Diplexer (post mixer filter)

Hallo,

ich verfolge schon eine ganze Zeit die interessante Diskussion zum Diplexer. Ich denke aber, die erforderliche Ausgangsimpedanz des Mischers wird maßgeblch durch deren Technologie bestimmt (Schottky-Ringmischer, FET-Schalter, Gilbertzellenmischer usw.) Der Diplexer muss also die breitbandige Anpassung zwischen Mischer und Filter realisieren. Kubik gab den IP3 von 45 MHz-Quarzfiltern mit 19 dB an. Gilt dieser Wert für Oberwellen- oder Grundwellenquarzfilter? Weiter spielt die Zahl der Resonatoren (2 - eine Rolle und die Frage, ob Transformatoren (Ferrite) eingebaut sind. Wie sieht das ganze bei 9 MHz-Quarzfitern aus?

73 Gerd, DMCDB

Zitat von DK1RM

Moin Christian,

versuch mal hier

73 de Roland / DK1RM

Mensch Roland, ich könnt´ Dich knutschen, solche Quelle habe ich schon lange gesucht. Tausend Dank, endlich die vollständigen Bootspatente
Sorry für diesen Off Topic-Einwurf

Hallo, Gerd,

Zitat

Kubik gab den IP3 von 45 MHz-Quarzfiltern mit 19 dB an. Gilt dieser Wert für Oberwellen- oder Grundwellenquarzfilter? Weiter spielt die Zahl der Resonatoren (2 - eine Rolle und die Frage, ob Transformatoren (Ferrite) eingebaut sind. Wie sieht das ganze bei 9 MHz-Quarzfitern aus?

das Bsp. bezog sich auf ein 45M07B monolithisches 4 poliges Grundwellen-QF mit Z=350 Ohm. Leider habe ich mir den Hersteller nicht gemerkt. Das doppelt so breite 45M15B QF (15kHz / ~650Ohm) dürfte da etwas besser sein, ich rechne mit ca. 6dB bessere Werte Inband. Bei 9MHz sieht die Sache mit halbwegs guten Quarzen viel besser aus, da ist es unwarscheinlich den Gesamt-IP3, durch die Verwendung von Verstärkung vor dem QF, zu ruinieren.

Hallo, Christian und Eric,

anbei die Schaltung des Trennverstärkers.

Links die Grundstruktur des Verstärkers, dieser wird mittels einer Kombination aus ohmschen und rauschfreien Blindwiderständen stark gegengekoppelt. Ich verzichte normalerweise auf einen zusätzlichen passiven Diplexer und schalte die Punkte A und B direkt auf einer 200Ohm Gegentaktwicklung (ähnlich T5 in V2) die Teil des jeweiligen Mischers ist. Wie das mit Diplexer aussieht zeigt V2 inkl. Dimensionierung der Gegenkopplungswiderstände "R" für ein Zin = 200Ohm bei Pg=6dB. Die Einheit Mischer + Verstärker hat damit eine Verstärkung von 1. Der IIP3 des Verstärkers liegt bei 34dBm (BFG196 bzw. BFG198 bei ca. 45mA je Transistor). Die gleiche Schaltung kann gleichzeitig auch hervorragend als Vorverstärker dienen. Durch die Gegentakt ausführung ist der IIP2 hoch (~65-70dBm).

Die Dimensionierung des Eingangsübetragers für eine Leistungsverstärkung Pg von 10dB (Impedanz zwischen den Punkten A und B liegt nun bei 450Ohm) zeigt Version 3. Darunter steht sowohl eine Auswahl älterer wie auch moderner rauscharmer CATV Transistoren, da dürfte für jederman etwas passendes dabei sein. Die Isolation (S12) des Trennverstärkers ist mit min. 40dB sehr hoch, es wird keine Laständerung (Übergang beim QF vom Durchlass- in den Sperrbereich und weitab) zum Mischer durchgereicht. Das Problem ist nun "nur noch" ein passendes QF mit min. 40dBm IP3 zu finden .

Die Kompensationsspulen Lk sind normalerweise nicht notwendig. Bei Breitbandbetrieb bekommt die Eingangsimpedanz einen leichten kapazitiven Anteil, diese 2 Induktivitäten kompensieren das. Ich habe für sämtliche Übetrager "runde" Übersetzungsverhältnisse vorgesehen, um diese z.B. mittels normaler Leitungsübertrager (verdrillte Leitungen) leicht selber wickeln zu können.

