Murata logo van PE1ABR Kokusai logo van PE1ABR Murata logo van PE1ABR - onder deze zit de grote versie Kokusai logo van PE1ABR - onder deze zit de grote versie Murata logo van PE1ABR Kokusai logo van PE1ABR


De ontwikkeling van een test- en meetplek voor 455 kHz middenfrekwent filters.
(c) PE1ABR
  flag
English?




Hier volgt een lang relaas over het ontwerp traject om tot een prima werkende meetopstelling te komen om 455 kHz middenfrekwent filters zeer nauwkeurig te meten. Tot op wel -100 dB diep nauwkeurig !! Met nieuwe ontwikkelingen zelfs ruim daaronder. Dit naar aanleiding van de wens om een extra middenfrekwent buffer trap te bouwen om een bestaande professionele ontvanger extra filters te geven die in cascade komen met de bestaande. Hiermee moest de flankstijlheid sterk vergroot worden en de veraf onderdrukking minstens 30 tot hopelijk 40 dB verbeteren.

Omdat fabrikanten filter-specificaties soms met een korrel zout genomen moeten worden, moet het vooraf wel erg duidelijk zijn wat reële filter prestaties zijn. Er staat nl. bij sommige fabrikanten in de filterspecificaties NIET hoe zo’n filter werkelijk presteert, maar wel wat de GRENSwaarden zijn, waarbinnen de filter specificaties moeten liggen.

Een 4 kHz Murata (de CF#455IT serie, voor # lees de W, M of K) staat omschreven als zeker niet smaller dan ± 2 kHz, bedoeld is dan om te beginnen: 4 kHz totaal. Wel, exact 4 kHz, dat zijn ze zeker NIET! In werkelijk zijn de filters uit de IT serie allen rond de 6,3 à 7,2 kHz bij -6 dB. De Murata HT serie is een stukje breder en staat omschreven als niet smaller dan 6 kHz, in werkelijkheid zijn deze gemeten als 7,5 à 8,7 kHz exact!

Ook zijn sommige filter series tot wel 1 à 1,5 kHz scheel, hiermee bedoel ik ”uit het midden”, verschoven dus van 455.000 Hz precies. Dit is alleen een probleem in combinatie met andere (omschakelbare) filters. In een IF-strip met slechts 1 filter merk je dit niet. Opmerking: ik heb er eentje gevonden die exact 1,5 kHz te hoog is. Zou voor een speciale USB toepassing kunnen zijn.

Het blijkt dat een selectie van twee goedkope filters uit bovenstaande Murata series (eveneens de SFR455H filters die niet al te "krom" zijn gebleken na een meting), ook weer in cascade geschakeld, prachtige totaal resultaten oplevert voor een fractie van de prijs van een veel duurder filter die dat in 1 keer doet! En met een veel betere veraf onderdrukking. Ook het totale verlies is vergelijkbaar. Zie mijn onthutsende meetresultaten. Alle andere gelijmde gele multi-blokjes, of versies met slechts 3 pootjes, zijn dijenkletsers moet je maar ver (links) laten liggen. Ik koop mijn goedkope SFR455H filters bij Kent Electronics.

Met het hoger worden van de prijsklasse voldoen filters overigens steeds beter aan de specificaties! Bovenstaande Murata voorbeelden zijn goedkopere consumenten versies. Dure kristal of mechanische filters geven prachtige meetresultaten overeenstemmend met de omschrijving. Zie een getest splinternieuw exemplaar van INRAD / Collins. Hoewel de firma JRC er lang geleden ook wel eens "een potje van maakte" in de specificatie omschrijving....



Uit een oud JRC NRD-515 handboek van ruim 30 jaar geleden, hier de specificaties van het duurste ”300 Hz” CW kristalfilterblok CFL-230 (YF455DPB): -6 dB, meer dan 260 Hz, -60 dB, minder dan 2 kHz. Staat leuk als bladvulling, maar is weinig zeggend en onthullend. Alsof je bij een garage vraagt naar de maximum snelheid van een nieuwe auto: minimaal minstens 75 km per uur, maar zeker niet meer dan 300 km/uur. Met andere woorden dat klopt altijd, maar liever had je het iets nauwkeuriger gezien. Meerdere van die JRC YF455DPB exemplaren heb ik gemeten, resultaat bij -6 dB altijd in de buurt van de ± 330 Hz, en bij -60 dB: 1423 à 1468 Hz. Dit laatste is helaas gewoon erg slecht, minder dan 700 Hz was hier beter geweest, hoewel het in dit geval perfect valt binnen de vroegere vage omschrijving. De vormfactor (Shape), dit is de 60dB/6dB verhouding, is bij allen boven de 4!! Voor goede dure filters is lager dan 2 sterk aanbevolen, anders klopt er iets niet. In die tijd was nog niet echt sprake van digitale wijdbeens filters met goede aangepaste groepslooptijd. Voor RTTY was toch weer een ander breder filter noodzakelijk (600 Hz, de rode grafiek). Dit (nu pas ontdekte) tegenvallende filter CFL-230 is door JRC indertijd snel vervangen door het type CFL-231 (YF455FM) voor alle ontvangers na de NRD-515. En de CFL-230 was niet meer verkrijgbaar.
Na al mijn metingen begrijp ik nu waarom!

