Eenvoudige banddoorlaatfilters zonder ferrietkern voor wat grotere vermogens
Wanneer gedurende een evenement als bijvoorbeeld bij een contest, velddag of JOTA een aantal zenders op dezelfde locatie actief zijn, dan is het gevaar aanwezig, dat er onderling interferentie optreedt. Ook de afdeling Zuid-Veluwe ondervond deze problemen bij haar velddag.
Piet PA3ANH heeft daarom banddoorlaatfilters gebouwd en beschreven. Robert PAIRK heeft hieraan metingen verricht en gedocumenteerd. Rikus PDoIAZ en Sake PC7S hebben dit alles samengevat.
Tijdens een velddag, een jaar of drie geleden, hadden we een aantal antennes voor HF opgezet, een voor elke band. Doordat zowel de omvang van het terrein als de beschikbare lengte aan coax beperkt was, stonden de antennes vrij dicht bijeen. Dit was natuurlijk vragen om onderlinge belnyloeding, die dan ook prompt en tamelijk uitbundig bleek op te treden. Als gevolg daarvan was minder dan de helft van het aantal aanwezige zendontvangers in gebruik.
Dit leidde tot de nodige discussie, hoe dit probleem te verhelpen, temeer omdat we ook bij contesten last van hetzelfde euvel hadden gehad. De oplossing lag redelijk voor de hand: als elke zendontvanger zou worden voorzien van een filter met een flinke demping op alle banden behalve de gebruikte, zou het probleem zijn opgelost. Dat betekende toepassing van bandpass filters of op zijn Nederlands banddoorlaatfilters in de kabel tussen zendontvanger en antenne; ze moesten zowel in de zend- als in de ontvangrichting werkzaam zijn en ze mochten natuurlijk ook niet al te veel kosten.....
Diverse ideeen passeerden de revue. Een was het gebruik van een filter, dat tussen zenden en ontvangen kon worden geschakeld, maar dat betekende dat daarvoor ook een aansturing moest komen, dus een VOX- of anderszins bediende schakeling, met alle problemen van dien, zoals schakelspanning voor een relais. Dat idee ging dus al vrij snel naar de prullenbak. Uiteindelijk werden de volgende eisen geformuleerd.
- Een verwaarloosbaar doorgaand verlies.
- Een zo laag mogelijke SWR.
- Impedantie aan in- en uitgang 50 Ω.
- Doorlaat van de hele frequentieband, niet meer maar ook niet minder.
- Geschikt voor 400 Watt of meer zonder merkbare productie van harmonischen.
- Geen externe voeding of aansturing nodig.
Zoeken naar mogelijkheden
Op basis van deze voorwaarden ben ik aan de gang gegaan op het internet in de hoop daar iets bruikbaars te vinden. Gevonden werd een aantal filters met ferriet-ringkernen. Deze worden te koop aangeboden door enkele bij ons zendamateurs bekende bedrijven. De filters waren weliswaar klein van omvang, maar ook duur. Te duur volgens onze penningmeester.
Aangezien ik zelf niet zo gecharmeerd ben van ferrietkernen in een zendsysteem en zeker niet in dit geval omdat de filters on-der geen beding zelf harmonischen mochten produceren, was ik het vooral om die reden met de penningmeester eens.
Dat betekende zelf experimenteren. Het werden uiteindelijk filters die bestaan uit een seriekring met aan de uitgang een parallelkring, beide met luchtspoelen (figuur 1). Alles bij elkaar dus een vrij eenvoudig filter.
Het gevolg van een en ander was natuurlijk wel, dat de filters qua omvang flink wat groter zouden worden dan de kleine commerciele exemplaren, maar daar zagen we geen groot probleem in.
Er werden drie filters gebouwd die bij wijze van test tijdens een PACC-contest werden gebruikt. Ze bleken redelijk aan de wensen te voldoen.
Rekenwerk
We zijn toen aan het rekenen geslagen om waarden voor de spoelen en condensatoren te vinden. De berekeningsmethode is als volgt. L1 (in H) in figuur 1 wordt berekend volgens
waarin ωh en ωl de hoogste, resp. laagste hoekfrequentie (ω = 2πf, f is frequentie) (Hz) van de door te laten band voorstellen en Z de impedantie (Ω) aan in- en uitgang. Uitgangspunt is dat Z aan in- en uitgang dezelfde waarde, in ons geval 50 Ω heeft.
De zelfinductie L2 (in F) van spoel L2 wordt berekend volgens
waarin (ωm de gemiddelde hoekfrequentie van de door te laten band is.
De capaciteit C1 (in F) in figuur 1 wordt berekend volgens
en
De gebruikte vergelijkingen zijn te vinden in Rothammel (2001).
