Kategoriarkiv: Byggprojekt

Tåligare bandpassfilter

Smoke testen av bandpassfiltren för några dagar sedan visade på två svagheter i konstruktionen. Dels överslag i kopplingskondensatorn mellan de båda kretsarna och dels att det bildades koronaurladdning i de öppna ändarna av koaxialkablarna som används som kondensatorer.

Morgan SM6ESG hade vänligheten att skicka mig en bit 0,5 mm Teflon som nu används som dielektrikum och isolator mellan de båda kondensatorbeläggen.

B43

Det övre kondensatorbelägget består av en 1 mm tjock kopparremsa 6 x 30 mm som bockats till så att det ligger dikt an mot Teflon-filmen. Genom att bocka upp änden av remsan gick det lätt att justera in kapacitansen och passbandets frekvensgång.

Koaxialkablarnas båda ändar anslöts till spolen. Kapacitansen blir den samma. Detta löste problemet med korona-urladdningarna.

Konstruktionen känns mekaniskt stabil och en improviserad ”drop test” där 21 MHz filtret släpptes 8 gånger i det hårda golvet från 1 m höjd medförde bara en ytterst liten frekvensflyttning av passbandet som i praktiken är helt betydelselös.

Om fler filter skall byggas så finns det flera saker som kan förbättras när det gäller mekaniken. Men det får anstå till en annan gång. Slutdata blev att filtren täcker hela frekvensbanden på 14, 18 och 21 MHz med 0.6 – 0,7 dB genomgångsdämpning. Band till band dämpningen t ex 14 och 21 MHz är 33-35 dB vilket också får anses vara bra för ett simpelt två-krets filter. Dämpningen med ett band emellan t ex 21 och 14 MHz är drygt 50 dB.

B44

Innan filtren skruvades ihop en sista gång (?) så gjordes en ny tålighetstest med det lilla slutsteget. Effekten ökades från c:a 100 watt tills drygt 600 watt kontinuerlig bärvåg utan att rök och blixtar uppenbarade sig. Jag stannade vid 600 watt för att slippa reparera filtren om det t ex blivit överslag inne i koaxialkablarna. Det finns ju gränser. Därefter lades 500 watt kontinuerlig bärvåg på i 1 minut. Koaxialkablarna kändes något varma medan spolarna var skållheta så man skulle kunna grilla korv i dem. Några minuter till så hade förmodligen lödtennet smält och runnit ur. Men åter igen. De cirkulerande strömmarna i kretsarna är väldigt höga så inget konstigt med det.

Samma test men med 100 watt gav betydligt lägre temperatur. Spolen blev halvvarm efter några minuter och koaxialkablarna likaså. För 50 watt som blir max sändareffekt bör marginalerna vara tillräckliga.

/Bengt

 

 

Bandpassfilter för 21 MHz klart

Idag anlände kapslingarna och eftermiddagen har ägnats åt att bygga ihop ett bandpassfilter för 21 MHz. Tanken från början var att ha tre filter i samma kapsling. Vid närmare eftertanke blir det mer flexibelt med separata filter och så får det bli. Dessutom visade det sig att de kondensatorer som behövs måste tåla höga spänningar och hög ström. Förutom att sådana komponenter är dyra så är de också stora. Men det löste sig på ett annat sätt.

B32

Bandpassfiltret är inbyggt i en plastlåda. Här kan man fundera lite på om en metallåda hade varit bättre. Kanske i det fallet flera transceivrar står nära varandra i samma rum men knappast om avståndet är några meter eller mer.

B33

Lådan består av en låg bottendel där filtret är uppbyggt på en bit kopparlaminat som jordplan. Det ger god åtkomlighet vid intrimningen. Dessutom påverkar inte plastkåpan resonansfrekvensen vilket också underlättar vid optimeringsprocessen. BNC-kontakterna skulla kunna monteras i botten men jag valde gavlarna i plastkåpan istället.

 

B34

Istället för ”vanliga” högspänningskondensatorer valde jag en måhända mer ovanlig metod att realisera högvärdiga kondensatorer. Teflonisolerad koaxialkabel med ytterdiameter 2,5 mm har 1 pF/cm kapacitans. Till 21 MHz filtret behövs därför 2 x 63 cm koaxialkabel. Generellt gäller att flera kortare bitar är bättre än en lång när det gäller Q-värdet. Intrimningen går till så att två små trimkondensatorer i parallell med lämplig fast kondensator ansluts temporärt. När resonanskretsarna ligger rätt löds kondensatorerna av försiktigt och kapacitansen mäts upp. Därefter klipps koaxialkabellängderna till och justeras in till exakt samma kapacitans. Löd fast och det stämmer mer eller mindre exakt. Jag gjorde en av kablarna ett par cm (pF) längre för att ha trim-mån.

