Harmonische demping van bandpass filter.

Graag zou ik de harmonische demping van een derde orde bandpass filter willen weten.
Het gaat daarbij om demping van de tweede en derde harmonische.
Ik gebruik deze calculator voor het berekenen van de componenten:

https://www.electronicproducts.com/Bandpass_Filter_Design_Ca...lator.aspx

Mijn vermoeden is dat die demping afhankelijk zal zijn van de doorgelaten bandbreedte van het filter.

"tijd is relatief"

Ik gebruik http://tonnesoftware.com/elsie.html voor het ontwerpen van filters.
Het soort filter en de orde bepalen de demping.

eross

Golden Member

De demping is afhankelijk van de steilheid van de filterflanken. Deze worden grotendeels bepaald door het aantal filtertrappen en ontwerp van het filter volgens een bepaalde karakteristiek; Zie butherworth,chebishev,elleptic enz.

Ha Martin V,

Ik ga met @eross mee en als aanvulling het ligt er maar net aan waar je Fo zeg het midden van de doorlaatband zich in het frequentie spectrum bevind.
Dit omdat je keuze op een derde orde bandpass is gevallen en je de tweede harmonische wil onderdrukken.
Om een goede berekening te maken zal er iets meer info moeten komen het is namelijk zo dat de steilheid afhankelijk is van de filter topologie.
Daarbij wordt de efficiëntie van de orde mede bepaalt door de bandbreedte en zoals ik al aangaf de center frequentie.
Een derde orde op 144MHz waar de tweede harmonische op 288MHz ligt is misschien voldoende maar deze zelfde orde op 10MHz waar de tweede harmonische op 20MHz ligt zal maar iets onderdrukking geven.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

@RBeckers ik heb Elsie gedownload en ben het programma aan het het uitproberen.

@Eross wanneer ik een specifiek filter soort als een Butherworth of een Chebyshev laagdoorlaat filter ontwerp, kan ik in serie met de spoelen een condensator opnemen en parallel met de shunt condensator(s) een shunt spoel opnemen.

"tijd is relatief"

Mijn post was gelijktijdig met jouw Electron ik zal het even doorlezen.

"tijd is relatief"

Ha Martin V,

Terwijl je aan het lezen ben ;) een bandfilter getransformeert vanuit een hoog/laag doorlaat is met een grote bandbreedte goed te doen de componentenwaarde zijn dan handelbaar.
Daarin tegen is een bandfilter met een smalle doorlaat niet praktisch om vanuit een hoog/laag doorlaat te transformeren.
De meeste programma"s transformeren vanuit 1Ω 1F 1H loog/laag doorlaat.
Het programma welke @heer rbeckers laat zien is een goed bruikbaar programma ik heb de betaalde versie voor HFL65,- maar doe er niets meer mee ;(

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Beste OM Martin,

ik had op een andere plek op CO beloofd, om er op terug te komen. Ik heb uit de junkbox een -in het verleden gebouwd- 7 MHz, 3-voudig bandpassfilter opgezocht. Helaas geen camera bij de hand.

Ik weet niet of je dit bedoelt, maar ik heb maar even een paar plaatjes "geschoten" van de harmonischen onderdrukking van dit bandpass filter.

Gr. N.

nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen

nu met plaatje (camera weer teruggevonden).....

Gr. N.

nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen
eross

Golden Member

Op 31 maart 2019 12:51:37 schreef Martin V:
@RBeckers ik heb Elsie gedownload en ben het programma aan het het uitproberen.

@Eross wanneer ik een specifiek filter soort als een Butherworth of een Chebyshev laagdoorlaat filter ontwerp, kan ik in serie met de spoelen een condensator opnemen en parallel met de shunt condensator(s) een shunt spoel opnemen.

martin,
ik begrijp je vraag niet helemaal goed. Aan de topologie van het filter kan je niets veranderen. Ik vermoed dat je DC wil blokkeren voor en na het filter en dat kan met aangepaste condensatoren vb1 ,10 of 100nF.
Kijk ook eens op tonnesoftware. Daar zijn meerdere programmas om filters te ontwerpen oa optimal lowpass , voor filters in het hf bereik en een programma om standaard waarden te gebruiken . Overigens heb je nog altijd niet gezegd voor welke frequenties je dit filter wilt gebruiken ,
wat toch wel belangrijk is. Ik gebruik Elsie en ook aade filterdesign4.5
(rip Neil Hecht) en dit levert toch meestal heel bruikbare filters.

