Sende-Tiefpassfilter
Paul, NA5N, hat auf seiner Web-Seite einen Vortrag veröffentlicht, den er auf dem QRP-Forum Atlanticon 2002 gehalten hat. Das Thema ist die Berechnung von Tiefpassfiltern für den QRP-Sender. Dieser Vortrag wurde im QRP-Report 2-2007 und 3-2007 abgedruckt.
Bedauerlicherweise hat die Simulation und Nachberechnung ergeben, dass sowohl die mathematischen Grundlagen teilweise unrichtig wiedergegeben wurden, als auch die Tabellenwerte zum Nachbau solcher Filter völlig unbrauchbar sind. Auch die Aussagen zur praktischen Realisierung sind in Zweifel zu ziehen. Daher habe ich mir die Mühe gemacht, Sende-Tiefpassfilter für die Nutzung im QRP-Bereich zu errechnen, simulatorisch zu überprüfen und tabellarisch zusammenzustellen.
Tschebyscheff 5. Ordnung
- Reflexionsdämpfung >= 20 dB
- Durchgangsdämpfung <= 0,2 dB
- Ripple < 0,1 dB
- Dämpfung 2. Harm. >= 28 dB
- Dämpfung 3. Harm. >= 48 dB
- fc = 1,24 * fo (fo = obere Grenze des Nutzbands, fc = 3-dB-Grenzfrequenz)
Diese Werte gelten für alle Filter der Tabelle. Fehlende oder abweichende Dimensionierungen können durch lineare Skalierung mit der Frequenz errechnet werden. Die Durchgangsdämpfung ergibt sich mit Ringkernspulen mit einer Güte von mindestens 200.
| Band | C1/C3 (pF) | C2 (pF) | L1/L2 (uH) | fc (MHz) |
| 80 m | 770 | 1435 | 2,75 | 4,7 |
| 40 m | 406 | 757 | 1,45 | 8,9 |
| 30 m | 279 | 519 | 1,00 | 13,0 |
| 20 m | 203 | 379 | 0,73 | 17,8 |
| 15 m | 136 | 254 | 0,49 | 26,5 |
| 10 m | 99 | 184 | 0,35 | 37 |
| 6 m | 54 | 101 | 0,19 | 67 |
Diese Filter eignen sich nur für Sende-Endstufen mit Gegentaktverstärker im AB-Betrieb. Dort wird die 2. Harmonische typischerweise um mehr als 20 dB unterdrückt, die 3. Harmonische jedoch bestenfalls um 10 dB. Mit einem Filter gemäß Tabelle ergeben sich immer Oberwellenunterdrückungswerte von mindestens 40 dB. Das ist für eine QRP-Station im Kurzwellenbereich gerade hinreichend. Das Schaubild zeigt Transmission und Reflexion für alle Tabellenfilter; hier exemplarisch für das 80-m-Band.
Tschebyscheff 7. Ordnung
- Reflexionsdämpfung >= 20 dB
- Durchgangsdämpfung <= 0,25 dB
- Ripple < 0,1 dB
- Dämpfung 2. Harm. >= 50 dB
- Dämpfung 3. harm. >= 70 dB
- fc = 1,15 * fo
| Band | C1/C4 (pF) | C2/C3 (pF) | L1/L3 (uH) | L2 (uH) | fc (MHz) |
| 80 m | 795 | 1540 | 2,86 | 3,23 | 4,37 |
| 40 m | 420 | 820 | 1,51 | 1,70 | 8,3 |
| 30 m | 288 | 557 | 1,04 | 1,18 | 12,1 |
| 20 m | 210 | 406 | 0,75 | 0,85 | 16,6 |
| 15 m | 141 | 272 | 0,51 | 0,58 | 24,7 |
| 10 m | 102 | 198 | 0,36 | 0,41 | 34 |
| 6 m | 56 | 108 | 0,20 | 0,225 | 62 |
Die mittlere Spule (L2) ist wertkritisch; sie muss sorgfältig dimensioniert und abgeglichen werden. Alle Kapazitätswerte lassen sich üblicherweise aus zwei Normwerten zusammensetzen. Kleine Abweichungen sind zulässig; sie äußern sich in erster Linie in reduzierter Reflexionsdämpfung.
Die Filter 7. Ordnung sind auch für Eintaktendstufen im C-Betrieb geeignet. Sie bieten gute Anpassung und eine in jedem Fall hinreichende Oberwellenunterdrückung
Auch hier wieder der Graph des Filterverlaufs und der Anpassung, exemplarisch dargestellt für das 80-m-Band.
Versteilerter Tiefpass 7. Ordnung
Für höhere Leistung bis 100 W und darüber sollte der Tiefpass eine noch bessere Anpassung aufweisen. Im Profibereich wird dann eine Reflexionsdämpfung von wenigstens 26 dB empfohlen. Wenn man bereits für das Sendesignal am unteren Ende des Nutzbands eine Oberwellenunterdrückung von wenigstens 60 dB erzielen möchte, kann man z. B. einen versteilerten Tiefpass aufbauen, der im Sperrbereich einen Pol aufweist und die 2. Harmonisch bereits 60 dB unterdrückt. Das ist mit folgender Schaltung und den angegebenen Werten zu erreichen:
| Band | C1/C4 (pF) | C2/C3 (pF) | L1/L3 (uH) | L2 (uH) | C5 (pF) | fc (MHz) |
| 80 m | 660 | 1280 | 2,85 | 2,63 | 183 | 4,42 |
So ergeben sich Transmission und Reflexion des versteilerten Tiefpasses.
Auch die Werte der Bauteile dieses Filters lassen sich linear mit der Frequenz auf andere Bereiche skalieren.