De in eerste instantie verkregen uitkomsten staan in tabel 1.
| Band (MHz) | 1,81-1,88 | 3,5-3,8 | 7,0-7,2 | 14,0-14,35 | 21,0-21,45 | 28,0-29,7 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| L1 (µH) | 114 | 26,5 | 39,8 | 22,7 | 17,7 | 4,68 |
| C1 (pF) | 65,5 | 71,7 | 12,6 | 5,54 | 3,18 | 6,50 |
| L2 (µH) | 0,630 | 0,179 | 0,032 | 0,014 | 0,008 | 0,016 |
| C2 (pF) | 45500 | 10600 | 15910 | 9090 | 7070 | 1870 |
Fig. 1. Schema van alle filters.
Het zorgenkindje is hier C2, omdat de doorslagspanning met het oog op mogelijke misaanpassingen en de bescherming van de eindtrap van de aangesloten set hoog moet zijn (om de gedachten te bepalen: een flink aantal kV). De berekende capaciteitswaarden zijn echter zodanig, dat de combinatie met de genoemde doorslagspanning in de huidige tijd op zijn zachtst gezegd nogal exotisch is, zeker voor de lagere banden. Dit probleem is aangepakt door de bandbreedte van de kring L2C2 te verkleinen en die van L1C1 te vergroten.
Verkleining van de bandbreedte leidt tot een lagere C en een hogere L, vergroting van de bandbreedte tot het omgekeerde. We gaan bier niet in op achtergronden. De geïnteresseerde lezer kan een heldere uiteenzetting op dit punt vinden bij Sterrenburg (1978).
Omdat de impedantie Z aan in- en uitgang ongeveer 50 Ω moest blijven, betekende dit het verlaten van gebaande en eenvoudig toe te passen theoretische paden, onvermijdelijke concessies op het punt van de demping van ongewenste frequenties en dus het nodige experimenteerwerk.
De zelfinductie van de spoelen was op basis van beschikbare condensatorwaarden nog wel redelijk te schatten, omdat zowel de kring L1-C1 als L2-C2 in resonantie moeten zijn op of in de buurt van de gemiddelde frequentie van de door te laten band. Daarmee konden bij min of meer vastliggende capaciteitswaarde de diameters van de spoelen en hun aantal windingen worden berekend. Omdat deze berekening niet zo gemakkelijk in momenteel verkrijgbare publicaties te vinden is, volgt hieronder een korte uiteenzetting.
De basisvergelijking voor een eenlaags luchtspoel met ronde draad luidt
waarin:
L de zelfinductie in µH,
d de spoeldiameter in cm en
n het aantal windingen voorstellen.
F is een vormfactor waarvan de waarde athangt van de verhouding van lengte 1 en diameter d van de spoel (Sjobbema, 1979). Hij is of te lezen uit figuur 2. Wie vergelijking (5) te lastig vindt vanwege het moeten aflezen van de grafiek, kan gebruik maken van
waarbij:
d en 1 in cm en
L in µH.
Figuur 2. Grafiek voor de bepaling van de vormfactor F van een eenlaagsspoel uit diameter d en lengte 1 van de wikkeling (naar Sjobbema, 1979).
Vergelijking (6) geeft bij de uiteindelijk gebruikte lengte/diameterverhoudingen vergelijkbare resultaten. Dat houdt in dat uit (5) en (6) de volgende uitdrukking voor F kan worden afgeleid:
Oplettende en fysisch onderlegde lezers zullen wellicht gezien hebben dat de eenheden bij (5) t/m (7) niet kloppen. Dat komt, doordat het proefondervindelijk gevonden en geen theoretisch afgeleide betrekkingen zijn. Dat is niet erg, zolang we maar beseffen dat de bruikbaarheid beperkt is en dat bij gebruik van andere dan de aangegeven eenheden ook de in de vergelijkingen gebruikte getallen moeten worden aangepast. Wie daarin niet enigszins bedreven is, kan het best de aangegeven eenheden (cm en µH) aanhouden.
De diameter van de meeste spoelen kwam uit op circa 9 cm. Aangezien de verhouding bandbreedte/frequentie en daarmee ook de kwaliteitsfactor Q(1) per band verschilde, was het niet mogelijk om een enkele standaardspoel te maken en deze dan d.m.v. aftakkingen op de spoel in te stellen.
We hadden dan een aantal dezelfde spoelen kunnen maken.
Er moest dus voor elke band een aparte spoel worden gemaakt.
Aangezien de meeste spoelen uitkwamen op een diameter van 9 cm, heb ik dit als een soort standaard genomen om de kastjes te kunnen maken waarin de filters ingebouwd moesten worden. Voor de lengte werd ook 9 cm genomen. Niet alle spoelen hadden een lengte van 9 cm nodig, maar om het maken van de kastjes te vergemakkelijken, werd die lengte als standaard genomen.