Die BIAS Schaltung ist aktiv ausgeführt. Für andere Betriebsströme muss eigentlich nur der Stromsensor Widerstand in der 12V Leitung verändert werden. Die Trenn/Entkoppelkondensatoren C sind dem Nutzfrequenzbereich anzupassen.

Das Ganze geht natürlich noch einen kleinen Tick intermodulationärmer, sozusagen als "Höchstleistungstrennverstärker". Ein echter Power RF-MOSFET in Zwischenbasisschaltung bei 250-400mA Strom, was einen OIP3 von min. 50dBm bei Pg von ~10dB verspricht. Einen Artikel dazu habe ich bei Interesse auch noch hier irgendwo rumliegen.

Hallo Christian,

die Schaltung Deines Mischers hatte ich schon im Archiv. Da Du mich mit der Nase darauf gestupst hast, habe ich mir mal die Daten der Mischer-FET angesehen. Der R-on ist mit 2 Ohm sehr gut, leider sind die Schaltzeiten für KW nicht geeignet. Für Deine Langwellen-Versuche spielt das keine Rolle, aber im MHz-Bereich wird es kritisch. Kubik hat ja meine Fragen beantwortet, denn bei 19 dB IP3 brauchst Du Dir keine Gedanken über einen Diplexer machen. Mit Ringmischern sind etwa 30 dB IP3 und mit Diplexer dann 40 dB erreichbar, d.h. Diplexer sind die hohe Schule des analogen RX.

Hallo Kubik,

besten Dank für die Beantwortung meiner Fragen. Leider habe ich noch bei keinem Quarzfilterhersteller Angaben zu IP3 gesehen. Ich denke, die ganze Sache hängt maßgeblich vom Aufbau ab (Einzel-Quarze mit Brückentrafo, Grundwellen Monolithquarzfiler mit 2 - 8 Quarzresonatoren und solchen mit Obertonresonatoren) Interessant ist, dass immer mehr Hersteller von Quarzfiltern über 30 MHz abgehen und wieder wie in den Anfangsjahren Filter um 9 MHz benutzen (K3, FT5000, OMNI). Ich werde mal mein Archiv durchsehen, vielleicht hilft das weiter. Dein Vorschlag, als Trennverstärker Leistungs-MOSFET zu benutzen, ist sehr interessant. Allerdings erfordert die Bereitstellung der Gatevorspannung bei gleichzeitiger HF-Abblockung desselben doch einigen Aufwand. Ich sehe mit Spannung Deinem Schaltungsvorschlag entgegen.

73 Gerd, DM2CDB

Hallo Horst,

besten Dank für Deinen interessanten Hinweis. Diese Perle kannte ich noch nicht. Man sollte die alten CQ-DL nochmals lesen, bei denen lohnt es sich wenigstens noch.

73 Gerd, DM2CDB

Hallo,

@Gerd

anbei den Artikel aus der Radcom zum Zwischenbasisverstärker mit Power MOSFET. Stromverbrauch bis zu 700mA bei max 24V, nicht gerade QRP :D.
[Blockierte Grafik: http://pic.leech.it/t/f6ef2/fb55ea2azbv1.gif] [Blockierte Grafik: http://pic.leech.it/t/1759f/16bc201zbv2.gif] [Blockierte Grafik: http://pic.leech.it/t/b6649/2a6999f0zbv3.gif]

Zitat

Man sollte die alten CQ-DL nochmals lesen, bei denen lohnt es sich wenigstens noch.

Das gilt nicht nur für die CQ-DL.

Horst

Zitat

der IP3 von Filtern im 40MHz-Bereich ist offenbar eine Funktion des Preises. Der IP3 scheint mit dessen Logarithmus zu steigen . DJ7VY hat schon 1982 einige Filter von KVG und Toyo durchgemessen (cq-dl 2/1982). Der Typ XF-410S02 (diskret, 6-polig, B6=7kHz) z.B. zeigte IP3-Werte von deutlich über 40dbm im kritischen Sperrbereich. Allerdings musste ich schon 1987 DM 265.- dafür hinblättern. Ob es die Filter heute vom Nachfolge-Unternehmen noch gibt, weiß ich nicht.

Den Artikel kenne ich auch, immerhin waren das doch mehr oder weniger Standardfrequenzen. Nicht zu denken was ein kundenspezifisches Einzelstück kosten würde . Die INRAD VHF-Filter wären erschwinglich, es gibt aber kaum Filterkurven dazu geschweige denn Daten zum IM-Verhalten.