JRC CW FILTER CFL-230 (YF455DPB) KENWOOD CW FILTER YG-455CN-1
JRC CW FILTER CFL-230 (YF455DPB) KENWOOD CW FILTER YG-455CN-1
In een PDF met 3 velletjes In een PDF met 3 velletjes

In het verhaal hierboven gaat het hem om de groene curves in beide plaatjes.
De rode lijnen zijn op beide plaatjes een (verschillend) 600 Hz Kokusai mechanisch filter.

Een nogal tegenvallend JRC CW-filter resultaat dus. Zie ook het JRC verhaal op deze plek:

http://people.zeelandnet.nl/wgeeraert/index515.htm#cwfilter

Een goed gelijkwaardig ”250 Hz” CW kristalfilterblok voorbeeld (overigens uit dezelfde NDK fabriek, met exact dezelfde maat en vormgeving) is de Kenwood YG-455CN-1 (let op: met extra N !!) : gemeten bij -6 dB: 292 Hz, en bij -60 dB: 471 Hz. Resulterende shape factor = 1.61. Dat is nu wel echte klasse!! Vergelijk deze gemeten 471 Hz bij -60 dB maar eens met de Kenwood foldergegevens. (bij het toepassen in de NRD-515 heb je nog 2 impedantie aanpassing en isolatie trafootjes of ringkerntjes nodig)

Bij Kenwood staat nl. in de folder: -6 dB: < 250 Hz en -60 dB: 480 Hz, vrij exact dus.

Dit alles is dus zelf vrij precies te meten zonder dure netwerk analysers! Vanzelfsprekend met de juiste dump spullen en wat hobby soldeerwerk voor een aanvullende buffer versterker.



Tevens hadden een aantal ontvangers (o.a. 4x JRC NRD-515) last van sterk teruglopende prestaties (extra 6 - 15 dB verzwakking!) van de luxe Kokusai mechanische filters door het verteren van de inwendige schuimfolie tot een plakkerige rubberachtige (demp !!) massa. Wat is de prestatie voor en na een (hopelijk niet destructieve) schoonmaak en herstel beurt.
Op deze site-plek is daar ook e.e.a. van terug te vinden. Zie:

http://people.zeelandnet.nl/wgeeraert/index515.htm#kokusai

Dus alweer: Een goede meet en test opstelling voor 455 kHz filters was ook hier nodig.

Een selectie van drie plaatjes uit een aantal Kokusai schoonmaakbeurten (klik om te vergroten):

Kokusai 600 Hz filter Kokusai 2.4 kHz filter
600 Hz uit de NRD-515 - Voor de schoonmaak
© by PE1ABR
2,4 kHz uit de NRD-515 - Na de schoonmaak
© by PE1ABR

Hierboven staan 2 verschillende filters, de ene is het 600 Hz type (die is nog vuil door verteerd schuim) de andere is het 2,4 kHz filter (en die is net gewassen met aceton, isopropylalcohol of thinner, voorzichtig met een wattentipje...., en voorzien van nieuw schuimplastic!).
Let ook op de filter-constructie details: de dikte van de schijfjes en het aantal ervan!!
Vergelijk dat met de 600 Hz en 2,4 kHz breedte.

 
Kokusai 2.2 kHz filter voor ICOM
2,2 kHz uit een ICOM
© by PE1ABR

Behalve mechanische filters met plakjes of schijfjes zijn er van Kokusai (en Collins) ook met staafjes.
Hier een voorbeeld van een 2,2 kHz Kokusai filter gemaakt voor ICOM.

 
------------------
ontwerpslag 1
------------------

Een eerste (haastige) test is gedaan met een gewone LF signaal generator en een gevoelige Leader LF millivolt meter die nog net bruikbaar is tot 500 kHz. Een eenvoudige breedband meting dus met een toevoerspanning van slechts 20 à maximaal 25 milliVolt. De 10 milliVolt aan de uitgang is aanbevolen in een enkele fabrikant specificatie (meestal iets totaal anders, of helemaal niets), dit gegeven is echter soms ver te zoeken.....
zie ook ***1)

Op de LF-millivolt meter is kleiner dan 0,1 mV ( = -40 dB) op het laagste 1 mV bereik nog prima afleesbaar! Als de net-brom invloed het toelaat... Dat valt dus helaas tegen...

Hoewel.... ver naast de -6 dB doorlaat smokkelen we wat met uitschakeling van 1 of twee -10 dB netwerkjes aan de ingang. Hierdoor halen we toch makkelijk de -40 dB......

