Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

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DC9OE
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Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von DC9OE » Do Mär 21, 2019 5:12 pm


Liebe OM's,
bei dem Versuch die Grenzen der Intermodulationsfestigkeit des neuen STEMlab 16 auszuloten, bin ich auf ein Phänomen gestoßen, das ich auch schon in der CQDL in Heft 11/2018 beim Thema Bandfilter erwähnt habe.
T50 Eisenpulverkerne haben ihre Grenzen bzgl. Übersteuerungsfestigkeit, setzt man also ein Bandfilter als Anti Alaiasing Filter vor dem STEMlab 16 ein, misst man im Endergebnis die IM Festigkeit des Bandfilters (ca. +38dBm)

Da die Grenze sehr hoch ist, geht dieser Wert als Kompromiss sicher in Ordnung, schliesslich ist Platz endlich und ein Bandfilter für 11 Bänder lässt sich nur schwer mit größeren Kernen realisieren.

Für Messzwecke und als Tiefpass, der ja nur einmal vorhanden sein muss, kann man etwas grosszügiger sein - ich habe deshalb einen Tiefpass mit T94 Kernen aufgebaut den ich hier zum Nachbau vorstellen möchte.

Zunächst wurde der Tiefpass mit Elsie simuliert, Ziel war es das 6m Band noch durchzulassen aber die 122,88MHz der Clock zu unterdrücken und damit auch alle anderen Alaias Produkte.

Die zugehörige Schaltung sieht so aus:
TP Schaltung.JPG
Der zugehörige simulierte Frequenzgang ergibt sich dann wie folgt:
TP Frequenzgang berechnet.JPG
Das Filter wurde dann aufgebaut, Wickeldaten sind 1x 5 Windungen (innere Induktivität), 2x 4 Windungen (die beiden äusseren Induktivitäten)
Zum Einsatz kamen zudem Glimmer C's und Porzellan Trimmer für die Schwingkreis C's (diese Trimmer können durch Festwerte oder Lufttrimmer ersetzt werden - ich habe sie aus einem Ausbau ansonsten sind sie zu teuer).

Der Aufbau der Schaltung sah dann so aus:
IMG_8263.JPG
Dazu die Messdaten - zunächst bis 200MHz:
TP bis 200MHz.JPG
Man sieht dass die Unterdrückung der 122,88Mz Clock recht gut gelingt - sicher könnte man das Filter auch in Kammern bauen und evtl noch bessere Werte erreichen.

Und nun im Durchlassbereich:
TP Durchgang bis 55MHz.JPG
Viel Spass beim Nachbau.

73,Edwin - DC9OE

PS. falls jemand hier die fertigen Mini Circuits Tiefpässe eingesetzt hat wäre es mal interessant deren IM Verhalten zu erfahren, da sie sehr viel kompakter aufgebaut sind dürften sie der limitierende IM Faktor beim Aufbau eines RX mit Stemlab 16 sein???

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dj1yr
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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von dj1yr » Fr Mär 22, 2019 5:57 am


Hallo,

bei Hermes und Nachfolgern werden ja MCL RP-50+ (RP40+) eingesetzt, das sind SMD LPF, die IP3 liegt dabei +50dbm (Angaben lt. Internet, nicht nachgemessen)

Wie ist denn die IM Festigkeit des Filters mit T94 Kernen?


Wie verhalten sich SMD Induktivitäten?
Wenn ich mir die Anan 7000/8000er Serie anschaue, haben diese SMD Induktivitäten im BPF.


Bei Hermes in Kombination mit Alex hatte man damals keine Verschlechterung der IP3 festgestellt, dort ist der HPF und LPF mit T50 kernen aufgebaut.

habe meine Anti Aliasfilter als 11. Ordnung mit T68 aufgebaut (HPSDR System und nutze diese auch für den TX), Dämfung bei 2F >90db

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f6itu
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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von f6itu » Fr Mär 22, 2019 11:20 am


Hi
in fact, the "Alexiares" structure of the lpf section is in the TX path, and the 6m lpf filter is permanently "in circuit". In other words, when receiving, the signal goes thru a first "toroid based" antialiasing filter AND the MCL integrated lpf located at each RX input, just before the ADC driver.