Ha NKHteB,

Het bekende werk ;) ik denk alleen dat de gevoeligheid van je filter groot is met zoveel trimmers :o .

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Hallo Henk,

je hebt gelijk, maar dat was opzet. Ik was in de tijd, dat dit filter ontstond, erg veel aan het experimenteren met ingangsfilters (ontvangst). Reden was, dat in die tijd het IM gedrag nog erg bepalend was.
In deze opstelling, kon ik naar hartenlust experimenteren met met name Insertion Loss/filterdoorlaat aan de top. De veraf-demping was dan "bijvangst". Bij dit filter toch wel aardig gelukt (hi).

Bepalend bij dit soort resultaten, is wel het gebruik van HF-matige kwaliteitscomponenten (zilver-mica, styroflex, teflon trimmers etc.). Met name bij folie-trimmers was het erg oppassen. Daar heb ik wel eens een artikeltje over geschreven in de QRP NieuwsBrief.

Gr. N.

nil volentibus arduum niets is moeilijk voor hen die willen

Intussen ben ik iets verder gekomen, het blijkt dat iedere condensator in een specifiek laag doorlaat filter kan vervangen worden door een spoel en condensator in parallel. En iedere spoel in het laag doorlaat filter kan vervangen door een spoel en condensator in serie.
Voor de condensator geldt:

L= 1/(2*Fc)^2*C

en voor de spoel geldt C=1/(2*Fc)^2*L

Waarbij Fc de frequentie is van het midden van de doorgelaten frequentieband.

Ik pak het daarbij iets anders aan; ik bereken gewoon de betreffende spoel of condensator met de omgekeerde formule van Thomson, welke in resonantie is met de frequentie in het midden van de doorlaatband:

C of L = [1/(2*π*F)]^2 /L of C.

"tijd is relatief"
Frederick E. Terman

Golden Member

Dat klopt, zo kun je een prototype laagdoorlaatfilter eerst omrekenen naar gewenste impedantie en bandbreedte, en hem daarna omzetten naar een banddoorlaatfilter. Je houdt dan echter geen rekening met de verliezen in vooral de spoelen, die vooral bij smalbandige filters afwijkingen in de doorlaat zullen geven - niet alleen de verzwakking, maar ook de vorm van de doorlaat.

Het is ook een vrij theoretische aanpak; goed voor het begrip, maar voor de meeste filters die je in de praktijk nodig hebt zou deze methode nogal onhandige waarden voor spoelen en condensatoren opleveren.
Daarom bestaan er allerlei transformaties om beter hanteerbare componentenwaarden te krijgen.

Wat voor filter wil je maken?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik wil een derde orde bandpass filter maken, afgeleide van een Butherworth of Chebyshev filter.
Het banddoorlaat filter loopt van 520 tot aan 1700kHz de frequentie midden in de doorlaatband komt dan op 1180kHz.
De kringkwaliteit komt dan uit op een Q van 1.

De harmonische onderdrukking moet daarbij minstens -45dB zijn op frequenties boven de 1700kHz.
Een optie zou daarbij kunnen zijn om achter dit bandfilter nog een Cauer laagdoorlaat filter te zetten met een demping van -50dB.
Inclusief de harmonische demping van het bandpass filter kom ik dan wel zeker op de gewenste demping.

[Bericht gewijzigd door Martin V op 3 april 2019 18:07:20 (42%)]

"tijd is relatief"

Ha Martin V,

Kijk nu hebben we wat gegevens ;) een 3e orde is best krap als je 1 octaaf verder -45dB diep wil zijn.
Aan de anderenkant hoe minder secties hoe stabieler het filter.
Ik heb gekeken naar een passende oplossing met standaard componenten.
Het type filter is een bandpass canonical met een Butherworth respons.