In eerste instantie was er geen 1/10 probe voor de millivoltmeter beschikbaar, omdat de ingangs-Z daarvan 10MΩ is i.p.v. standaard 1MΩ, dus een extra 1,1MΩ terminator is nodig bij de millivolt meter ingang om daar toch standaard oscilloscoop probes toe te passen. En een passende HF afregeling.... Door de extra probe nog een extra negatief 1/10 effect op het signaalnivo. Een eerste haastige test is daarom ook direct met x1 probes gedaan, maar dat is eigenlijk hardstikke fout..... De totale parasitaire C van een x1 probe en meter input samen is minstens 125 pF, dat is helemaal niet goed dus....!!

Eigenlijk is alleen de top van de doorlaatcurve (-6 dB schatting) hierdoor (onbetrouwbaar) meetbaar en nog lang niet "diep" genoeg om zelfs maar -60 dB te halen. De gemeten breedtes kloppen overigens wel ongeveer, maar de top is nu anders (puntiger) van vorm en ook kleine rimpels ( < 2 dB) komen niet "uit de verf" door de foute capacitieve belasting.

  ***1)
Wat verwarrende achtergrond info.
In veel (de meeste) datasheets staat NIETS aangegeven betreffende het signaalnivo om het filter te meten.
Bij Murata staat in veel gevallen (als het niet weggevallen is) tegenwoordig 0 dBm ( = 224 mV ) uit een 50 ohm HF-generator impedantie. Voorheen NIETS.
Ook kwam ik -20 dBm tegen = 22,4 mV over 50 ohm in een R&S IF-filternetwerk test-setup. 0 dBm (224 mV) is een stuk makkelijker om mee te meten, maar dit vrij hoge signaalnivo komt nooit voor in de IF trap rond de filters.
In andere (oudere) materiaal documenten van Murata wordt weer een LF generator gebruikt met een 600 ohm bron. Dan heeft men het daar dus over 0 dBm bij die 600 ohm Z ( 1 milliWatt) en dat komt weer overeen met een spanning van 775 millivolt eff. Wat is het nu eigenlijk?
Bij -20 dBm (22,4 mV) toevoer gaat (bij Rin = Ruit) de helft verloren, dus komt er ongeveer 10 mV uit in de meting. Dit is aangehouden als een meer praktisch (reëel) en nooit destructief nul-nivo, maar een stuk lastiger om te meten...

De upgrade van de buffer, versie 4, is nu af. Hierin is de gain schakelbaar tussen 10x en 100x (+20dB / +40dB) voor uiteindelijk dezelfde uitgangsspanning van 1 Veff. Komt overeen met 200 - 250 mVeff module ingangsspanning voor robuuste filters / of 20 - 25 mVeff in voor kwetsbare (mini of SMD) filters. In de lage gain stand is op de "filtervloer" toch voor extra gain te kiezen. Daarmee kun je in de 10x meting (gain staat dan tijdelijk op 100x) uiteindelijk tot -120 dB diep meten!!

------------------
ontwerpslag 2
------------------

Een input buffer en voorversterker is nodig, geen 1/10, maar in plaats daarvan bijv. x10, en tevens voorzien van een zeer lage Z-uit zodat we geen last hebben van de kabel capaciteit naar de meter. De meter wordt door de lage Z aan de ingang ook weer minder brom gevoelig.

Daarop volgende testen met een FET buffer en emittervolger met totale versterking = 10 gedaan. De standaard filter ballast-R moet de totale Z bepalen, NIET wat er extra nog aan vast zit aan probes. Ook al is de voorversterker voor HF (nou ja, 455 kHz), dikke elco’s blijken nodig om LF gestommel en LF-ruis aandelen uit de buffer te onderdrukken. Wat wil je.... met 1 millivolt bereik volle schaal (die dan 0,1 mV aan de filteruitgang aanwijst!!)!

Een eerste ontwerp versie is afgekeurd vanwege teveel LF gestommel en ruis..... Zonder de 1000uF elco zelfs in extreme mate!

  afgekeurd vanwege teveel LF gestommel en ruis



Hier zaten "standaard" versterkertrappen in met enkel locale terugkoppeling, dus zonder sterke negatieve terugkoppeling over meerdere trappen samen, nl: een losse input FET buffer met een beetje versterking, een teruggekoppeld trapje aanvullend tot x10 en een los trapje daarna met een standaard emittervolger en stroombron in de emitter als ballast (geeft ook al meer ruis??).

Dit ontwerp is toch al jaren in gebruik als buffer na een oscillator en in een inbouw teller schakeling in een ontvanger, signaalnivo aldaar is echter 200 mV. Maar hier voldoet het blijkbaar niet, de signaal nivo’s zijn hier blijkbaar veel te laag............
Een tweede ontwerp variant gemaakt met 2 vaste sterk teruggekoppelde losse trappen met elk 2 torren/fets. Dus heel veel versterkings reserve ”weggewerkt” in de terugkoppeling. Overblijvende doorgaande versterking = 10x (nog steeds).

  versterking = 10x

 
In Rosmalen een zeer oude Wandel und Goltermann (W&G) SPM-2 (met antieke AF118 en OC47 "geraniums")   gevonden en met de nieuwe buffer in breedband mode direct op een nette belastings manier tot -30 à -40 dB kunnen meten. Stuursignaal nog steeds uit een losse LF generator.