De breedte en hoogte van de kastjes lagen nu vast. Aileen de lengtemaat ontbrak nog. De kastjes werden op mast getekend op papier. Aan de hand hiervan kon de indeling worden opgezet. De meeste spoelen werden verticaal gemonteerd. Het zijn niet moeders mooiste modellen, maar bruikbaar.
Voor ik verder ga wil ik u waarschuwen voor het wel of niet nauwkeurig nabouwen. Nauwkeurig nabouwen is beslist geen garantie dat alle parameters exact goed zijn. Er moet (zeer) veel geexperimenteerd worden om goede resultaten te krijgen.
Uiteindelijk werden de waarden voor de capaciteiten en zelfmducties zoals weergegeven in tabel 2. De verschillen met die in tabel 1 zijn aanzienlijk.
| Band (MHz) | 1,81-1,88 | 3,5-3,8 | 7,0-7,2 | 14,0-14,35 | 21,0-21,45 | 28,0-29,7 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| L1, aantal windingen | 26 | 5,5 | 11 | 6,2 | 8,2 | 8,5 |
| L1, diameter (cm) | 9 | 9 | 9 | 9 | 3 | 4 |
| L1, lengte (cm) | 9,5 | 2,5 | 3,9 | 2,6 | 5(2) | 12 |
| L1, zelfinductie volgens verg. (6) (µH) | 38 | 3,9 | 12,3 | 4,8 | 0,87 | 0,75 |
| Spoelhouder(3) ja/nee | ja | ja | ja | ja | nee | nee |
| C1 (pF) | 232 | 600 | 43 | 28 | 47 | 33 |
| L2 aantal windingen | 7¾ | 7,5 | 9 | 5,3 | 3,3 | 1 |
| L2 diameter (cm) | 3 | 2 | 3 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| L2 lengte (cm) | 3 | 2,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3 |
| L2, zelfinductie volgens verg. (6) (µH) | 1,17 | 0,62 | 1,40 | 0,35 | 0,14 | 0,014 |
| Spoelhouder ja/nee * | nee | nee | nee | nee | nee | nee |
| C2 (pF) | 10000 | 2500 | 460 | 390 | 248 | 420 |
Wie de kringen narekent, zal ontdekken dat ze in theorie niet allemaal precies "in de band" zitten.
Daarvoor is een aantal oorzaken aan te wijzen. We noemen:
- Doordat de spoelen zijn ingebouwd in een geleidend kastje vermindert de zelf' inductie en wordt Q enigszins verlaagd.
- De spoelen hebben een eigen capaciteit die niet is meegerekend. Die telt vooral mee bij de kringen met kleine C.
- Omdat in de kastjes geen afscherming is aangebracht, "zien" de spoelen L1 en L2 elkaar. Uitgangspunt van de theorie is daarentegen dat ze elkaar niet beinvloeden. De onderlinge beinvloeding leidt waarschijnlijk tot een grotere bandbreedte.
Het is aan de nabouwer om de maten te veranderen. Het kan echter zijn dat dan de waarden van de C's en Es zoals weergegeven in tabel 2 dan niet helemaal meer kloppen.
Ik heb de filters grof opgezet en zo fijn mogelijk ingeregeld. Dit bleek niet voldoende te zijn. Ik heb daarom met (geleende) professionele apparatuur (netwerk-analyzer) de filters op de juiste waarden afgeregeld. (Bedankt Robert, PA1RK.) Het betrof de bandbreedte, banddoorlaat, S.W.R., verzwakking van signalen buiten de band, enz.
Nog een tip
Ik heb voor de condensatoren keramische C's gebruikt met een doorslagspanning van 7000 Volt omdat bij niet of verkeerd aangesloten antenne de spanning over de condensatoren behoorlijk kan oplopen. C's met zo'n hoge doorslagspanning zijn moeilijk te krijgen. Vroeger zag je ze nog wel eens, maar tegenwoordig…
Daarom adviseer ik nabouwers om te proberen, eerst zoveel mogelijk deze C's te pakken te krijgen alvorens met de bouw te beginnen.
Neem ook heel veel tijd mee, want het is tijdrovender dan je denkt.
Nu enige technische gegevens.
De kastjes
Ik heb printplaat gebruikt voor de wanden en het delcsel. Als je goed bent in metaal bewerken en aan een zetbank kunt komen, kunnen de kastjes ook van aluminium worden gemaakt.
Het liefst had ik enkelzijdig printplaat gebruikt, maar daar was in een grotere hoeveelheid niet aan te komen. Ik heb dus allies door elkaar gebruikt. Het is in technisch opzicht helemaal geen probleem; het ziet er alleen wat minder gelijk en gelikt uit.
De buitenmaten waren uiteindelijk 17,5 cm diep bij 15 cm breed en 14,5 cm hoog. De maten van alle wanden worden gegeven in Bijlage 1.