De componenten hebben de volgende eigenschappen:
Spoel capaciteit 250fF
Spoel Q =35
Condensator inductie 500pH
Condensator weerstand 250mΩ

Omdat ik er van uit ga dat je ringkernen gaat gebruiken weet ik niet over de temperatuur van het kern materiaal..... dat is voor later :D
Ik heb een doorlaat grafiekje

Het idee om filters te combineren lijkt misschien aantrekkelijk maar is altijd veel gevoeliger ook in actieve vorm.
Ik kan al wel iets zeggen over de fase en dus de groepenlooptijd maar ik weet in het geheel de informatie bandbreedte niet is het spraak of breder :?

De opbouw is middel kritisch maar wel goed afschermen tussen de sectie.
Voor wat de aanpassing betreft die is redelijk tot goed als frontend goed te gebruiken.
Ik heb ook nog naar een direct gekoppeld filter gekeken maar daar moet ik nog aan rekenen.

Groet,
Henk

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Ha die Henk,

De laatste paar dagen wordt ik volledig in beslag genomen, door mijn loop antenne die ik opnieuw aan het bouwen ben, daar had ik het nogal druk mee.

In de eerste plaats heel erg bedankt dat je even de moeite heb genomen om een bandfilter voor mij te ontwerpen.
In de doorlaat karakteristiek zie ik dat de derde harmonische gedempt wordt met 48dB ,dat is mooi het blijkt dus met een derde orde bandfilter mogelijk te zijn om die gewenste demping te verkrijgen.
Alleen gebruik ik voor het bandfilter dat type wat met een LC serie kring begint en ook weer eindigt. Niet zoals in jouw schema waar met een parallel kring begint en ook weer eindigt. Jouw versie is een PI uitvoering, ik moet de T uitvoering hebben.

Wat betreft de bandbreedte van het HF signaal, dat is gewoon AM omroep, het filter valt ook precies binnen de omroep band. Hoe ik het filter wil gaan bouwen is inderdaad met ringkernen van het type T106-2 en ik heb aanvullende gegevens betreffende de verliezen en de temperatuur:

Amidon toriod core Power rating.pdf

groet van Martin

"tijd is relatief"

Ha Martin V,

Ik heb het filter aangepast aan de amplitude frequentie karakteristiek wijzigt niets maar dat zal je begrijpen.

Bandfilter (LCL) verder als eerder.

Maar nu het volgende..... ik ben met dit bandfilter in canonical configuratie begonnen net als jij alleen is dit maar zelden bruikbaar.
In de eerste plaats moet de bandbreedte minimaal 50% bedragen dat is bij jou zo maar dan nog zal je zien dat de componenten waarden afschuwelijk zijn :(
Een filter in deze vorm wordt maar zelden toegepast je moet net het geluk hebben dat de Fc gunstig ligt.

Als we naar de componenten kijken de condensatoren dat gaat nog wel 12nF in zilver mica of styroflex is te doen.
Maar de spoelen 15uH bij 1.7 MHz dat is oppassen en ik denk niet haalbaar de SRF wordt een probleem.

Belangrijk met het ontwerpen van een schakeling is dat je de eigenschappen van je componenten kent en daar schort het vaak aan :o
Dan rolt er uit een of ander computerprogramma een tekening en een aantal waarden en bouwen maar dagen en nachten rommelen C-tje erbij C-tje eraf 8)7

Ik zal eerst kijken naar je ferriet en het bandfilter schalen naar bruikbare waarden.
Een vraag trouwens heb je al eens gekeken naar de mogelijkheid of een actief filter toepassen mogelijk is?
Maar een LC combinatie is normaal gesproken goedkoper dan een Opamp en passief.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Hallo Henk,

Ik zit met een aantal vragen, hier komen ze.
Is het ook mogelijk om een bandfilter te ontwerpen met een Cauer karakteristiek? Een Cauer filter heeft een hele steile afval net boven de doorlaatband. En zo niet waarom dan eigenlijk niet.
Hieronder een voorbeeld van een Cauer laagdoorlaat filter:

Hoe heb jij dit filter ontworpen, is dat met of zonder computer programma, Elsie wellicht? Of doe je net zo als ik om de componenten te transformeren naar een serie kring of een parallelkring.