I'm not particularly found of a "full smd" hpf section, as the Q and other limitations of each component is far lower than the one obtained with large toroids (ref: the PA3AKE writting concerning the IM of toroids in his "h-mode mixer frontend" ,
https://martein.home.xs4all.nl/pa3ake/h ... intro.html
chapter "back to the toroids and imd"

imho, the use of smd components in some commercial appliances has essentially been dictated by economical considerations (and the bpf architecture is another nonsense on a DDC/DUC architecture, once again, imho).

I may be wrong, but in this case, I'm not the only one :-D
73'
Marc

ps : on my 14 bits Red pitaya board, I'm using the very same approach DC9OE described in his post

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DC9OE
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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von DC9OE » Fr Mär 22, 2019 12:11 pm


Hi Rene, Marc thanks for the comments.
Regarding the Mini Circuits Filters it would be great if someone could check them (never trust the marketing sheets ... :-) ) - regarding SMD's I agree, they should not be used in High End Radios and the only reason they are, is cost.
Wound coils are terribly expensive to manufacture, this is why we plan to make our 11Band preselector board also available with just the 1% tolerated SMD C's populated - the rest to be done manually.
This will cut the cost of the filter board dramatically (coils alone are in the range of 150€ when manufactured commercially).

Rene, your question regarding IMD of T94-x Cores is something I would love to answer but the measurement equipment available to me is simply not good enough to measure it (should be way above +50dBm I guess and would require clean douple tone outputs in the watts range).

So what was the outcome now of using the filter above - I have tried to find out yesterday and it has brought my measurement equipment to its limits

The setup used :

R&S SML03 with ALC switched off
R&S SML02 with ALC switched off
10dB Attenuator on the output of each Signal Generator (for improved isolation - more would be better but the power output of these generators is not high enough)
MINICIRCUITS Coupler ZFSC-2-2
The Low pass filter above
A 3dB attenuator behind the low pass filter for better impedance matching to the Stemlab board .

With this setup I achieved the following numbers:
IP3_1.JPG
IP3_2.JPG
So if I am not wrong, the outcome of this exercise is an IP3 of +40,5dBm - slightly better than with using T50 cores in the filter (35 to 38dBm).

I still don't know if this is now the limitation of Stemlab or the limitation of my measurement setup - in case someone has the chance to double check please do so.

In any case I think STEMlab 16 is really good now and can be used as the core of a high quality TRX with very high dynamic range (MDS is -122dBm @500Hz BB so input Range is now from -2dBm to -122dBm) .

Kind regards, Edwin - DC9OE

PS: sorry to all germans for switching to english but I wanted to give Marc a chance to participate in the discussion

And for anyone interested in our Charly 25 Boards, please see us at: www.smartradioconcepts.com

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von DC9OE » Fr Mär 22, 2019 7:00 pm


Guy's I have checked the PLP50+ Datasheet - it does not give any IP3 numbers....
If someone could measure them this would be very intersting.
All other filter parameter look reasonable (insertion loss is a bit high so..)

73, Edwin - DC9OE
MINICIRCUITS PLP50+.JPG

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von dj1yr » Sa Mär 23, 2019 11:02 am


denke mal da werden kleine Luftspulen drin sein, oder SMD´s mit Teflon als Wickelkörper.
Meine 6m LPF´s sind auch mit Luftspulen gewickelt.

zu Alex, der LPF und HPF arbeiten Empfangsseitig, durch zusammenschalten von HPF und LPF kann man verschiedene Bandfilter erzeugen, hat den Vorteil das man keine Unmengen an BPF´s benötigt und noch extra einen LPF für den Sender.