Het is aan te bevelen, voordat de kastjes in elkaar worden gezet (gesoldeerd), om eerst de coax-chassisdelen (voor- en achterkant kastje) en de draadsteunen te monteren, c.q. te solderen. De connector aan de ingang heb ik lager gehouden dan die aan de uitgang, dit om vergissingen uit te sluiten en om de verbinding van spoel naar connector iets in te korten. Ik heb het vierkante bevestigingsplaatje van de chassisdelen aan de binnenkant van het kastje gehouden en gedeeltelijk gesoldeerd. De soldering was ter plaatse van twee van de vier gaatjes voor de bevestiging met boutjes. Deze twee gaatjes worden dus niet voor boutjes gebruikt. De twee andere gaatjes werden wel met een paar boutjes vastgezet. Daarmee was een goede massaverbinding verzekerd. View het solderen worden beide delen eerst goed schoongemaakt en vertind, dit geldt zowel voor het koper van de printplaat als het chassisdeel van de connectors.
Bij de laatste is het raadzaam om eventueel met een vij1 voor het vertinnen het chroom te verwijderen. Men kan ze natuurlijk ook helemaal solderen. Ze zijn dan wat moeilijker te vervangen als den van de connectoren defect is.
Daarna heb ik, gezien vanaf de ingang, aan de rechterkant, haaks op de zijwand een stukje enkelzijdig pertinax printplaat van 7 × 3 cm op 3,5 cm vanaf de achterkant gesoldeerd, met de koperzijde naar de voorkant (Bijlage 1, figuur 17). Aan dit stukje printplaat worden de spoelen en de condensatoren gesoldeerd. Een soort draadsteun dus. De gaatjes moeten groot genoeg zijn voor het gebruikte draad. De behuizing is nu gereed. We gaan nu aan de gang met de spoelen. Hiervoor refereer ik aan figuur 1.
De spoelen L1 zijn vrij groot, de spoelen L2 daarentegen klein. Eerst de L1's.
Door hun grootte kunnen de spoelen L1 niet vrij opgehangen worden, met uitzondering van die voor de 10 en 15 meter. Ik heb dus, behalve voor de 10 en de 15 meter, een soort wikkelkern moeten maken. Deze heb ik gemaakt van ongeveer 4,5 mm dikke kunststof plaat. Ook hier heb ik een soort van standaardisering toegepast. Ik heb plaatjes 10 x 10 cm gemaakt, een vierkant dus, en wel 1 paar (dus 2 stuks) voor elke band. Deze worden later in elkaar gelijmd. Voordat ik deze plaatjes in elkaar had gezet heb ik, verdeeld over 9 cm, gaatjes geboord. Deze gaatjes zijn bestemd om de windingen door te leiden. Per band is het aantal gaatjes en hun afstand anders. Hoe we aan het aantal gaatjes en hun onderlinge afstand komen, wordt verderop beschreven. De diameter van de gaatjes is athankelijk van de draaddikte. Bij mij was dit lichtleidingdraad (elektriciteitsdraad) ontdaan van de isolatie. Gestript dus. De gaatjes waren 2 mm in diameter. Ook werd in elk plaatje een sleuf gezaagd /gevijld (figuur 3). Deze sleuf is even breed als het materiaal dik is. Ms dit klaar is en de gaatjes geboord zijn, kunnen de kunststof plaatjes in elkaar gelijmd worden. Daarbij moeten wel de juiste paren in elkaar worden gelijmd!
Fig. 3. Kunststof plaatje met sleuf Gaatjes nog niet geboord.
Figuur 4 laat zien wat de bedoeling is. De foto laat zien hoe het koperdraad door de gaatjes loopt en op zijn plaats wordt gehouden. Linksonder op de spoelhouder is een lichte streep te zien. Dit is een geboord gat, waarin schroefdraad van 3 mm is getapt om de spoel met M3-boutjes vast te kunnen zetten. Dit is bij alle vier de zijden gedaan. Zorg er bij het boren voor, dat de gaatjes in het midden van het materiaal zitten en op gelijke afstand van de buitenkant. Let er ook op dat de boor niet te beet wordt, anders smelt de kunststof, waardoor de boor kan vastlopen en afbreken. Een gedeelte kan dan in het gat achterblijven.
Fig. 4. Spoel in houder.
Ik heb bij het monteren van de spoel afstandsbusjes van 15 mm gebruikt om de spoel ruim vrij van de wand te houden. Nu worden de bevestigingsgaatjes in het lcastje gemaakt. Precies afmeten en boren is het devies.
Vervolgens de gaatjes aan de onderkant even uitbramen. Boutjes met verzonken koppen zijn het handigst, dan steekt er na montage als alles goed gebeurd is, nets uit. Bij het monteren van de spoelhouders in de kastjes is enig geduld nodig. Het is lastig om de boutjes op de juiste plaats te krijgen en er ook nog een afstandbusje omheen aan te brengen.