Hallo Christian,

den BSS83 gibt es in der Tat zweimal, 1. als BSS83 von Philips und 2. als BSS83P von Infinion. Beide Typen haben aber auch gar nichts miteinander zu tun, eine böse Falle, sorry für die Verwechselung. Wenn Du noch schnelle Schalter brauchst, ich habe noch einige.

Hallo Reinhold,

besten Dank für die Kopien. Es ist immer wieder interessant, was man alles im I-Net finden kann.

73 Gerd, DM2CDB

Hallo Horst,

den 75´Artikel von DJ7VY kenne ich schon viele Jahre aus dem Heft "Es stand in der CQ-DL", welches mir ein befreundeter OM zukommen ließ. Im Anhang werde ich die aktuelle Discreet-Quarzfilterliste der KVG anhängen. Vielleicht hilft es bei dem einen oder anderen Projekt. Den QEX-Verstärker muss ich erst in meinem Archiv ausgraben. Besten Dank für den Hinweis.

73 Gerd, DM2CDB

Hallo Horst,

die 2E24 vor dem QQE 03-12 Gegentaktmischer, wie waren denn die
technischen Daten???

73 Bodo/DL2FCN

Hallo Bodo,
uih, jetzt wird's O.T.
Hab' Dir ein email geschickt.
73, Horst

Hallo, Christian,

Zitat

Als Lösungswege stehen der Trennverstärker oder besser die reflexionsfreie Quadratur-Filterschaltung zur Verfügung. Vor allem Letztere ist mit Amateurmitteln nicht leicht zu realisieren.

das mit der Quadratur-Anpassung ist nicht so tragisch wie angenommen. Es sollte zumindest ein LCR Meter vorhanden sein um die Indultivitäten , Kapazitäten, Windungskapazitäten für die 90° Hybridschaltungen auszumessen. Diese sind von Haus aus sehr breitbandig, man muss schon viel falsch machen um grob daneben zu liegen. Die Q-Filter sind handelsüblich und müssen nicht unbedingt ausgemessen werden. Auch hier muss der Unterschied zwischen den Quarzfilter groß sein damit die Anpassung leidet. Weitab übernimmt die Anpassung so oder so der normale Eingangsdiplexer.

Zitat

Nun möchte ich den RF-Eingang des Mischers betrachten: Zumindest ein R/C -Hochpaß sorgt oberhalb seiner relativ hohen gewählten Grenzfreqenz für die Anpassung des Mischereinganges. Weiters wird dadurch der vorgelagerte Tiefpaß etwas angepaßt.

Die angeschlossenen Bilder zeigen, was ich meine.

Was muss besonders berücksichtigt werden?
Welcher Aufwand lohnt sich?

Bei der 1. Version stimmt etwas mit der Dimensionierung des HP-Zweiges (3. Ordnung) im Diplexer nicht. Gute Rückflussdämpfung (S22) hat man erst ab ca. 120MHz, der wichtige Bereich, ZF, LO, Spiegel hat (fast) keinen Abschluss.

Im Bsp. vom IC-R9500 haben die Icom Ingenieure (mal abgesehen von der Filterordnung des elliptischen TP-Filters am Eingang) die Ordnung des HP-Zweiges im Diplexer von 3 auf 4 erhöht und zusätzlich eine Notchstelle mit der ersten Querinduktivität realisiert. Damit läßt sich die Anpassung noch etwas im wichtigen Bereich optimieren. Die ZF (ca. 60MHz), der LO (60-90MHz) und Spiegelfrequenz (120-150MHz) sehen einen guten Abschluss.

Ein zusätzliches Bsp.:

Das Eingangsfilter ist 5. Ordnung und elliptischer Natur (Cauer). Sollte kein zusätzlicher Preselektor vorgesehen sein reicht dies zur Unterdrückung der Spiegelfrequenz noch nicht ganz aus. Das TP Filter hat zur ZF-Unterdrückung eine Notchstelle auf 45MHz. Es folgt der TP-Zweig 2. Ordnung des Diplexers sowie der HP-Zweig 3. Ordnung mit zusätzlicher "Notchstelle". Schon auf der ZF beträgt die Rückflussdämpfung über 10dB, darüber (LO, Spiegel) wird es besser. Für den HP-Zweig kannst du gerne auch höherer Filterordnungen vorsehen. Mit Elsie lassen sich verschiedene Filter + Diplexer (max. 7. Ordnung) schnell entwerfen.

