Eine PA TP Filterbank von 630m bis 2m

[DC9OE]

Hallo OM's,

wir haben vor einiger Zeit bereits unser 250W PA Modul (praktisch >300W...) für 630m bis 2m vorgestellt.
Die Entwicklung eines dermassen breitbandigen Moduls war durchaus eine Challenge - dummerweise erwies sich aber die Erstellung der zugehörigen Filterbank ebenfalls als extrem anspruchsvoll.

Es galt 10 Filter für 630m, 160m, 80m, 40/60m, 20/30m, 15/17m, 10/12m, 6m, 4m und 2m aufzubauen und umzuschalten und das mit möglicht guten Filterdaten (hauptsächlich s21 und s11).

Frühe Versuche eines konventionellen Aufbaus erwiesen sich als nicht machbar, das Board wurde zu groß, Leiterbahnen zu lang mit der Folge hoher Dämpfungswerte und unkalkulierbarer Resonanzen - speziell 4m und 2m schienen unerreichbar.

Dabei war die Entwicklung der eigentlichen Filter relativ einfach, ELSIE ist ein excellentes Tool dafür und die einzeln aufgebnauten Filtermodule wiesen durchgehend gute Daten auf. Das Drama ensteht erst dann wenn man versucht 10 Filter sinnvoll zusammenzubauen und umzuschalten.   

Um das Problem der langen Leiterbahnen zu lösen haben wir uns deshalb für einen dreidimensionalen Aufbau in Form eines Würfels entschieden. Diese Lösung ist sehr unkonventionell bietet aber die kürzest möglichen Verbindungen zwischen den relais und den Filterbänken.
Trotzdem erwiesen sich die Relais als Hindernis, die ursprünglich gut funktionierenden Filter waren nach der Bestückung mit Relais schlicht unbrauchbar - speziell oberhalb 10m wurden die Filterdaten von den Relais negativ beeinflusst.

In der Folge musste jedes Filter neu abgeglichen und die Kapazität der Relais mit einbezogen werden - eine mühsame Arbeit aber am Ende erfolgreich.

Der Würfel besteht jetzt aus 3 Trägeplatinen für die Filter, 2 davon mit jeweils 3 Filtern bestückt, ein Board mit 4 Filtern, also insgesamt 10 Stück. Die Spulen liegen innen um Platz zu sparen, die Filter sind derart bestückt dass keine Nachbarbänder nebeneinander liegen und die beiden Bänder 2m und 4m möglichst nahe am Eingnag bei den Buchsen.

Vorn und hinten sind dann die Relais zum Umschalten, das ganze sieht dann so aus:


  Leiterplatten.pdf (Größe: 388,4 KB / Downloads: 52)

  Innenansicht.pdf (Größe: 163,81 KB / Downloads: 53)

  Relais.pdf (Größe: 101,47 KB / Downloads: 54)

  C_Ansicht.pdf (Größe: 168,88 KB / Downloads: 56)

Bis auf 2m mit ca. 1,2dB Einfügedämpfung (hier kommt der Aufbau an seine Grenzen) sind die Filter sehr Dämfungsarm, das liegt an:

- konsequentzter Verwendung von TXX-10 Kernen (eigentlich VHF Typen) - lediglich auf 630m kommt der Typ TXX-6 zum Einsatz
- speziell ausgesuchten Relais, wie bereits an anderer Stelle im Forum beschrieben
- Verlustarmen C's (2KV NP0 Keramik)
- extrem kurzen Leiterbahnen 

Als Filter wurden weitestgehend Cauer Typen verwendet - 7-polig bei den Filtern für die Doppelbänder und 5-polig bei den Filtern für die Einzelbänder.
Die Spärdämpfung wurde nicht auf maximum getrimmt - das hätte der Durchgangsdämpfung geschadet - ist auch nicht erforderlich, der symmetrische Aufbau unserer Module führt dazu dass die 2te harmonische jeweils schon um ca. 40db gedämpft ist - die dritte liegt dann schon weit genug weg.

Wie sich die Filter dann in der Praxis schlagen wird sich zeigen - ich werde berichten - sowohl über positive als auch über negative Erlebnisse.

Zum Schluss noch die Übersicht aller erzielten Filterdaten - zum Messen und Optimieren kam ein Libre VNA zum Einsatz, dieser zeichnet sich durch eine hohe Wiederholfrequenz aus so dass man gut Filter damit abgleichen kann - die üblichen Chinesischen Billig Typen sind dafür ungeeignet.

