Helical filters voor VHF en UHF ontvangers
Zoals bekend is, kunnen helical filters met voordeel worden toegepast in VHF en UHF ontvangers vanwege hun compaktheid, goede eigenschappen en hoge Q op frequenties boven 100 MHz.
De bekende fabrikant van spoelenmateriaal TOKO bracht vorig jaar een reeks kant-en-klaar helical filters op de markt en daarmee maakten we voor het eerst kennis in het kerstnummer van 1981. In de daar beschreven 70 cm converter zaten er enkele. Omdat deze filtertjes via de importeur Holland Electronics te Leiden, nu ook via de onderdelenhandel verkrijgbaar zijn is het juist om daarop eens nader in te gaan.
Sedert TOKO ook helecal filters in haar leveringsprogramma heeft opgenomen is het voor de ontwerpers en experimenteerders op VHF en UHF mogelijk geworden om grote MF-selectiviteit te bereiken. Niet dat zulks eerder niet het geval zou zijn maar zo goed kristalfilters een geaccepteerd fenomeen zijn als het er om gaat MF-selectiviteit te bereiken zo zal binnen niet al te lange tijd het fabrieksmatige helical filter evenzeer geaccepteerd zijn. Het is van belang om de theoretische en praktische eigenschappen van deze filters te kennen, enerzijds om de beperkingen van de fabrikant te begrijpen en anderzijds om "vreemde" resultaten van proeven te kunnen verklaren en begrijpen. Wij ontlenen veel van de hier gegeven informatie aan een artikel uit Radio & Electronics World (januari 1982).
Het is mogelijk om een helical filter voor een frequentie van ongeveer 10 MHz te ontwerpen, maar fraaiere en meer compacte resultaten zijn te bereiken op frequenties van ongeveer 100 MHz. Het grondprincipe van de helical filters is een kwart golflengte transmissielijn in een feitelijk verliesvrij diëlectricum. De bereikte Q-factor benadert die van een trilholte en hieruit blijkt dat de hete kant van een helix een zeer hoge impedantie heeft.
Het is verleidelijk om een helical filter als een afgestemde LC-kring te beschouwen, maar dit is beslist niet het geval ... alleen al het verschil in afmetingen maakt ze totaal verschillend (vergelijk b.v. de foto op pag. 239 van CQ-PA nr. 12 van dit jaar, het 145 MHz helical filter in de afgebeelde converter heeft naar schatting tien keer zo veel volume als een vergelijkbare LC-kring van conventionele opzet).
Fig. 1. Een helical filter zoals we dat voor amateurgehruik kennen
Aangezien de Q van een helical filter in hoge mate wordt bepaald door de afstemcondensator wordt meestal de paracitaire capaciteit van het spoeleinde als afstemcondensator gebruikt. Deze capaciteit wordt zo klein mogelijk gehouden om de Q hoog te houden en het is duidelijk dat bij het ontwerp terdege rekening moet worden gehouden met veranderingen in capaciteit door temperatuurs- of mechanische oorzaken. De oplossing die door TOKO wordt toegepast bestaat uit een geaarde messing kern met fijne schroefdraad, die gebruikt wordt om de afstand tussen de afscherming en de hete kant van de wikkeling te veranderen, waarbij een verende sluitring er voor zorgt dat een goed contact tussen kern en huis plaatsvindt.
Voor het overige gelden ook hier dezelfde overwegingen als bij normale afgestemde kringen: grotere diameter, dikker draad en verzilveren helpen om een betere Q te verkrijgen.
De theoretische achtergronden van helical filters zijn bijzonder gecompliceerd en gaan buiten het bestek van CQ-PA. Wie daarvoor belangstelling heeft kan ze opslaan in de Ref. 1 en 2. Gelukkig bestaan er ook eenvoudiger benaderingen (Ref. 3) en met behulp daarvan werd het vorenstaande nomogram samengesteld, met excuses voor het feit dat de maten in inches zijn gegeven.
Bij de in figuur 2 getekende resonator wordt de onbelaste Q berekend uit Qu = 50D√fo waarin: D de doorsnede van de "holte" in inches en fo de resonantiefrequentie in MHz. Het aantal windingen N wordt berekend uit N = 1900/foD en de afstand tussen de windingen is γ= (foD2/2300) inch, indien B = ongeveer (b+D/2) en y kleiner is dan d/2.
Fig. 2. Nomogram voor ontwerpers van helical filters
Filters kunnen natuurlijk gekoppeld worden, hierbij komen de koppelingsverliezen aan de orde en deze kunnen worden berekend met:
Insertion loss (IL) = 
In deze formule is:
N de orde van het filter
Qr de Q van een enkele helix
Qf de Q van het samengestelde filter
Xk een factor af te lezen in de tabel
Naast deze formule bestaan er formules die benut kunnen worden voor het berekenen van de afstand tussen de elementen en ook de aftakking is mathematisch vastgelegd in een formule, zodat berekend kan worden op welke plaats een gewenste impedantie gevonden kan worden. Fijnproevers die geinteresseerd zijn hierin kunnen een fotokopie via het redaktiesecretariaat opvragen.
Terugkomende op de serie filters die door TOKO ontwikkeld werd zien we dat het leveringsprogramma uiteenvalt in twee frequentiegebieden t.w.:
130 - 170 MHz type CBT en CBW met een verkoopprijs van resp. ƒ 23,50 en ƒ 19,50; 430 - 440 MHz type 7HW met een verkoopprijs van ƒ 16,50.
Alle drie zijn het helical filters in een twee-kamerige uitvoering. De fabrikant brengt ook nog grotere filters in een drie-kamerige uitvoering echter deze zijn door hun prijs minder interessant voor amateurtoepassing.
De genoemde uitvoeringen kunnen over ca 7% van de nominale frequentie versteend worden, daarbuiten veranderen de karakteristieke eigenschappen. Wel is het mogelijk de filters te openen en naar eigen inzicht veranderingen aan te brengen, maar dit laatste is voorbehouden aan hen die beschikken over apparatuur die inzicht verschaft in de eigenschappen van de filters. liet is een plezierige zaak dat TOKO zijn materialen via de onderdelenhandel verkrijgbaar stelt zodat de amateur van vandaag er zelf mee kan experimenteren. Veelal maken filters als deze onderdeel uit van een fabrieksmatige schakeling die voor amateurs niet toegankelijk zijn.