Betreffende de componenten waarde welke belachelijk grote vormen kunnen aannemen heb ik nog het volgende te melden.
Volgens deze bandpass filter calculator: https://www.electronicproducts.com/Bandpass_Filter_Design_Ca...lator.aspx
Voer ik de waarden in om een filter te ontwerpen met een kantel frequentie van 1700kHz en een bandbreedte van 1200kHz en dan kom ik uit op de volgende componenten waarden:

Hier vallen de extreme waarden wel mee, maar het vreemde is dat wanneer ik de resonantie frequentie van de afzonderlijke kringen in dit filter bereken, de resonantie frequentie 1700kHz is. En dus niet ergens in het midden van de doorlaatband ligt.
Wat vind jij hier van, klopt dit filter wel of?
Er is weinig informatie op die web pagina te lezen over wat voor type filter het hier gaat dus is dit ontwerp wel goed of juist niet?

Ik wil niet jouw ontwerp bekritiseren, maar volgens deze bandpass filter calculator, komen hier niet van die extremen voor als in jouw ontwerp. Misschien kun je hier iets over zeggen.

Je sprak over een SRF, wat bedoel je hiermee?

Ik zal eerst kijken naar je ferriet en het bandfilter schalen naar bruikbare waarden.
Een vraag trouwens heb je al eens gekeken naar de mogelijkheid of een actief filter toepassen mogelijk is?
Maar een LC combinatie is normaal gesproken goedkoper dan een Opamp en passief.

De gebruikte inducties zijn gewikkeld op ijzer poeder ringkernen, (T106-2) niet op ferriet.
Een actief filter is hier niet mogelijk omdat het gebruikte filter achter een zender eindtrap komt, waarbij de eindtrap in klasse D komt te staan.
Op de uitgang van die klasse D versterker staat een blokgolf spanning.
Door de harmonische frequenties uit de blokgolf te halen, houden we een sinus spanning over. Dat wordt gedaan door een zuigkring op de derde harmonische over de uitgang, achter een LC serie kring te plaatsen en daar nog eens achter een sperkring voor de tweede harmonische te plaatsen. Zover wilde ik eigenlijk niet gaan, mijn visie is een meer breedbandig gebruik van het filter. Maar wellicht dat een hogere orde van dit filter wel aan die wensen tegemoet komt.

Tot zover even mijn reactie, groetjes van Martin.

"tijd is relatief"
eross

Golden Member

Martin, wat ik me eigenlijk afvraag waarom het perse een bandpassfilter moet zijn? als het alleen is om harmonischen in het zendgedeelte te onderdrukken moet een laagdoorlaat filter toch voldoende zijn. de lagere frequenties doen er toch niets meer toe. Deze filters zijn dan ook nog eens gemakkelijker te ontwerpen, en ben je opeens ook af de de moeilijkheid een filter met een brede passband en voldoende steilheid te krijgen. Correct me als ik verkeerd ben.

Hallo eross,

Een laagdoorlaat filter op zeg 1700kHz doet weinig meer op pak een beet, een frequentie van 500kHz.
Aangezien het aangesloten signaal een blokspanning is moet deze wel goed worden gefilterd om er weer een sinus spanning van te maken..
Stel dat ik een laagdoorlaat filter op 1700kHz heb, en daar een blokspanning op aansluit van 600kHz, dan zal er achter dit filter, wel een soort van sinus spanning staan,
zei het dan wel een vervormde sinus spanning.
Een band doorlaat filter daar in tegen werkt ook vanaf de laagste werk frequentie en is dus veel efficiënter als een laagdoorlaat filter.
Dit is mede afhankelijk natuurlijk over de (grote) bandbreedte waar over dit filter werkt.
Een laagdoorlaat filter is nog steeds efficiënt tot op 82% van de kantel frequentie van het filter, wordt dit getal lager dan 82% dan zal dit filter ook minder efficiënt worden.
Bij een kleine bandbreedte is een laagdoorlaat filter een uitstekende keuze, maar in dit geval is de bandbreedte best wel groot; bijna 2,4 van de werkfrequentie.
En vandaar de keuze is gevallen op een band doorlaat filter.

"tijd is relatief"

I.p.v. een bandfilter kun je voor deze toepassing beter een hogere orde laagdoorlaat filter gebruiken. Dat is eenvoudiger en werkt beter.

Een blok van 600kHz komt er niet beter uit bij een bandfilter van 500kHz tot 1700kHz dan bij een laagdoorlaat van 1700kHz.