Hier die erzielten Daten:



  Eine TP Filterbank.pdf (Größe: 1,51 MB / Downloads: 49)

Es fehlt noch ein Modul zum Würfel - das wird die Ansteuerung für I2C und BCD erhalten.
Damit ergibt ich dann eine kompakte Lösung. 

73,Edwin - DC9OE

[dj1yr]

Hallo Edwin,

ich mache das meist so, dass das höchste Band immer aktiv ist, also einen schaltbaren Tiefpassfilter mit Bypassfunktion.
Also könntet ihr den 150Mhz Filter als Festfilter separat in dem Signalweg lassen.

Wann kann man die PA Module erwerben, würde gerne mal eines testen.

mfg René

[DC9OE]

Hallo Rene, danke für die Anfrage - ich denke mal spätestens nach der HAMradio könnten wir fertige Module anbieten.
Dabei ist mir noch nicht so ganz klar in welcher Form, es gäbe folgende Optionen denke ich

- nur bestücktes Modul
- Modul mit Kupfer Heatspreader zur Luftkühlung
- Modul mit dem Wasserkühler

Zum Testen habe ich derzeit alle Module mit Kupfer Heatspreader und Luftkühlung betrieben (ein Beitrag findet sich an anderer Stelle im Forum)
Den Wasserkühler braucht es wenn 2Module zum Einsatz kommen.

73,Edwin

PS. Du erreichst mich auch unter Edwin.Richter@smartradioconcepts.de

[DC9OE]

Rene, sorry hab noch einen Kommentar zum Filter vergessen.
Dein Vorschlag hört sich auf den ersten Blick gut an, hat aber in der Praxis wenig Nutzen.
Das Problem liegt in der 10-fach Umschaltung, nicht bei den Filtern die sind mit ELSIE vergleichsweise trivial zu berechnen und aufzubauen.
Ob ich dann am Ende einen Path Through oder ein 2m TP einschalte spielt keine Rolle für die Komplexität des Umschalters. 

Einen einzigen Vorteil gäbe es wenn ich den 2m TP direkt auf dem PA Modul integrieren würde, könnte man es direkt für 2m einsetzen.
Allerdings ist es zu schade dafür - rein für 2m würde ich eines mit 2m spezifischen Trafos und ohne Gegenkopplung aufbauen dann hätte ich im Endeffekt einen besseren Wirkungsgrad und mehr Verstärkung.

73,Edwin - DC9OE

[DC9OE]

Kleine Ergänzung noch zum Thema TP Filter für 2m.

Die 1,2dB Dämpfung schienen uns nicht so wirklich befriedigend.
Ich habe deshalb ein bisschen Grundlagenforschung getrieben um zu sehen ob die wirklich unvermeidlich sind.

Es zeigte sich dass die Leiterplatte in Verbindung mit den Relais einen Saugkreis bei ca. 350MHz erzeugt.
Da die Güte des Leiterplatten Saugkreises endlich ist, hat dieser auch noch Auswirkungen auf 2m und damit einen Anteil an der Dämpfung.

Versuche diesen Einfluss zu Kompensieren waren mühselig aber am Ende doch recht erfolgreich die Dämpfung konnte von 1,2dB auf 0,7dB bis 0,8dB reduziert werden.
Der eigentliche Tiefpass wird jetzt durch die Leiterplatte gebildet - die Dämpfung der Harmonischen ist damit mehr als ausreichend. 

Ein 2m TP aus zusätzlichen Bauteilen ist damit überflüssig.
Auch die Anpassung an 50 Ohm hat sich dramatisch verbessert wie man an den SWR Werten anbei sehen kann.


  2m TP.pdf (Größe: 436,68 KB / Downloads: 10)

Auf 4m wurde genau so verfahren auch hier ergaben sich noch Verbesserungen, alle tiefer liegenden Filter wurden so belassen da die Daten schon recht gut waren.
Der 4m TP erfordert allerdings noch zusätzliche Bauteile (5-pol Cauer Filter)

73,Edwin DC9OE

PS. ich warte gerade auf die Wasserpumpe um endlich einen Prototyp bauen zu können - die ist nur gerade mal nicht lieferbar.... irgendwas fehlt immer...