Det korta ”röret” mellan spolarna är en bit SemiRigid som utgör kopplingskondensator. Även här blir ruggigt hög HF-spänning och en trimbar 0,5-2 pF kondensator är inte en lätt sak att få tag på. Den korta blanktråden är en variabel kondensator på några tiondels pF. Underlättar vid fintrimningen på slutet.

B35

En sak som alltid är lite tricky är att finna exakt rätt inkopplingspunkt på spolen. I prototypfiltret visade det sig att c:a 1,5 varv gav lägst genomgångsdämpning. Dock är positionen kritisk och det går inte att dra ut ledningen till koaxialkabeln/kontakten hur som helst. Beroende på vilken sida om spolen och om ledningen går ut från insidan eller på utsidan så får man helt olika resultat. Ett sätt att göra insättningspunkten trimbar är att göra en liten trådbygel som sedan kan böjas åt ena eller andra hållet för att på så sätt finna optimal kopplingsgrad. Detta trick har jag provat förr i andra konstruktioner och det är mycket effektivt.

B36

Resultatet blev ett bandpassfilter som täcker 21,0 – 21,450 MHz med -0,65 dB genomgångsförluster mitt i bandet och -0,7 dB i bandgränserna. Markör 2 och 4 visar att filtret dämpar 30 dB på 18,1 resp 24,9 MHz. Markör 1 visar 46 dB dämpning på 14,1 MHz. Filtret är svagt överkopplat för att täcka hela 21 MHz-bandet med lägsta möjliga förluster. Det går att minska kopplingskapacitansen mellan spolarna och optimera filtret för t ex 100 kHz i telegrafidelen med bibehållna -0,65 dB genomgångsdämpning men där 18,1 och 24,9 MHz åker ner c:a 8 dB vilket skulle ge -38 dB.

B37

En närmare titt på passbandsdämpningen. Centerfrekvensen är 21,250 MHz och diagrammet visar 500 kHz på varje sida och med 0,5 dB/ruta. Markör 1 och 3 visar bandgränserna 21,0 resp 21,450 MHz. Markör 2 är 21,250 MHz. Man kan se att dämpningen är under 1 dB c:a 100 kHz utanför bandet på båda sidor. Det borde vara tillräcklig marginal.

Innan jag bygger ihop de andra filtren för 14 och 18 MHz skall det här filtret tålighetstestas med hög effekt och även vid dåligt SVF som man ju kan få i verkligheten när det sänds på fel antenn eller något annat är galet. Det är här det behövs stora marginaler eftersom HF-spänningarna kan bli extrema. Man kan läsa på nätet om hur de dyra contestfiltren från t ex Dunestar havererat och kikar man på konstruktionen m fl kommersiella filter så ser man att komponentvalet oftast är lite väl snålt tilltaget. Tåliga komponenter är dyra och stora.

/Bengt

Strömdrossel för 3.5 – 28 MHz

För att isolera bort matarkabelns inverkan på SVF och även dämpa ledningsbundna störningar från t ex switchade nätdelar och datorer som tar sig ut till antennen via matarkabeln så behövs effektiva strömdrosslar.

Två sådan har skruvats ihop idag under tiden jag väntar på leverans av kapslingar till bandpassfiltren som också är på gång.

Strömdrosseln består av 7 varv 2,5 mm Teflonisolerad 50 ohms koaxialkabel lindad på en ferritkärna av NiZn som är ett material som täcker ett brett frekvensområde. Kärnans mått är 19 x 51 mm och hålet 11,5 mm.

B25

Bilden ovan visar uppmätning av strömdrosseln i en 50 ohms testjigg. Skärmen i varje ände är ansluten till BNC-kontakternas mittstift och innerledaren i den vita Teflon-kabeln hänger i luften.

B26

Dämpningen är som högst kring 9-10 MHz där nästan 40 dB mättes upp. Det motsvarar ungefär en impedans av 10 k. Genom att minska varvtalet till 4-5 varv så flyttas minimum upp i frekvens samtidigt som dämpningen på de lägsta frekvenserna minskar. Med 7 varv fås en god kompromiss där strömdrosseln täcker alla band mellan 3,5 – 28 MHz med mer än tillräckligt hög impedans för alla praktiska behov. Genomgångsdämpningen i koaxialkabeln är c:a 0,1 dB vilket är försumbart.

