[]

Dimensionnement de filtres

passe bas VHF/UHF pour fortes puissances en éléments tubulaires

 

par Dominique - F1FRV

Ces filtres sont très utiles, voire indispensables, pour placer derrière un amplificateur de forte puissance.
Pour un filtre VHF dimensionné avec un rapport d’impédance des lignes LC de 14, les pertes d’insertion sont inférieures à 0.05 dB et le TOS inférieur à –35 dB (1.036/1) dans la bande.
L’atténuation de l’harmonique 3 est d’environ 58 dB pour 7 pôles, d’environ 80 dB pour 9 pôles, et , pour un 13 pôles, l’atténuation de l’harmonique 2 est d’environ 100 dB. 

Au vu des dimensions physiques des composants, ces filtres peuvent accepter des puissances de quelques kW sans peine. Choisir des connecteurs adaptés à la puissance. Les prises N acceptent 1.5 kW à 144 MHz sans trop chauffer, mais c’est la limite… Au delà des prises HN, DIN 7x16 ou EIA 7/8 sont préférables. 

Cette conception est adaptable en 7 pôles de la bande 2m à la bande 70 cm, en 9 pôles de la bande 2 m à la bande 23 cm, en 13 pôles de la bande 70 cm à la bande 13 cm. Au delà les dimensions sont soit trop grandes, soit trop petites. Un filtre 7 éléments 145 MHz en tube cuivre de diamètre 26x28 mm avec l’âme en tige filetée de 2.5 mm et les capas en tube cuivre de 22 mm mesure environ 830 mm de longueur. 

La base de dimensionnement des filtres est :
Passe bas, Tchebychev, nombre de pôles : 7 ou 9, selfs en entrée, ondulation 0.01 dB,  et pour filtres à 13 pôles: Passe bas, impédance variable à 6 cellules (13 pôles), selfs en entrée.
Les valeurs des selfs et capas pour les filtres Tchebychev ont été calculées avec RFSIM99, un « freeware » disponible sur le NET.

Les calcul tiennent compte des discontinuités d’impédance causées par les variations de diamètre des lignes, qui ont pour effet de modifier la valeur des éléments, en ajoutant une capacité parasite à la masse lors de la transition de diamètres. Il tiennent également compte de la modification d’impédance et de longueur des lignes d’entrée et de sortie, lors du raccordement sur les connecteurs d’extrémité.

Les feuille de calcul EXCEL pour les filtres à 7, 9 et 13 pôles permettent de dimensionner les filtres  avec les éléments dont vous disposez, ou que vous pouvez approvisionner au magasin de bricolage ou de modelisme voisin. L'idéal pour le conducteur central est de la tige filetée de 2 mm en laiton (avec écrous).

IL EST TRES IMPORTANT DE MESURER AVEC PRECISION ( 0.01 mm) LES DIAMETRES DES ELEMENTS !!!!! (même celui de la tige filetée de 2 mm). Cliquer ici pour voir ce qui peut arriver.

Un rapport entre les impédances des capas et des selfs supérieur à 13.5 est souhaitable. En dessous de 12 cela ne fonctionne plus correctement…

Pour information, pour un filtre 7 pôles : avec un rapport de 11.2, l’harmonique 3 est à -51 dB, et le TOS pas très bon…
Avec un rapport de 14.0, l’harmonique 3 est à -58 dB, avec un rapport de 15.3, l’harmonique 3 est à -60 dB,
avec un rapport de 17.2, l’harmonique 3 est à -61 dB, avec un rapport de 22.4, l’harmonique 3 est à -63 dB. 

Vous pouvez, avant réalisation, simuler les filtres conçus à l’aide des feuilles EXCEL, en entrant les valeurs des lignes calculées (sans corrections) dans un logiciel de simulation comme RFSIM99 (le plus convivial), ou QUCS. Ce sont tous des « freewares » permettant ce genre de simulations. Les liens pour telechargement sont dans la page "LINKS"…
Si vous disposez de logiciels professionnels permettant ce genre de calculs, comparez, et faites moi passer les résultats obtenus, cela me permettra peut être d’affiner ma technique. 

Avant de vous lancer dans la réalisation, assurez vous que vous pourrez faire usiner les pièces avec un tour, car une précision de l’ordre de 1 à 2/10ème de mm au minimum (VHF & UHF) est nécessaire pour garantir le résultat.

L'idéal, pour les meilleures performances, est d'avoir le conducteur central en tige filetée de 2 mm laiton, utilisée entre autres, en modelisme. Avec des écrous cela permet de régler les espacements avant soudure. Pour l'assemblage, utiliser un bout de corniere acier de ~40 mm, ceci permet un bon centrage des éléments.

Suite à ces simulations, des filtres ont été réalisés. Les mesures confirment les calculs, les simulations, et le choix final des paramètres des filtres qui apportent le plus de réjection de l’harmonique 2 ou 3, avec un TOS acceptable. 

Feuille de calcul EXCEL    LP7_145_26222.5.XLS

 

Nomenclature    LP7_145_26222.5.XLS

Simulation avec RFSIM99

 Résultats de simulation du filtre 7 éléments 145 MHz, ondulation 0.01 dB. Courbe de TOS 

Résultats de simulation du filtre 7 éléments 145 MHz, ondulation 0.01 dB

 

Pour comparaison , résultats de simulation du filtre 7 éléments 145 MHz, ondulation 0.0001 dB
Résultat à l’harmonique 3 : -48db seulement au lieu de –58  pour le filtre avec ondulation 0.01 dB

Feuille de calcul EXCEL    LP9_435_26222.5.XLS 

 Résultats de simulation du filtre 9 éléments 435 MHz, ondulation 0.01 dB

Feuille de calcul EXCEL    LP13_1255_26222.5.XLS

 

Résultats de simulation du filtre 13 éléments 1255 MHz, à impédance variable

Quelque photos de filtres réalisés. Envoyez moi les vôtres...

Les feuilles de calcul EXCEL pour 7, 9 et 13 pôles, plus un utilitaire de calcul sont disponibles ici au téléchargement

Bon trafic à tous, sans brouillage des voisins, grâce à un bon filtre….

Dominique - f1frv@sfr.fr

Retour au menu