Ook hier beperkt toch weer de breedband ruis al snel de diepte van de meting.

De nu aanwezige smalband meet mogelijkheid (SPM-2 breedte: -3 dB < 250 Hz , -6 dB 360 Hz!!) gaat echter alleen prettig als er een meelopende tracking generator aanwezig is. Deze optie bestaat niet, hoewel, met interne oscillator uitvoer naar buiten en extern mixen met 650 kHz niet onmogelijk is. Niet gekoppeld, dus twee losse eenheden afstemmen, is veel te lastig gebleken.

 
------------------
ontwerpslag 3
------------------

Een W&G SPM-3 setje opgedoken via een kennis (DANK!!) met aparte meelopende tracking generator PS-3.
Nogmaals Dank!

Is nog smaller in de afstemming ( -3 dB = ongeveer 100 Hz, bij -6 dB 175 Hz !)

Nog steeds een oudere versie ervan uit het "geranium" tijdperk, maar veel geavanceerder dan de SPM-2.
Heeft extra LF-versterkertrappen in selectieve mode en kan daardoor 30 dB dieper meten!

Eerst verder gegaan met dezelfde breedband meetschakeling als met de SPM-2, alleen iets dieper meten nu mogelijk. Ook hier beperkt de ruis bij eerste toepassing in breedband mode de mogelijkheid om dieper dan -50 dB te meten. Het stoornivo zit hier op -60 à -70 dB. Doet me denken aan het stoornivo van oude cassette speler /bandrecorder versterkers. Ook daar was het ruis en stoornivo niet oneindig laag te krijgen....... M.a.w. dieper gaat gewoon niet goed in breedbandmode met eenvoudige niet zo ruisarme voorversterkers.

Zeer smalbandig meten moet dus (om de ruis verder te reduceren), en dat kan nu ook makkelijk doordat ik er een bijbehorende meelopende tracking generator bij gekregen heb. Helaas werkte het SPM-3 setje in eerste instantie niet goed.....

Na 2 weken prutsen waren de problemen met de SPM-3 input schakeling (Z/Ohm schakelaar mechanisch defect en input Z opgeblazen, en een draadje van een potkern trafo afgebroken)   en de foute afregeling van de tracking mixer in de generator opgelost. Dwz, de SPM-3 werkt nu, maar alleen in de 5 KOhm ingangsweerstand stand. Helemaal geen probleem. De LF millivoltmeter wijst exact hetzelfde signaalnivo aan bij bijv. 10 of 100 mV, dus dat geeft vertrouwen. Ook lang bezig geweest om passende mooie verloop connectors te maken naar BNC norm.
Zie daarvoor een aparte sub-pagina.

Het diepste selectieve meetbereik is nu (volle schaal) -80 dB, afleesbaar tot -100 dB is mogelijk. Deze dB waarden zijn dan wel gerelateerd aan het ingangs bereik van 1 V = 1000 mV (ingangsspanning)! De meetspanning voor standaard IF filters is echter in mijn geval slechts 10 milliVolt uitgangs spanning maximaal, m.a.w. de 10x bufferversterker geeft slechts 100 milliVolt af... Dus eigenlijk nog 20 dB te weinig.

 

Gain van de buffer is nu dus 100x bij 4M7 input Z

Derde versie van de versterker / buffer module. Totale versterking = 100x, in te stellen met de potmeter op ongeveer 2/3.
 

Na een aantal testen en knoei aanpassingen (in dode kever techniek) de buffer en versterker voor de derde keer gebouwd..... Nu met 3 sterk teruggekoppelde trappen en ook nog wat versterkings reserve, en een multiturn afstellings potmeter voor exacte 100x instelling. Om rare oscillatie terugwerking te voorkomen is de versterkings instelling NIET via terugkoppeling gedaan en een beetje simpel gehouden. Gain van de buffer is nu dus 100x bij 4M7 input Z bij een para-C van 10 à max. 12 pF wanneer gemonteerd op een printplaat experimenteer meetstrip. GEMETEN!! (extra serie R van 4M7 - identiek aan R-in - met parallel een trimmer C: C terugdraaien tot 50% t.o.v. een overbrugging van die C. Gemeten bij 455 kHz. C-trimmer is dan gelijk aan de input C)
Rockwell / Collins staat een maximale C, inclusief alle para's, toe van 30 pF aan zowel de in- als uitgang.

 

Hola! wat merk ik nu weer!! Zonder gemonteerd filter hoor ik nu plots voedings ratel bij een LF ”luistertest” met een LF-signaalvolger. De massa van de voedings adapter (±18 V DC ongestabiliseerd uit!) mag blijkbaar NIET direct aangesloten worden op de massa van het blikje met de buffer!!

Een foute massa AARDLUS geeft een verhoogd ratel stoornivo van de adapter door. En toch zaten er al HF ontkoppel C’s over de gelijkricht diodes. Dus letten op voedings aarding intern en GEEN aardlussen. Ook dat weer aangepast, min van de voeding gaat nu door een extra doorvoer C-tje en de voedings massa wordt nu gescheiden gehouden tot bij het 7812 massapunt en de locale ontkoppel C’s in het buffer doosje: ratel opgelost !