B27

Så här ser lindningen ut. Första och sista varvet passerar genom två Pertinax-rör som håller isär kabeln. På så sätt minimeras den oönskade kapacitiva kopplingen mellan in- och utgångssidan vilket gör att impedansen kan hållas relativt hög på den höga delen av frekvensområdet. Med rören vinner man c:a 5-10 dB samtidigt som rören gör att lindningarna fixeras mekaniskt.

B28

Koaxialkabeln hålls på plats med vaxat snöre och en bit tejp. Om varven ”släpps lösa” så blir dämpvärdena/impedansen lite hur som helst och varierande. Lindning enligt bilden ovan gav bästa resultat.

B29

Som kapsling används 32 mm PVC-rör. Ändstyckena är svarvade i Acetalplast (Delrin).

B30

Sedan är det bara att löda ihop sakerna och trycka in en bit hård skumplast mellan ferriten och insidan av röret. Detta för att minska risken för att ferriten spricker om strömdrosseln skulle tappas. Ferrit är ett skört material.

B31

De två färdiga strömdrosslarna klara att användas. Sådana här kan komma till nytta i många situationer och är väl värda att offra en kväll på. Sak samma med testjiggen med de två BNC-kontakterna på flyttbara vinklar. Jiggen används ofta till många olika sorters mätningar och laborationer.

/Bengt

Att tillverka spolar

Labbprototyperna till bandpassfiltren är nu utvärderade och konstruktionen i stora drag klar. Ett antal spolar för 14, 18 och 21 MHz har tillverkats och mätts upp. Mekaniken är på gång.

Att tillverka spolar är i grunden en ganska okomplicerad process. Linda önskat antal varv koppartråd på en stomme. Klart.

När det gäller spolar till bandpassfilter så bör de dimensioneras för att tåla sändareffekten utan att bli allt för varma liksom de måste ha högt Q-värde för att hålla nere genomgångsförlusterna samt få tillräckligt hög selektivitet. Här får man söka efter en bästa kompromiss. Alla parametrarna kan inte optimeras på en gång.

B21

Ett antal testspolar tillverkades för att finna optimalt antal varv och stigning. Spolarna provades med hjälp av Boonton Q-meter Type 260-AP. En gammal trotjänare tillverkad på 50-talet men trots sin höga ålder ett otroligt lätt- och framförallt snabbjobbat instrument som ger alla de svar man behöver veta. Samma mätningar kan utföras på HP8753D Nätverksanalysator men Boonton är snabbare och betydligt mer bekväm. Här kan man dessutom läsa av parallellkapacitansen som behövs för att få resonans vid önskad frekvens. Genom att skruva hit och dit får man ett hum om både det ena och det andra.

B22

Spolen som skall provas ansluts till skruvterminalerna via två kopparremsor. Sedan är det bara att ställa in instrumentet på önskad frekvens och justera till max utslag på visarinstrumentet samt läsa av Q-värdet på en skala. De spolar som tillverkades visade Q-värden kring 360-370 när avståndet mellan varven och varvtalet optimerats.

B15

Att linda spolar kan man göra för hand eller i svarven som på bilden ovan.   Jag använde en lindningsstomme av 20 mm plaströr där 2,5 mm koppartråden först sticks igenom stommen som bilden visar.

B16

Sedan körs svarven på låg hastighet eller dras fram manuellt medan man håller tråden hårt spänd. Det är i detta skede viktigt att tätlinda hårt även om spolarna skall göras glesa i ett senare skede.

B17

Jag lindar alltid några extra varv så att ändarna blir litet längre och lättare att hantera. Här klipps spolen loss från den temporära lindningsstommen.

B18

Spolarnas innerdiameter är 20 mm och det behövs 6 spolar. Två av varje med 10, 12 resp. 14 varv.

B19

Nästa steg är att sprida varven. Enklast görs detta genom att ”skruva igenom” spolen kring en skruvmejsel eller annan rund pinne med lämplig dimension. Med 3,5 mm skruvmejsel så blev färdigt avstånd mellan varven 2 mm. Det är en god ide att sedan dra ut spolen en liten aning för att sedan åter trycka ihop den. På så sätt minskar man på de mekaniska spänningarna i spolen.

B20

Här justeras längden i så att båda spolarna i filtret får rätt och samma induktans.

B23

Alla 6 spolarna klara och försedda med lödöron för M4 skruv i ena änden. Lödöronen behövs för att få god mekanisk hållfasthet och utöver detta så kommer spoländen att lödas fast i jordplanet för att få en låg resistans.

Nästa steg blir att montera spolarna på ett jordplan av kopparlaminat och därefter ansluta kondensatorerna att koppla ihop komponenterna.

/Bengt