Noch was zum Kernmaterial, das 6er ist für 6m so lala, besser 10er Material (Schwarze Kerne)

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von DC9OE » Sa Mär 23, 2019 3:23 pm


Rene, danke für den Hinweis zu den Kernen - ist mir bewusst die Bastelkiste gab nur gerade keine T94 Kerne Typ 10 her.
In unserem RX Filterboard und auch im C25 Mainboard sind natürlich Typ 10 Kerne für 6m drin.

Aber am Dämpfungsverlauf des Filters kann man auch sehen dass die Typ 6 Kerne in diesem Fall kein Problem darstellen die Verbesserung beim Einsatz von Typ 10 läge im Zehntel dB Bereich...

Was das Minicircuits Filter betrifft hast Du vermutlich recht, ich frage mich nur warum dann die Dämpfung doch relativ hoch ist.

73,Edwin

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von dj1yr » Di Mär 26, 2019 4:41 am


Hallo Edwin,

meine Erfahrung ist, das die 10er Kerne auf 6m im LPF für einen TX besser funktionieren, also die Erwärmung ist nicht so hoch, was wohl aber im RX-Fall recht egal sein dürfte.

zu den MCF, ich vermute das sind die gemittelten schlechtesten Werte auf Grund von Fertigungstoleranzen, leider habe ich solch einen Filter nicht da, sonst hätte ich diesen durch gemessen.

Was ich damals mal Vermessen habe, war der LPF von Hermes für den TX (der war ab der Rev.2 verbaut worden), jener hat die Bezeichnung FL20 auf dem Board und befindet sich bei der TX-SMA Buchse. (ist auch von MC)
Wie man im pdf sieht, nicht wirklich gut, deswegen habe ich diesen damals entfernt (mit C gebrückt) und direkt einen Eigenbau LPF an der SMA Buchse gehabt, schon stieg die Leistung auf gut 650mW und 350mW auf 6m an, bei besserer Anpassung.


Wie sieht eigentlich das TX Spektrum (bis 200Mhz) vom neuen RB 16bit aus?
Dateianhänge
hermes fl20.pdf
(184.12 KiB) 30-mal heruntergeladen
Zuletzt geändert von dj1yr am Mi Mär 27, 2019 5:45 am, insgesamt 2-mal geändert.

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von DC9OE » Di Mär 26, 2019 5:18 pm


Hallo Rene, Dein gekauftes Filter sieht ja wirklich nicht gut aus.

Bzgl. der Kerne gebe ich Dir recht, deshalb habe ich in unserer PA für 6m auch ausschliesslich 10er Kerne verbaut, im Empfangszweig auf dem C25 Mainboard ebenfalls.
Das Tiefpassfilter zum Testen ist wie gesagt nur aus der Not geboren - ich hatte keine anderen Kerne in der Bastelkiste die so groß waren.

Dachte dann aber ich stelle es hier rein weil die Daten doch recht gut sind und nicht jeder Funkamateur einen Messpark daheim hat - Nachbau wird so sehr einfach ohne Messen möglich.

Für die CQDL hab ich gerade die TX Oberwellen gemessen (für Heft 5/2019 hab ich einen STEMlab 16 Artikel geschrieben) , anbei die Ergebnisse:
Oberwellen.JPG
Grundsignal ist 14,1MHz/0dBm
Man sieht, ein Filter hinter dem STEMlab ist ziemlich nützlich... hi
Ausserdem kann man sehen dass das 2m Signal um ca 20dB unter dem 14MHz Signal liegt - man braucht also neben einem sehr steilflankigen Bandpass auch noch ziemlich viel Verstärkung wenn man es zum Senden verwenden will.
70cm macht dann keinen Sinn mehr - das Signal ist zu klein und es treten auch noch andere Nebenwellen auf - allenfalls als Testsignal für ein Filter oder so kann man es brauchen.