 

Een kijkje in het doosje
Een inkijk in versterker module versie-3
 

Ook hier zijn nog steeds turbo elco’s nodig op de 12V voeding om LF-gestommel te onderdrukken, in ieder geval om "motorboot" effecten tegen te gaan. Ook heb ik 2,2 uF tantaal elco’s als koppel-C tussen de trappen toegepast om deze aan de ingang te koppelen aan een lage impedantie en daarmee LF-"rustig" te houden. Zelfs een ”grote” C aan de FET-ingang, hoewel het daar zinloos lijkt, werkt eveneens rustgevend op het LF gestommel en de brom­gevoeligheid van die ingang!

Vanzelfsprekend hier en daar een stop weerstandje. Ook: één van de uitgangs koppel C’s (naar de gain potmeter) toch extra laag gehouden (kantel ± 1500 Hz) om brom spanning uit de meetresultaten te houden en daardoor oversturing tegen te gaan. In de versterker is het nl. nog NIET selectief!

Ook moet de laatste eindtrap de nodige uitstuur reserve hebben en symmetrisch kunnen vastlopen, omdat 1 V effectief al bijna 3Vtt is. En dan liefst nog een voltje of wat meer reserve....

 

De meet opstelling
En hier is alles aan elkaar geknoopt...

 

De meetmodule
Nog een mooi plaatje van de oudere versie-3 met de open constructie.
Toch werd makkelijk een bodem van 80 a 90 dB gehaald!
Nu volledig dicht en afgeschermd.

 

De meetmodule
Na zo’n 50 metingen met versie-3 zijn de klodders tin al wat groter.....
Ook een inkijk in het versterker doosje.

 
---------------------------------------------------------------
ontwerpslag 4 ===> ook versie 3 met een update
---------------------------------------------------------------

Na 2 jaar metingen en meer internet zoekwerk, de volgende ontwikkelingen.
In de laatste datasheets van Murata staat plots 0 dBm i.p.v. helemaal niets wat betreft het signaalnivo. Dat is 10x meer dan ik nu aanhoud (250 mV module in i.p.v. 25 mV). Helaas staat er weer niet bij of dit 0 dBm is voor LF 600 ohm meetapparatuur, of voor 50 ohm. Kleine (voornamelijk SMD) filters moeten of op 0 dBm of liever op maximaal -10 dBm gemeten worden. In de 4e versie houd ik de 100x versterker aan = 40dB gain (waarom blijkt zodadelijk), maar ook met de nieuwe mogelijkheid om 10x gain in te stellen, komt overeen met 20dB. Voor 50 ohm-Z dus 2 mogelijkheden: met 100x gain meten op -20 dBm ( 20 - 25 mV in, 10 mV filter uit) of 0 dBm ( 200 - 250 mV in, 100 mV filter uit). Uit de versterkermodule komt dan altijd 1000 mV. Truc speciaal: in de 10x stand (250 mV in) is bij erg lage nivo's dan toch om te schakelen naar 100x gain. I.p.v. maximaal tot -100 dB diep te kunnen meten kun je dan plots -120 dB halen! Na de bouw van de 4e versie in de huidige opzet blijkt dit alleen theoretisch te kunnen..... Er is teveel HF lek in de open constructie, waarvan onder de -80 a -90 dB de invloed al sterk merkbaar is. De kriebels in de bodemlijn van de curve worden dus voor de helft bepaald door de lek en de andere helft door wat door het filter heen komt. ( fase / vector som!!)

Maar met drie combi aanpassingen blijkt dat het leknivo wel 20 dB terug te dringen is.

1) de hoek met de BNC connector moet helemaal potdicht.

2) het filter dat getest wordt moet 100% afgeschermd worden van de buitenomgeving, dus of een goed geaard printplaatbakje eroverheen, of een dubbele koperfolie flap die over elkaar heen dichtgevouwen wordt.

3) dat was nog niet goed genoeg: ook de erg korte draadjes naar en vanaf het filter lekken naar elkaar, er moest tussen de bodem en de afschermbak/flap nog een schotje tussen IN- en UIT-gang.
Totaal effect: er kan toch ruim onder de -100 dB gemeten worden, de parasitaire vloer is 20 dB gezakt.

Deze aanpassingen zijn toegepast in de nog steeds gebruikte versie 3 (upgrade 2) en versie 4 met omschakelbare gain, die dus toepasbaar is tot -120 dB. Met het in acht nemen van de beperkingen door enige rest lek.
Dit alles ( -120) t.o.v. het nulnivo van 1 Volt op de SPM-3 en een filter uitgangsspanning van 100 mV.
Wat is nu het verschil tussen 2 metingen met HF-lek en hetzelfde filter "zonder" (20 dB lagere) HF-lek?? Dit is alleen te zien met een filter of combi die onder de -100 dB uit kan komen... Bijv. een cascade test of een erg goed filter.
Met lek is de bodem curve vloeiender/meer golvend, met 20 dB minder lek veel grilliger. In de cascade test in de afgeschermde versie 3 zie je niets, je zit al op -100 dB! In versie 4 (met extra gain aan) zie je met lek dus wat golvingen. Hoe een beetje lek?? Lek is hier alleen aanwezig door het weggelaten tussenschotje! "Zonder" lek (nou ja, minimale lek) zie je weer iets van de grillige afzonderlijke valse piekjes van de apart gemeten filters, maar erg ver beneden..... deep down..

