L ARTE DEI FILTRI A TRAPPOLA Meeting ARI Fidenza 19/03/17 By iw2fnd Lucio
I filtri a trappola comunemente detti Trappole sono filtri risonanti di tipo parallelo, in grado di presentare un elevata impedenza nell intorno della loro frequenza di risonanza. Questi filtri se posti in serie ai bracci d antenna si comportano come un interruttore che resta aperto nell intorno della frequenza di risonanza; bloccando di fatto il transito della corrente nel tratto a valle. Al di sotto della frequenza di risonanza la trappola si comporta come INDUTTORE mentre al di sopra come CAPACITORE. Molto al di sotto e molto al di sopra della frequenza di risonanza le correnti non sono particolarmente ostacolate perché la trappola tende ad essere un cortocircuito.
Il risonatore parallelo, alla risonanza, presenta le reattanze capacitiva ed induttiva uguali ed opposte di segno. Questo evento si manifesta alla frequenza: f 0 1 2 L C Detta frequenza di risonanza
Alla frequenza di risonanza si ha la massima attenuazione. Però, è convenzione considerare già attenuate le frequenze a meno di 3dB intorno alla massima attenuazione. Infatti, il passaggio dalla conduzione al blocco avviene più o meno gradualmente. Ciò comporta che la radiofrequenza venga bloccata già prima di raggiungere la massima attenuazione e che continui ad essere bloccata ed anche appena dopo che si è superato il massimo. La distanza in frequenza a 3dB intorno alla massima attenuazione viene detta banda B. Con più la banda B è stretta con più il risonatore ha un fattore di merito Q alto. Il legame tra il fattore di merito Q, la banda B e la frequenza di risonanza è il seguente: Q La tipica banda passante di un filtro a trappola è la seguente: f 0 B
Risposta in frequenza di una trappola: diagramma tra 1 e 30 MHz
Purtroppo si devono utilizzare condensatori ed induttori reali; cioè afflitti da elementi parassiti. L elemento parassita più importante in una trappola HF è la resistenza di perdita dell induttore. Il condensatore in HF, se di buona qualità, si può considerare a perdite trascurabili. Il circuito equivalente di un risonatore a trappola può essere semplificato nel seguente modo:
La resistenza di perdita R S sposta la frequenza di risonanza: E modifica il valore del Q: L C R LC f S 2 0 1 2 1 2 0 2 0 ) (2 2 L f R R C f Q S S
Dalla formula della risonanza che abbiamo appena visto, data la frequenza f 0 di risonanza che vogliamo ottenere, dobbiamo scegliere i valori di induttanza L e di capacità C tra infinite combinazioni. Il metodo migliore per scegliere tali valori è quello di utilizzare il RADIOUTILITARIO di I4JHG, Rainero; scaricabile dal sito di ARI Scandiano: http://www.ari-scandiano.org
La costruzione della trappola richiede la scelta dei componenti e dei materiali migliori per l uso aereo ed in esterno. Per cui bisogna fare molta attenzione al peso ed alla resistenza alle intemperie, oltre che ai parametri elettrici di funzionamento. La scelta più importante è quella del condensatore che deve tenere la tensione e la corrente in risonanza. La scelta è obbligatoriamente orientata sui condensatori knobdoor al titanato di bario (TiBaO 3 ).