73, Edwin - DC9OE

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von dj1yr » Mi Mär 27, 2019 5:53 am


Hallo Edwin,

ja, der Hermes TX LPF ist nicht so optimal, deswegen hatte ich das auch ausgebaut.


das TX Spectrum des RP sieht aber nicht gerade schön aus, ist da irgend eine Gainstufe drin oder ist das direkt der DAC Ausgang?

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von DC9OE » Mi Mär 27, 2019 9:44 am


Rene, das Spektrum des STEMlab ist exakt so wie es sein soll.

Im STEMlab 16 sind keine Antalaising Filter drin und deshalb erscheinen alle Oberwellen die im DAC naturgemäss erzeugt werden am Ausgang.
Das ist ganz normal so, auch das Spektrum eines jeden DDS Generators sieht so aus.

Bei 14Mhz Grundwelle erhältst Du Signale bei Clock +/-14MHz, 2xClock +/-14MHz, 3x Clock +/-14MHz .... n x Clock +/-14 MHz und das ist es was Du hier am Spektrumsanalyzer siehst.
Das geht bis weit über 2GHz so.

Deshalb gehört hinter jeden DAC Ausgang ein Tiefpassfilter, oder wenn Du bei 145MHz damit senden willst ein steilflankiges Bandfilter.
Im STEMlab 14 sind diese TP Filter integriert - im STEMlab 16 auf unseren Wunsch hin nicht, damit hat man erweiterte Möglichkeiten zur Nutzung der Oberwellen.
(2. und 3. Nyquist Zone für 4m und 2m)

Ich hoffe das ist jetzt nachvollziehbar.

73,Edwin

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von f6itu » Mo Apr 01, 2019 7:43 am


... just a short note to DC9EO

Please Edwin, keep on writting in German. I really can read your language (und ein wenig Bayerisch also) without difficulties (6 years of German at school) but I would feel ashame if you could see how much bad my German grammar is.
VY 73'
Marc f6itu

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von f6itu » Mo Apr 01, 2019 8:12 am


Just another general remark

Completely agreed with Rene opinion : original Hermes lpf is not the best you can find. But using an 9th order filter would have taken quite a lot of place on the board.
some real improvement could be done, using T68 -or T60 at least- toroids. The original filter uses T50 only. Using capacitors with a far better Q will help considerably too. In other words, keeping the very same structure than the one designed by Phil Harman but with better component will offer better performances without changing a lot of things.

Performances of the Mini Circuit RPL50+ are definitely not exceptional. I'll try to follow Rene's advice, bypassing this filter and adding another permanent hi-Q 55 MHz lpf.
Tnks for the idea

Marc

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Re: Ein sehr übersteuerungsfestes Tiefpassfilter (Anti Alaiasing) für STEMLAB 16

Beitrag von DC9OE » Mo Apr 01, 2019 10:26 am


Hallo Marc, danke für Deinen Kommentar bzgl. Sprache.... :-)

In Bezug auf Filterkerne, T50 sind bei etwa +38dBm was eigentlich als Kompromiss gut genug sein sollte. Wer es wirklich perfekt machen will erzielt sicher mit T68 das Optimum.
Mehr ist nicht nötig - ich hatte nur deshalb T94 genommen weil gerade nichts anderes da war.

Was die Kondensatoren betrifft, bei der Nutzung von SMD 805 / NP0 habe ich noch keine negativen Effekte bemerkt.
Deren Güte scheint in jedem Fall weit höher zu sein als die einer jeden Spule.
Glimmer ist sicher das Optimum aber einfach zu teuer und daher im Allgemeinen nicht sehr praktikabel.
(bei der HAMVENTION in Dayton habe ich jemand gefunden der hat sie für 0,45$ verkauft, da hab ich dann eine größere Menge mitgenommen und setze sie ab und an zum Vergleich ein....)

73,Edwin - DC9OE

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