Hier de controle test met in de ene wat HF lek, en de andere 5 a 10 dB lagere lek door het extra tussenschotje. De module-4 versie.
En hier de oude meting in module 3 met veel meer lek. Rechts onder in de 2 afzonderlijke curves van filter 3 en 4 (rood en groen) zie je aparte kriebels en sprongen. In de combi/cascade met "minder" lek hierboven zie je daar toch weer iets van terug.

 

De meetmodule
Klik voor een grotere versie

Hierboven een detail opname van de laatste HF-lek afscherm aanpassingen in de 3e bouw versie.
Met de dubbele koperen "dakpan" dus en de BNC sectie helemaal dicht. Ook met een extra schotje tussen IN en UIT.
Je ziet een duo-test met 2x de SFR455H op een speciaal hulpprintje. De montage pinnetjes hebben dezelfde layout als een groter en duurder Murata filter.

 

De meetmodule
Klik voor een grotere versie

Hier een detail opname van modulebouw 4, met nog niet veel klodders, ook hier met het laatste HF-lek afscherm schotje. Geen dubbele koperen "dakpan" erbovenop, maar een speciaal afscherm bakje. Ook de BNC is afgedicht.
Je ziet een duo-test met 2x de CFW455IT op een speciaal hulpprintje.

 

De meetmodule
Klik voor een grotere versie

Hierboven een detail opname in het versterker bakje versie-4. Met dubbele gain potmeter en omschakeling.
Erachter zijn de twee blauwe Neosid blokjes te zien van een noodzakelijk gebleken low-pass filter.
Ook een extra schotje.
Tussen de SMB connector en het metalen torretje (BSX20) zie je de twee stroombron FET's die een lagere Z-uit afdwingen waardoor een onvervormde max. uitgangsspanning eenvoudiger haalbaar is.
Het afscherm bakje is "neergeklapt" over de filters.

 

versterking = 10x en 100x
En zo is het uiteindelijke schakelschema geworden in versie 4. Klikken levert de dubbele resolutie op.

Of een nog hogere resolutie versie in PDF
 
Er was voordien ook een nieuw probleem:
Door de losse extra schakelaar bedrading werd de versterker instabiel als de gain voluit gedraaid werd. Niet tussen de trappen zelf, maar van volledig uit terug naar de hoogohmige ingang. Dat was op enkele 10-tallen MHz. Met een eenvoudig laagdoorlaat T-filter (NIET PI!) met nette potmeter R's als ballast-R was de zaak gelukkig weer stabiel. Het filter start met een enkele dB bij 800 kHz en hoger en valt sterk af boven de 1 MHz.
Door de 10 nF (eerst 100 nF) condensator is onder de 50 kHz alle brom en stoor invloed ook weggeknepen...

Het zwaar belasten van de uitgang toonde aan dat een extra emittervolger handig was voor vervormingsvrije signalen. Ook die emittervolger leverde nog te weinig uitsturings reserve op (klein plat plekje op de onderste sinus dip, alleen bij extra ballast). Met het aanbrengen van extra stroombron FET's voor het naar beneden trekken van de sinus was ook dit zonder overdreven complexiteit voor elkaar.
 

------------------------------
wat aanvullende zaken.
------------------------------

Een filter geeft pas correcte karakteristieken als het correct wordt afgesloten. En vanuit de juiste Z correct wordt aangestuurd. Wanneer bijv. de aanbevolen filter-Z 2000 ohm is, die waarde exact aanhouden aan het eind. Je maakt hem zelf met 2K2 || aan 22K (of 2x 1K in serie, maar dat is meer para-C).
Aan de ingang moet de generator of voedende-Z bronweerstand eigenlijk ook afgetrokken worden van de voedende serie-R naar het filter. Omdat het de generator niet zoveel uitmaakt (niet zo kritisch, zelf is die 75 ohm) heb ik na 1 meter coax naar de meetmodule aldaar een terminator-R van 2x 100 ohm parallel naar massa aangehouden. (In de CF1 naar BNC verloopplug is later een 22 ohm correctie weerstand toegevoegd!). Deze constructie is universeler, ook later voor andere generatoren.
Vanaf die 50 ohm naar massa wel de juiste filter Z min 50 ohm naar het filter. Voor de voorbeeld 2000 ohm dus 1950 ohm = samengesteld uit 1K8 + 150 ohm in serie. Het zou dus eigenlijk juister 1925 en 75 ohm moeten zijn, maar dat kleine verschil merk je in de huidige opzet NIET denk ik. In deze opzet gaat het om het verschil tussen een "draadje" tussen de in- en uitgangsweerstanden zonder filter erin en het nivo verschil met het filter er wel tussen. Het zijn "relatieve" metingen. Ook heb ik zo de filter verliesfactor gemeten om de "0" dB stand te bepalen van de generator spanning. Hoeveel dB verschil dus tussen "met en zonder" filter.