Zo hebben we nu zes kastjes met twee coax chassisdelen (in- en uitgang) en 4 spoellichamen.
Voor de hogere banden (15 en 10 meter) zijn de spoelen klein genoeg om zonder spoelhouders voldoende stevigheid te hebben. Voor de betreffende filters wordt de spoel, in de vorm van een veer, zo strak mogelijk gespannen tussen de ingangsconnector en de draadsteun. Dit is stabiel genoeg.
Het maken van de gaatjes in de spoelhouders
Tabel 1 geeft de aantallen windingen, de diameters en verdere gegevens van de spoelen voor elk filter. We gaan bij wijze van voorbeeld uit van een willekeurige spoel met 15 windingen op een spoelhouder van 10 cm lang, waarvan 9 cm wordt gebruikt voor de eigenlijke spoel. Het aantal windingen moet dan worden verdeeld over 9 cm = 90 mm. De hart-ophart afstand.van de gaatjes wordt dan 90 mm gedeeld door 15-1 is 6,4 mm.
Het is vrij lastig om dit exact uit te me-ten. Wie een tekenprogramma heeft, kan op de computer een tekening op mast maken, waarop precies de plaats van de gaatjes staat. Ik heb zo'n tekening een paar maal uitgeprint en op de kunststofplaatjes geplakt. Daarna heb ik op de juiste punten de gaatjes geboord en daarna het papier weer verwijderd. Dat gnat uitstekend.
Het maken van de spoelen L1 en L2
Nu gaan we L 1 maken. Het aantal wikkelingen staat weer in de tabel onderaan. Wij gaan door met ons voorbeeld van 15 windingen. De lengte van de op te rollen draad berekent men als volgt: als diameter van de spoel hadden we 9 cm genomen. De omtrek van 1 winding wordt dan π × 9 cm. Het getal π staat op praktisch elke zakjapanner en anders gebruik je 3,14 als waarde. Voor het gemak heb ik 3 × 9 cm genomen. Dan is een winding iets meer dan 27 cm. De totale draadlengte wordt dan 15 × 27 cm = 4 meter en 5 cm. Ik nam vanwege de afronding 4 meter en 30 cm.
Nu de draad goed strak trekken en uiteraaxd de bochten en bobbels eruit halen. Neem nu een buis of iets dergelijks met een diameter van 9 cm en wikkel de draad er strak omheen, het begin eventueel vastzetten met tape. (Ik zet de draad altijd vast aan een deurknop o.i.d., trek de draad strak, waarna het strak oprollen op de buis een fluitje van een cent is, PC7S). Als dit gebeurd is en de draad wordt losgemaakt dan blijft er een soort veer over. Deze wordt in de spoelhouder gewikkeld.
L2 wordt op een soortgelijke manier gemaakt als L1, echter met dien verstande dat er geen spoelhouder nodig is. Houd er rekening mee, dat spoelen na het wikkelen wat terugveren, waardoor het oorspronkelijke aantal windingen en de diameter dan net meer kloppen. Een plakbandje om de spoel direct na het wikkelen is meestal afdoende.
Montage
Als de spoel L1 op de houder zit, wordt het geheel samen met de afstandbusjes in het kastje gemonteerd. Vervolgens wordt het uiteinde van de spoel aan de kant van de ingangsconnector daaraan vast gesoldeerd. Er is lastig bij te komen. Het solderen kan daardoor Langer duren dan goed is voor de connector. Daardoor kan de middenaansluiting, door smelten van de isolatie, scheef komen te zitten. Schroef daarom een nude kabelplug op de connector bij wijze van hitteafvoer. Om het solderen sneller te laten verlopen, kan men het beste eerst alles goed vertinnen.
De andere zijde van de spoel wordt nu in een gaatje van de draadsteun gestoken die het dichtst bij de wand is en daarna gesoldeerd. Vanaf de koperbaan aan de andere buitenkant van de draadsteun wordt nu een zo kort mogelijke verbinding gemaakt naar de uitgangsconnector. Zo kort mogelijk. Aan diezelfde koperbaan wordt ook een kant van L2 gesoldeerd. De andere zijde van L2 wordt aan massa gesoldeerd, zo dicht mogelijk bij de connector. Aan diezelfde koperbaan wordt ook nog C2 gesoldeerd. Ook bier ligt de andere kant van de condensator aan massa. C2 is dus over (of parallel aan) L2 gemonteerd.
Dit is de parallelkring. Nu C1 nog. Deze wordt bevestigd aan de koperbaan van L 1 en aan de koperbaan waaraan L2, C2 en de uitgang bevestigd zijn. De middelste koperbaan wordt gebruikt voor C1, voor het geval deze uit een serieschakeling bestaat.