Dal sito di G3YNH, David; http://g3ynh.info/zdocs/comps/ Components and Materials, parte 6
Dal sito di G3YNH, David; http://g3ynh.info/zdocs/comps/ Components and Materials, parte 6
Dal sito di G3YNH, David; http://g3ynh.info/zdocs/comps/ Components and Materials, parte 6
Da Wikipedia https://it.wikipedia.org/wiki/codici_di_riciclaggio
Polietilene (PE) Polipropilene (PP)
Particolare attenzione bisogna riservare al supporto in plastica. Personalmente uso materiali per l edilizia/idraulica ove la robustezza, la resistenza alle intemperie ed il peso sono i parametri più importanti. La scelta cade quasi sempre su materiali che in acqua galleggiano (cioè hanno massa volumica inferiore a quella dell acqua) come il tubo per gli scarichi grigio in polipropilene (PP) da 40, 50 e 75mm (noto col nome del costruttore Rehau) oppure il tubo in poliethilene ad alta densità (PE-AD) nero sottile (noto col nome del costruttore Geberit); entrambi hanno massa volumica rispettivamente 0,96 e 0,91 g/cm 3 ; inferiore a quella dell acqua. Sono fortemente sconsigliati i tubi in PVC perché sensibili agli UV, con massa volumica di 1,60 g/cm 3 (molto superiore a quella dell acqua) e con forti perdite in HF. Buoni invece sono i tubi che contengono il silicone, ovviamente quando sono vuoti, perché sono in PoliEtilene (PE) e molto sottili (quindi leggeri); ma si trovano solo da 50mm. Polietilene (PE)
Ovviamente anche il filo che si usa per la bobina non deve contenere PVC. Quindi il comune cavo unipolare per impianti elettrici (N07V-K) non è da usare perché ha l isolamento in PVC. Il cavo migliore è quello in rame smaltato, utilizzato negli avvolgimenti dei motori e dei trasformatori. Il diametro del filo da utilizzare deve tenere conto della corrente massima RF che scorre nell induttore; solitamente piuttosto alta. La corrente RF che scorre in un conduttore tende a concentrarsi in un sottile strato di conduttore appena sotto alla sua superficie esterna (pelle). La profondità di penetrazione d rappresenta la distanza dalla superficie ove la corrente è diminuita del fattore 1/e. d f 1 (per i materiali non magnetici = 0 =1,25610-6 ) Dove f è la frequenza in MHz, e è la conducibilità del materiale in S/m (per il rame cu =5,8. 10 7 ). Già a 1MHz il 63% della corrente è confinato in 66 millesimi di millimetro attorno alla superficie del conduttore. A 10MHz lo spessore diventa 20 millesimi e a 30MHz è 12 millesimi di millimetro. m
Dal sito di G3YNH, David; http://g3ynh.info/zdocs/comps/part_1.html Components and Materials, parte 1 La resistenza tipica di un conduttore dipende: dalle dimensioni fisiche; dal materiale ed aumenta con la radice quadrata della frequenza di utilizzo.
COSTRUZIONE DELL INDUTTANZA Tubo: 30+40+30=100mm
Inserire due pagliette sotto ai bulloncini M4 INOX.
Collegare al condensatore due reofori, fatti con filo di rame argentato di grosso diametro.
Saldare i due reofori alle pagliette oppure direttamente sulla testa dei bulloncini.
Inserire la trappola sul banco di misura, preventivamente calibrato.
Misurare il transmission loss (S21) con un mini VNA; la f 0 = 3663 KHz e la banda passante a 3dB B = (3672-3652). 10 3 = 20 KHz.
Ora che abbiamo misurato la banda passante B e la frequenza di risonanza f 0 possiamo calcolare il Q: Q B f 3663 10 3 20 10 3 0 183 Il Q di un risonatore è un parametro molto importante. Da questo si può calcolare anche la resistenza parallelo: R P 6 6 Q 2 f0 L 183 23,02 10 19 10 80 10 3 Dalla resistenza parallelo R P, se la pensiamo causata dalla sola resistenza in serie all induttore, possiamo risalire alla resistenza serie R S : R S 3 RP 80 10 2, 1 183 1 39 2 2 Q
Infine, occorre misurare l attenuazione ai confini della banda passante concessa ( -24.37dB@3500KHz e -25.32dB @3800KHz) e l attenuazione che avremo nell altra banda utilizzata (-2.85dB @1830KHz).
Grazie per l attenzione. 73 de iw2fnd, Lucio.