[Bericht gewijzigd door rbeckers op 7 april 2019 11:47:38 (32%)]

eross

Golden Member

Op 7 april 2019 11:44:32 schreef rbeckers:
I.p.v. een bandfilter kun je voor deze toepassing beter een hogere orde laagdoorlaat filter gebruiken. Dat is eenvoudiger en werkt beter.

Een blok van 600kHz komt er niet beter uit bij een bandfilter van 500kHz tot 1700kHz dan bij een laagdoorlaat van 1700kHz.

Daarom ook mijn vraag. Ik dacht er ook zo over . Toch volg ik met belangstelling je vorderingen. Als je eruit bent zou ik heel graag de gemeten specs zien.

Ha Martin V,

Ik heb nog een Eliptic filter berekend kom hier later op terug.
Eerst het volgende (het is mij nu duidelijk waar je het voor nodig heb) ik snap alleen de keuze van een bandfilter niet helemaal :? of is je signaal 1160kHz breed.
De opmerking van @eross is/was in eerste instantie niet verkeerd maar ik lees jou antwoord nog eens door.

Wat ik begrijp is dat je een klasse D zender/versterker ontwerp en je de harmonische onderdrukking wil bereiken door middel van een filter.
Helder en zo'n filter in welke vorm dan ook dat kan.

Maar er zijn meer mogelijkheden om van uit de basis een harmonische onderdrukking te creëren :D
Je kunt in je modulator op je schakelpuls een pre-distortion aanbrengen.
Je schakelpuls hoeft helemaal geen zuivere blokgolf te zijn tenslotte maak je er op het einde weer een min of meer sinus van.
Er zitten drie elementen/domeinen in je schakelpuls Amplitude, Pulsbreedte, Golfvorm.
De amplitude ligt vast het is immers digitaal je pulsbreedte wordt bepaald door de modulatie amplitude maar de golfvorm daar is enige ruimte en wel dus danig dat je de 2e en 3e harmonische kan verzwakken.
Denk er eens over na scheelt veel filter werk :P
Ik kom later met de resultaten van het filter.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
Frederick E. Terman

Golden Member

maar het vreemde is dat wanneer ik de resonantie frequentie van de afzonderlijke kringen in dit filter bereken, de resonantie frequentie 1700kHz is. En dus niet ergens in het midden van de doorlaatband ligt.

Wat deze calculator 'cutoff' noemt, wordt berekend als het midden van de doorlaatband. 'Bandwidth' ligt daar dan omheen.
De pagina gebruikt een vrij ouderwetse manier van berekenen, de 'image parameter'-methode. De code die ze gebruiken heb ik hier bijgevoegd. Alleen om eens in te kijken; niet meer gebruiken! Is achterhaald.

Ik begrijp niet precies hoe je de specificaties bedoelt van je filter. Het is niet mogelijk tot 1700 kHz door te laten, en dan boven 1700 kHz met 45 dB te onderdrukken.
Bij een zo grote band van werkfrequenties hen je daarom meerdere filters nodig.
Bandfilters zul je bij zenders eigenlijk nooit zien: het signaal op f bevat immers geen lagere frequenties dan f; alleen hogere. De onderkant van een bandfilter heeft dus niets te doen.
Je kunt je geld daarom beter besteden aan de bovenkant van de doorlaatband; een laagdoorlaatfilter dus, zoals hierboven al correct opgemerkt.

Bij een symmetrische uitgangspuls heb je trouwens al praktisch geen tweede harmonische.
Door de vorm van de pulsen goed te kiezen, kun je ook de derde harmonische onderdrukken.
De golfvorm moet dan zijn: 33,3% hoog, 16,7% nul, 33,3% laag, 16,7% nul, enzovoorts.

code:


 ------            ------
-      ---      ---      ---      --
          ------            ------

Als je Electron zou lezen, zou je gezien hebben dat dit allemaal (golfvorm en filters) een tijdje geleden in een degelijk artikel behandeld is. :)

Cauer en andere (elliptische) filters moet je niet aan beginnen. Veel te ingewikkeld, je krijgt het nooit afgeregeld, en omdat je frequentie toch onbekend is, zijn ze zinloos - de notch valt niet op een harmonische.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org