Bij een enkele of bij parallel geschakelde condensatoren worden deze direct van de ene naar de andere kant gemonteerd. Bij C2 is er minder ruimte en moet er gelmproviseerd worden, wat bij parallelschakelen net veel problemen zal opleveren, maar in serie schakelen is lastiger. Een en ander hangt of van de gebruikte condensatoren en de exacte waarden hiervan.
Zoals ik reeds schreef, heb ik zelf keramische C's gebruikt, de bekende pijpjes met een werkspanning tot 7000 V. Die zijn wat onhandig lang. Ze zijn ook in schijfvorm te krijgen, zij het met een iets lagere werkspanning.
Het afregelen
Dit is het moeilijkste. In de eerste plaats is een zeer goede 50 Ohm dummyload nodig. Het is namelijk belangrijk dat de uitgang zo nauwkeurig mogelijk op 50 Ohm wordt afgeregeld. Daarmee krijgt de antenne de juiste aanpassing aangeboden. De S.W.R. zal dan redelijk binnen de verwachte grenzen blijven. De eveneens benodigde frequentiegenerator dient ook een 50 Ohm uitgang te hebben. Zelf heb ik voor de grove afregeling de MFJ-259B gebruikt. Hierop kan men de S.W.R. bij een bepaalde frequentie aflezen. De frequentieaanduiding is net zo exact als bij een meetgenerator, maar om de zaak in de buurt te brengen is hij goed bruikbaar. Het grote voordeel is dat er met een klein signaal gewerkt wordt en dat toch de S.W.R. kan worden afgelezen. De MFJ259B wordt direct op de parallelkring aangesloten met een coaxkabeltje en de uitgang wordt met 50 Ohm afgesloten, waarbij de condensator C1 net is aangesloten. Met andere woorden: de seriekring ligt los.
Nu wordt de parallelkring zo goed mogelijk in het midden van de gewenste band gebracht, waarbij de S.W.R. zo laag mogelijk moet zijn. Ideaal is het, als alleen de spoel enigszins verbogen moet worden om het gewenste resultaat te krijgen. Dit lukt net altijd. Er zullen dan condensatoren en/of spoelen verwisseld moeten worden. Is dit gelukt dan doen we hetzelfde met de seriekring.
De MFJ-259B wordt op de coaxaansluiting gezet en de dummyload d.m.v. een kabeltje aan C1 bevestigd. We gaan nu de seriekring afregelen op de gewenste frequentie. Ook hier geldt: het liefst met de spoel. Lukt dit niet, dan zal ook bier moeten worden geexperimenteerd met de spoel en/of de condensator. Is dit gelukt dan wordt C1 aan L2/C2 gesoldeerd.
Nu wordt het hele filter gemeten met de MFJ aan de ingang en de dummyload aan de uitgang. Alles wordt nu afgeregeld op de laagste S.W.R. verhouding, die toch zeker lager zal moeten zijn dan 1 : 1,5. Nu is het zaak, de bandbreedte te controleren. De MFJ gaf een redelijk goed idee, maar een moderne amateur-zender is nauwkeuriger. Let hierbij wel op het vermogen. Een paar watt is meer dan genoeg. Het makkelijkste is het gebruik van twee (2) S.W.R. meters, die eerst gecontroleerd worden of zij wel een gelijke waarde aangeven met 50 Ohm aan weerskanten van het filter.
Nu wordt de zender, ingesteld op het zeer lage vermogen, aan de ingang van het filter aangesloten via een van de S.W.R. meters. Aan de uitgang komt dan de tweede S.W.R. meter met daarachter de 50 Ohm dummyload. Let op het maximale vermogen van de dummyload!
We gaan eerst op de middelste frequentie van de band meten en regelen voor zover mogelijk de S.W.R. verder naar beneden, waarbij het door beide meters aangegeven vermogen goed in de gaten wordt gehouden. De meter aan de uitgang zal iets minder aangeven, maar dit mag niet teveel zijn. Bij een juiste afregeling mag het verschil niet meer zijn dan een half dB, dit is ruim 10%. Dit is het doorgangsverlies. Let bij dit alles wel op uw vingers, de spoelen voeren nu H.F. Dat kan tot brandblaren leiden. Beter is het, om een houtje of een ander stukje isolerend materiaal te gebruiken.
Is de zaak op de middelste frequentie in orde, dan gaan we naar een uiteinde van de band en controleren daar de S.W.R. Hij zal wellicht iets zijn opgelopen maar moet beneden de 1,5 blijven. Ook bier moet het verlies zo laag mogelijk zijn. Nu gaan we naar de andere kant van de band en ook daar moet de S.W.R. niet al teveel opgelopen zijn. Hetzelfde geldt voor het doorgangsverlies.