Omdat het onprettig is om een behoorlijk aantal mini filterblokjes vast te braden of te roosteren aan een groot massavlak, zijn er 0,5 mm massadraden op stukjes printplaat geplakt. En op meerdere plaatsen geaard! In het midden zit een kruispunt en een ”dipje” zodat er geen probleem is met het ingangs lipje en de meerdere massa lipjes naast elkaar aan zo’n filter blokje uit de CFW / CFU serie.

Parasitaire HF lek erg laag houden. Er is gebleken dat alleen een vrijstaand afschermschotje (Versie-3) niet voldoende was tegen "doortochten" van HF over het filter heen. Bij eventuele grote "blokken" voortaan een extra schotje opnemen.

Nog een keer de meetmethode kompleet (zie ook het grote schema hieronder):

Met een kort draadje tussen de (juiste) weerstandnetwerkjes zet je het SPM nivo op "0" dB. Nadien met het filter ertussen gesoldeerd zoek je rond 455.000 Hz het minimale verlies verschil. Schrijf dit op als verliesfactor. Zet het generator nivo weer iets omhoog zodat het maximum met filter erin wederom "0" dB is. Dit was dus de eerste stap om (alleen) de verliesfactor te bepalen, het verschil met en zonder filter, en de optimale piek rimpel. Daarna ga je met fijne vervolgstappen verder om de rimpels te bepalen en wat grovere stappen op de flanken.
Zie het invulvel voor de voorbeeld stappen.

 

De meet opstelling Hier de 4e versie = Update V2 die nog universeler is.
Hoge resolutie versie in PDF

 

In een apart PDF document een hele serie voorbeeld afsluit-weerstand samenstellingen voor vele filter Z’s.
Tevens een aparte tabel voor ingangs serie R set, toch maar aangepast voor zowel 75 als 50 ohm generator-Z.

In een ander PDF document een voorbeeld "meetvel". Vul met potlood in!! Hoe meer metingen je doet, hoe sneller het gaat, maar ook "foutjes"... Met een gummetje aanpassen is dan toch netter gebleken.

 

Later is er in versie-3 eerst 1 "dakpan" van dun koperblad folie vastgeplakt aan de meetmodule. Die wordt over het filter gebogen als dit op zijn plek zit. Hiermee wordt handeffect en net-storings DX !! onderdrukt. Vanzelfsprekend zit de versterker module in een blikken doosje. De ingang komt naar buiten via een 1 cm stukje gepelde (harde) UHF teflon coax (zonder mantel !, en met een harde stalen verzilverde binnenader), alleen een stukje teflon binnenkern met blank puntje steekt eruit. Aan de uitgang zit een mini coax klik-connector type SMB met een kort stukje mini coax naar een verloop plug van SMB naar BNC. Deze module moet redelijk mobiel blijven (alle aansluitingen met pluggen / connectors) vanwege het steeds verplaatsen tussen de ”soldeerhoek” en de ”meethoek”.

Als ik onder de -70 dB een onrustige meternaald heb wikkel ik soms ook nog een stukje alu-folie eromheen. Dat scheelt iets, vooral ’s avonds!! (enkele dB lagere uitslag onder de -80 dB, netstoring van schakelende voedingen misschien??)

Hou erg in de gaten, t.o.v. 10 mV voor het nulnivo: -80 dB = 1 uV, -90 dB = 0,3 uV en -100 dB = 0,1 uV.
Nogal extreem laag dus!!!!!!!!!!!!!!!

 

Wat grappig is, is een enkele zeldzame spurious, hele smalle valse doorlaat pieken (of dips!) in het onderdrukkings gebied. Liever geen spurious overigens. Heftige sterkte verschillen (sprongen eigenlijk) tussen -60 en -80 dB kunnen aanwezig zijn. Dit zijn ongewenste doorlaat effecten die soms vrij dicht bij de wel gewenste doorlaat kunnen liggen. Ik trof ze bij een enkel filter aan rond de 430 à 436 kHz, zowel bij 1 mechanisch (Kokusai) als 1 keramisch filter (Murata).

Na de bouw van versie 4:
Zowel de spurious als de totale vorm van alle "kriebels" onder de -80 a -90 dB is sterk afhankelijk van de HF lek over het filter heen.
Het is zelfs mogelijk (zonder extra afscherming tussen IN en UIT), dat puur de lek het verloop van de curve bepaalt onder de -90 dB!! Dus bij iedere andere meetopstelling kunnen de kriebels tegen de nullijn fractioneel anders zijn.
Mede door meer ervaring met de bouw van versie-4 (die kan tot -120 dB!! je moet er dan wel wat aan hebben!) is dus de afscherming aangepast en het gedeelte bij de BNC van een komplete afscherming voorzien. De teflon stift aan de andere kant is eveneens van een extra schotje voorzien. De koperen "dakpan" is nu dubbel uitgevoerd, zowel onder als boven het filter. Tijdens de meting wordt het pakketje overlappend dichtgevouwen. De betrouwbaarheid van de nullijn is hiermee sterk toegenomen.

