn diese heute eher schwer 
erhältlich sind).

Class 2: Ferroelektrische Keramiken mit hoher Permittivität, diese 
allerdings sehr feldstärke- und temperaturabhängig, auch treten 
(verlustbehaftete) Hystereseeffekte und Mikrophonie auf. Dafür deutlich 
höhere Kapazität in gleicher Bauform (Faktor 100-1000 ist drin). Diese 
sind ist gut für Abblock- und Koppelanwendungen, wo die Verluste sich 
sogar positiv auswirken da durch sie Resonanzen mit 
Leitungsinduktivitäten stark bedämpft werden.

Typisch: X7R, Z5P ....

Man muss einfach wissen welchen Typ man wofür verwendet, NP0 für 
Abblockzwecke sind unnötig groß und haben damit auch wieder höhere 
parasitäre Induktivität und durch ihre Verlustarmut wirkt die sich auch 
noch stärker aus .. X7R in Resonanzkreisen, zu denen Filter gehören, 
funktionieren aber wegen der parasitären Effekte nicht.

Gruß,
Christian

von B e r n d W. (smiley46)


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von Siegfried W. (swausd)


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Hallo BerndW,

vielen Dank für den Hinweis auf das Video. Habe ich gerade erst bemerkt.

Ich habe mir mittlerweile einen NP0 Kondensatorbestand über Mouser 
zugelegt, nachdem ich bei den üblichen Bezugsquellen in D entweder keine 
genauen Angaben oder nur eine beschränkte Werte-Auswahl gefunden habe. 
Meine Filter funktionieren nun wie erwartet. Ich verwende 7polige 
Tchebychev-Varianten. Damit bekomme ich die Dämpfung der Oberwellen gut 
hin.

Nachdem ich bei meinen Experimenten schon ganze Familien parallel 
betriebener BS170 gemördert habe, setze ich nun einen FDT86256 ein. Der 
ist leichter zu kühlen und gibt in meinem Aufbau für die 2 minütige WSPR 
Ausstrahlung jeweils auf 40m oder 30m 5W HF in Richtung Antennen.

In dem Video wird von „schlechten“ 60% Wirkungsgrad an der Antenne 
gesprochen. Die immer wieder benannten 90%+ bekomme ich auch nicht hin, 
ehe so um die 65% bei Ausgangsleistung nach Filter zu 
Gesamteingangsleistung. Ich denke, dass viele Bastler die 90% nur 
„nachplappern“, weil sie das irgendwo mal gelesen haben. Im 
ursprüngliche Artikel von Sokal in der QEX von 2001 wird der 
Wirkungsgrad in dieser Größenordnung ohne Berücksichtigung von 
Ansteuerungleisung und Filterverlusten ermittelt - das wird gerne 
übersehen. In dem angegebenen Video wurde die Berechnung auch nicht so 
genau vorgenommen.

Aber das ist ein ganz anders Thema und hat mit meinem ursprünglichen 
Filterproblem nichts zu tun.

Gruß

Siegfried

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