Wordt aan de eis van goede doorlaat en SWR niet voldaan, dan moet er geexperimenteerd worden. Is de band te smal, dan is de Q van een van de kringen of misschien van beide te groot. Dan zal een van de spoelen wat kleiner moeten worden en de bijbehorende condensator waarschijnlijk vergroot. Is de band te breed of de S.W.R. te hoog, dan kan het zijn dat een van de spoelen vergroot moet worden, met het evt. verkleinen van de C. AI met al is het zeer tijdrovend om een juiste aanwijzing te krijgen.
Zoals gezegd, had ik het geluk, via Robert PA IRK over een netwerkanalyzer te kunnen beschikken, waarop we de diverse signalen gelijkertijd zichtbaar konden ma-ken. Ook was direct te zien of de kringen wel op dezelfde frequentie stonden. We konden ook de diverse curven op de printer uitdraaien.
Figuur 5 geeft een voorbeeld van zo'n uitdraai. U ziet de doorgangsdemping op de punten 1, 2 en 3 en de S.W.R. ook op de punten 1, 2 en 3 bij het filter voor de 21 MHz.
Fig. 5. Voorbeeld van een uitdraai van de netwerkanalyzer, in dit geval voor de 21MHz-band.
Figuur 6 toont een foto van het binnenste van het filter voor 28 MHz. In de vier hoeken zijn kleine driehoekjes zichtbaar. Deze zijn erin gesoldeerd en zijn bedoeld om het deksel vast te zetten. Er zijn gaten in geboord. Het deksel wordt hierop, d.m.v. parkerboutjes, vastgezet. Het deksel is met desoldeerlitze aan de binnenzijde van het kastje vast gesoldeerd, waardoor een goed elektrisch contact tussen deksel en kast is gewaarborgd. Het litzedraad en een heel klein stukje van het deksel zijn aan de bovenzijde van de foto te zien.
Fig. 6. Het filter voor 10 meter.
Gemeten resultaten
De gemeten gemiddelde doorlaatdempingen over de door te laten band zijn voor elk filter weergegeven in tabel 3.
| Filter (MHz) Gemeten demping / onderdrukking (dB) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Band (MHz) | 1,81-1,88 | 3,5-3,8 | 7,0-7,2 | 14,0-14,35 | 21,0-21,45 | 28,0-29,7 |
| 1,81-1,88 | 0,65 | 15 | 36 | 52 | 56 | 66 |
| 3,5-3,8 | 32 | 0,4 | 21 | 39 | 43 | 54 |
| 7,0-7,2 | 47 | 17 | 0,17 | 24 | 30 | 41 |
| 14,0-14,35 | 62 | 48 | 24 | 0,18 | 11 | 26 |
| 18.07-18.17 | 75 | 43 | 31 | 9 | 1 | 18 |
| 21,0-21,45 | 62 | 39 | 36 | 17 | 0,12 | 12 |
| 24.89-24.99 | 37 | 37 | 41 | 24 | 3 | 3 |
| 28,0-29,7 | 45 | 36 | 47 | 31 | 11 | 0,4 |
Omdat de oorspronkelijke plots niet gemakkelijk of te lezen zijn, zijn voor elk filter nieuwe doorlaatgrafieken gemaakt. Deze zijn hieronder weergegeven in figuur 7 tot en met figuur 12. Per filter zijn er 2 plots, de linker plot geeft steeds de doorgangsdemping over de gehele HF band weer. Bij de rechter plots is ingezoomd op de doorlaatfrequentie. Afbeeldingen van de oorspronkelijke plots zijn opgenomen in Bijlage 2.
In figuur 7 tot en met figuur 12 zijn de doorlaatkarakteristieken van de filters per bandfilter weergegeven in steeds twee grafieken, de eerste voor het bereik van 0-30 MHz, de tweede voor een beperkt frequentiebereik in de buurt van de door te laten band. De SWR en reflectie zijn niet weergegeven. In alle gevallen was bij 50 SZ over in- en uitgang de waarde van de gereflecteerde component over de volledige door te laten band (ruim) meer dan 10 dB kleiner dan het aangeboden vermogen. In de oorspronkelijke plots in Bijlage 2 staan wel reflectiecurven.
Het filter voor 160 m
Doorlaatkarakteristieken versus frequentie zijn weergegeven in figuur 7. Het filter vertoont een notch bij circa 18.5 MHz en een lage tweede piek bij ruim 25 MHz, die echter in de 28 MHz-band alweer goeddeels onschadelijk is.
Fig. 7. Doorlaat van het filter voor 160 m als functie van de frequentie.
Het filter voor 80 m
De doorlaat versus frequentie is weergegeven in figuur 8. Het filter vertoont een notch bij 15 MHz. De demping neemt daarna richting 28 MHz-band iets af, maar blijft met meer dan 35 dB ruim voldoende.