Hallo, Christian,

Zitat

Es gab aber dennoch eine Überraschung (zumindest für mich): Sobald mit Quarzfilter simuliert wurde, ist Deine Sparschaltung im Vergleich hervorragend. Zumindest aber gleich gut mit HALBEN Aufwand! (siehe auch Bilder im Anhang)

gemessen am Aufwand ist der Spardiplexer eine gute Lösung. Um die ZF herum herrscht aber Totalreflexion, geht hier auch gar nicht anders. Erst weitab wird die Anpassung gut. Ein aufwendigerer Diplexer (z.B. volle "Bridged-T" Version) bringt keinen merklichen Zusatznutzen.

Bei der Sparschaltung habe ich nämlich alles weggelassen was nicht unbedingt nötig war. Von einem normalen Bridged-T Bandpass-Diplexer ist nur der Parallelresonanzkreis in Reihe mit einem 50Ohm Widerstand übrig geblieben, mehr ist in diesem speziellen Fall nicht nötig.

Zitat

Wenn jetzt nicht doch noch Gegenargumente gefunden werden, dann werde ich im HGCR2010 diese "Sparschaltung" einsetzen. Ich habe mich übrigens nun entschlossen die Quadraturfilterschaltung zu versuchen. Kann die Sparschaltung in Verbindung mit der Quadraturschaltung (Hybrid-Splitter) Probleme machen?

Die Sparschaltung gilt nur für Quarzfilter die im Sperrbereich hochohmig sind (z.B. monolithische QF, Ladderfilter). Sobald du die reflexionsarme Quadraturschaltung einsetzen möchtest änderst sich die Sache (Sperrbereich nicht mehr hochohmig!). Hier wird zwangsläufig ein normaler Bandpassdiplexer (z.B. Bridged-T Version in Sparschaltung, d.h. ohne den zweiten 50Ohm Widerstand) fällig!

Zitat

Ist beim Eingangs-Diplexer eine wie immer geartete Sparschaltung (mit gleich hohem Nutzeffekt) einzusetzen oder dort nicht, da ja ganz andere Verhältnisse?

Ein Eingangsdiplexer ist notwendig und hat einen sehr großen Effekt, vergleiche dazu vorletztes und letztes Bild!

Bsp. einer Schaltung mit Eingangsdiplexer, 90° Hybrid und zwei 3-poligen Ladderfilter auf 45MHz. Betrachtet wird hier nur S11, also was der Mischer am ZF Port sieht.

Quarzfilter + Hybrid alleine. Bandbreite ca. 7kHz, Durchgangsdämpfung ca. 5dB (3dB stammen vom Hybrid).

Nur 90° Hybrid + Quarzfilter. S11 breitbandig von 10 bis 100MHz. Nur Nahe an der ZF, d.h. zwischen ca. 39MHz und 51MHz ist die Anpassung gut! Mit der einfache Sparschaltung würde in diesem Bereich, wie schon oben erwähnt, Totalreflexion herrschen!

S11 mit voller Beschaltung, d.h. Diplexer, Hybrid und QF. Ich habe für den Eingangsdiplexer eine Güte von 4 gewählt, damit ist dessen Bandbreite (~10MHz) der Folgeschaltung angepasst. Die Rückflussdämpfung ist nun über den ganzen Frequenzbereich gut.

--gelöscht--

Hallo, Eric,

Zitat

Könnt ihr mir bitte erklären, warum Horsts DJ6EV Ansatz:

Zitat
"Für mich gibt's nur eines: wenn überhaupt ein Diplexer,
dann der Bridged-T --> Breitband-Verstärker (G= 9-12db, IIP3>35dbm) --> 6db-Pad --> Filter."

so gar nicht für Euch in Frage kommt ? und ihr die sehr komplexe Lösung mit Hybrid bevorzugt ?

ich bevorzuge der Einfachheit halber auch einen guten Trennverstärker, allerdings bei einer niedrigen ZF. Der IP3 von monolithischen Quarzfiltern bei 45MHz ist, je nach Bandbreite, recht gering, damit bestimmt hauptsächlich das Quarzfilter die IM Eigenschaften des Empfängers bei kleinen und mittleren Frequenzabständen. Bei einer rein passiven Lösung wird das QF um ganze 9dB "enlastet" (6dB vom Mischer + 3dB vom 90° Hybrid), die kommen direkt dem IP3 zugute.