Een kombinatie van 2 eenvoudige geselecteerde keramische filters geeft superieure resultaten. Zie daarvoor enorm veel voorbeelden in de PDF bestanden. (zie de link in de 455 kHz index pagina, of hier direct al.)
Door de betere afscherming zien ze er nog ietsje beter uit.
Individueel hebben ze een dusdanige "hoge voet" dat de extra afscherming daar niet zoveel uitmaakt.
Alleen onder de -80 dB is het effect hoog.

 

Ook heb ik gemerkt dat keramische filters helaas behoorlijk temperatuur gevoelig zijn! Tijdens het meten, kort na het insolderen in de meet-strip, merkte ik een behoorlijk verloop van zeker 50 tot 200 Hz. Blijkbaar nòg te warm na 10 tot 15 minuten??
Wacht eens even, ik zal zo’n ding eens pesten met slechts 1 spuitje ”vorstspray”. Gelijk 1000 tot 1500 Hz verloop van het nulpunt en 1 à 2 dB meer verzwakking. Met een föhn erop floepte dat gelijk weer 1000 Hz naar de andere kant van het nulpunt....
Het duurt een hele tijd voordat de nivo indicatie daarna weer op het oude punt terug is.

 

Het lijkt allemaal simpel, maar het kostte toch nog wat moeite om mooie plaatjes uit Excel te krijgen. Omdat in sommige combinatie XLS-en wel eens een aantal vakjes in een kolom met metingen wordt overgeslagen, maakte het programma daar dus gelijk een onderbreking in de curve van. Opties om dat aan te passen zitten redelijk verstopt en NIET in de grafiek settings zelf! Dit geldt eigenlijk ook voor meerdere as-aanpassingen die nodig waren om van een bestaand plaatje een in- of uitzoom versie te maken. Het zijn meestal opties die pas tevoorschijn komen als je op het juiste punt klikt. Je kunt ze helaas NIET bereiken in bijv. een groot verzamel instellingen menu. Erg versnipperd vind ik dat als ”incidentele” Excel gebruiker. Ook blijkt het standaard grafiek titelveld van Excel helemaal niet zoveel uitleg tekst te kunnen bevatten als ik zou willen. (nl. slechts 255 karakters) Ik wilde een echt ”tekstveld” bovenin. Alleen door de te krappe titel inhoud te kopiëren en te plakken naar een nog niet bestaand nieuw tekst-veld, werd er uiteindelijk een ”standaard” tekstveld op dezelfde plek aangemaakt dat wel meer inhoud aankan. Ook dat weer opgelost.
Al de vele zoom-in and zoom-out grafieken uit een enkele meting (in 1 XLS) worden allen tegelijk automatisch gegenereerd vanuit 1 enkele kolom met getallen. Meerdere curves vanuit meerdere meetkolommen in dezelfde grafiek!

 

De meet opstelling
Schets van de opstelling, klikken is nog groter.
Hoge resolutie versie in PDF

 
-----------
naschrift
-----------

Deze meetmethode blijkt prima resultaten op te leveren met hobby middelen. Je moet helaas wel de beschikking hebben over een (dump) selectieve voltmeter met bijbehorende tracking generator. Het oudste (niet handige) setje SPM-2 dat ik in handen gekregen heb is gezien de gebruikte nostalgische germanium halfgeleiders uit beginjaren ’60. Bij de SPM-2 zit geen tracking mogelijkheid. De gebruikte SPM-3 is ook een vroege versie, deze bevat vrijwel geen silicium transistoren, maar veel AF126, ik schat deze van rond/na 1965. Een derde set (ook SPM-3) die ik open gezien heb was weer van geschat rond 1970, deze bevatte vrijwel geen germanium meer maar veel BCY silicium types.

Een standaard analoge ontvanger in plaats van een selectieve voltmeter op 455 kHz heeft een sterkte nivo indicatie (S-meter) die niet direct geschikt is voor deze toepassing. Misschien wel geschikt te maken?? Vast wel te onnauwkeurig?
Misschien is een moderne gecalibreerde software DSP ontvanger nu net iets voor toepassing als meetontvanger!

Het meten en naderhand inkloppen in Excel is een vrij arbeidsintensieve bezigheid gebleken. Maar de resultaten zijn ronduit prachtig. Het heeft mij in ieder geval veel meer inzicht gegeven in deze materie en hoe je de specificaties van o.a. Murata keramische filters moet interpreteren!


  pdficon.gif     Een PDF van een zeer beknopte versie van deze pagina zoals gepubliceerd in Electron 11-2012.

 

 

Walter Geeraert

PE1ABR


 
terug.gif     Terug naar de 455 kHz index Valid HTML 4.01 Transitional



De IF-filter meetstrip
Compilation by Walter - PE1ABR - 2017-09-13