Fig. 8. Doorlaat van het filter voor 80 m als functie van de frequentie.
Het filter voor 40 m
Doorlaat versus frequentie is weergegeven in figuur 9. In de grafiek zijn geen bijzonderheden te zien; op de naast hogere en lagere amateurbanden is de doorlaatdemping beter dan 20dB. (zie figuur 9)
Figuur 9: Doorlaat van het filter voor 40 m als functie van de frequentie.
Het filter voor 20 m
Doorlaat versus frequentie is weergegeven in figuur 10. In de grafiek zijn geen bijzonderheden te zien; op de naast hogere en lagere amateurbanden (17 m en 40 m) is de doorlaatdemping 9, resp. ruim 20 dB. In de 15 m band is de doorlaatdemping circa 17 dB.
De betrekkelijk geringe demping op 17 m is begrijpelijk, gezien de relatief kleine afstand tot de 20 m-band.
Fig. 10. Doorlaat van het filter voor 20 m als functie van de frequentie.
Het filter voor 15 m
Doorlaat versus frequentie is weergegeven in figuur 11. Over de karakteristiek valt weinig te zeggen, of het zou moeten zijn dat de demping voor de meest nabije amateurbanden (12 en 17 m) nogal beperkt is, maar die liggen dan ook relatief dicht bij de beoogde door te laten band.
Fig. 11. Doorlaat van het filter voor 15 m als functie van de frequentie.
Het filter voor 10 m
Doorlaat versus frequentie is weergegeven in figuur 12. In tegenstelling tot de voorgaande grafieken loopt in figuur 12 de frequentie-as door tot 35 MHz om te laten zien dat de doorlaat voorbij de 10 m-band daadwerkelijk afvalt.
Fig. 12. Doorlaat van het filter voor 10 m als functie van de frequentie. De figuur is samengesteld uit twee series metingen: een voor het frequentiegebied 0-30 MHz en een voor het frequentiegebied 20-35 MHz.
De demping op de eerst lagere amateurband, 12 m, is vrij gering, op 15 m is deze al vrij redelijk.
Geciteerde literatuur
- Rothammel, K. (2001). Rothammels Antennenbuch. Neu bearbeitet and erweitert von Alois Krischke. DARC Verlag, Baunatal.
- Sjobbema, D.J.W. (1979). Passieve componenten. Philips Technische bibliotheek. Kluwer, Deventer.
- Sterrenburg, F.A.S. (1978). Ontvangers. 3e druk De Muiderkring, Bussum.
Noten
- Voor Q geldt:
, waarbij w de hoekfrequentie 2, bij resonantie en R de totale verliesweerstand van de afgestemde kring is. Q bepaalt de bandbreedte. Voorbeeld: bij Q = 10 liggen de -3dB punten van de doorlaat bij benadering 1/10 van de resonantiefrequentie uiteen, bij Q = 100 is dat 1/100, enz. Dus hoe hoger Q, des te smaller de doorlaat. - De lengte is de gewikkelde lengte. Aan weerszijden loopt de draad circa 4 cm door. Deze lengte is bier niet meegeteld, maar draagt wel bij aan de totale zelfmductie.
- Hiermee wordt bedoeld of de spoel al dan niet op een spoelhouder wordt bevestigd.
Bijlage 1. De wanden van de kastjes
In de figuren hieronder worden de maten van de zes wanden van het kastje aangegeven.
Fig. 13. Voorkant van het kastje met montagegat voor de connector.
Fig. 14. Achterkant van het kastje met montagegat voor de connector.
Fig. 15. Onderkant. Deze valt in het kastje. Het eromheen vastsolderen van de verticale wan-den is eenvoudiger dan erop.
Fig. 16. Bovenkant. De bovenkant valt over de verticale wanden, zodat vastzetten gemakkelijk is. Details worden in de tekst behandeld.
Fig. 17. Zijkant (boven) met draadsteun (onder).
Grijze delen van de 'draadsteun: koper laten staan; witte: koper verwijderen. Gaatjes voldoende diameter geven voor de aansluitingen van de condensatoren C1 en C2 (zie schema in figuur 1).
Er zijn gaatjes voor meerdere condensatoren gemaakt, zodat het indien nodig mogelijk is om door C's te combineren, tot de goede waarde te komen.
Fig. 18. Zijkant met spoel, positie draadsteun en aansluitingen C en L. C1 bestaat in dit geval uit twee stuks C'1 in serie geschakeld. Het draadsteunprintje biedt ook de mogelijkheid tot parallel schakelen, al naar behoefte.
Bijlage 2. Filterkarakteristieken, oorspronkelijke plots
Piet, PA3ANH; Robert, PA1RK; Rikus, PD0IAZ en Sake, PC7S.