Ein Tiefpaßfilter 5. Ordnung mit 69 MHz aufgebaut für den ADF4351

Der ADF4351 liefert im kleinsten Bereich Frequenzen von 33 MHz bis 69 MHz aus seinem eingebauten Teiler mit ca. 1mW als Rechtecksignal. Ich möchte die Oberwellen weg bekommen und habe dazu einen Tiefpaß aufgebaut mit einer Grenzfrequenz von 69 MHz.

Das Rechtecksignal hat die ungeraden vielfachen enthalten, also die 3-fach, die 5-fache usw. Frequenz mit 1/3 Amplitude, 1/5 Amplitude usw.

Das heißt für meinen Tiefpaß, ich möchte bei der tiefsten einstellbaren Frequenz von 33 MHz schon die 3-fache Frequenz, also 99 MHz unterdrücken und auch die 5-fache Frequenz, also 165 MHz. Der Tiefpaß soll aber meine höchste gewünschte Frequenz von 69MHz noch passieren lassen.

Dafür habe ich einen Chebychev Tiefpaß 5. Ordnung berechnet, es sind also 5 Blindelemente enthalten. Ich habe dafür den Aufbau mit 3 Kondensatoren und 2 Induktivitäten gewählt. Die Schaltung wurde mit dem Ansoft Designer SV durchgerechnet.

Hier der Simulationsaufbau:

Und das Ergebnis mit S21 ist:

Bei der Auswahl der Bauelemente sind glücklicherweise fast Normgrößen aus der E12 Reihe raus gekommen, sodaß ich den Tiefpaß sofort auf einer Streifenraster Platine mit SMD Bauteilen aufbauen konnte.

Hier der Aufbau:

Eine Lochrasterplatine mit zwei SMA Steckern. Links ein 68 nF Kondensator gegen Masse dann die Induktivität mit 150 nH in Reihe, in der Mitte ein 100 nF Kondensator nach unten und ein 6,8 nF Kondensator nach oben gegen Masse. Dann wiederholt sich das ganze. Mit ein wenig mehr Lötzinn sind die Löcher der Lochrasterplatine glatt gezogen und geschlossen worden.

Mit dem Sitemaster habe ich die Transmission des Tiefpaß gemessen und habe auf Anhieb gute Werte erhalten:

Auf der Grenzfrequenz von 69MHz ist die Dämpfung -1,5dB, das ist prima getroffen.
Bei 99 MHz ist die Dämpfung -16bB, also nicht ganz so hoch wie simuliert mit 21dB, aber immer noch gut.
Im Durchgang ist die Welligkeit kleiner 1,7dB und damit auch noch in Ordnung.

Und am Oszilloskop sieht das dann so aus.

Oben im Bild ist die original Ausgangsspannung vom Frequenzteiler Ausgang des ADF4351 zu sehen und unten im Bild der Sinus hinter meinem Tiefpaß Filter. Das sieht sehr sauber aus hier bei 69MHz. Bei 33MHz hat er noch eine kleine Spitze auf der Sinuswelle, ist ansonsten aber auch gut gefiltert.

Die kleine Spitze deutet auf Oberwellen hin. Die eingebauten Induktivitaten haben eine Eigenresonanz von ca. 620 MHz lt. Datenblatt, mal sehen was da los ist.

Hier das Frequenzspektrum für 69 MHz bis 500 MHz:

Die 69 MHz sind mit -1,5 dBm zu sehen
Bei 207 MHz, 345 MHz und 483 MHz ist die Leistung bei -40 dBm und kleiner, also prima unterdrückt durch den Tiefpaßfilter.

Dann muß das noch höher liegen.
Hier das Frequenzspektrum bis 1,5 GHz:

Bei 760 MHz gibt es eine Spitze mit -25 dBm. Das ist meine kleine Verzerrung.

Die Tiefpaß Filterkurve S21 geht auf -12 dBm zurück bei 700-900 MHz. Dadurch sind hier noch Frequenzen die nur etwas gedämpft passieren können. Abhilfe könnte hier eine Induktivität mit einer höheren Eigenresonanz bringen, mir reichen die Werte aber so aus.

Damit habe ich jetzt einen Ausgangsfilter für die unteren Frequenzen des ADF4351.

Verwendet wurden:
Streifenrasterplatine 3 x 1 cm
2 x SMA Stecker zum direkten anlöten auf der Platine mit 1,7mm Dicke
Kapazitäten SMD 0603 Baureihe
Induktivitäten SMD 1206 Baureihe

von Matthias Busse

Ein Nachtrag:
Weitere Versuche haben ergeben, daß diese einfache Technik mit einer 4cm langen Streifenraster Platine bei ca. 600MHz an Ihre Grenzen trifft, da es keine ordentliche 50 Ohm Leitung im Durchgang ist und mit dem aufgebrachten Lötzinn auch zusätzliche Kapazitäten gegen Masse entstehen. Irgendwo in dem Bereich 600-1000 MHz wird der Tiefpaß Filter dann wieder die Frequenzen passieren lassen.

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