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Collins-Filter

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Papers » Basic principles of radio technique » Collins-Filter
           
Dietmar Rudolph
Dietmar Rudolph
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14.Nov.14 19:59
 
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Die Realisierung eines MW-Mikro-Senderchens aus den Niederlanden nutzt als Ausgangsfilter das "Collins-Filter", eine spezielle Form eines Π (oder π ) Filters.  (Schaltungs-Ausschnitt der Version 2)

Der Name "π" kommt von der Anordnung der Filter-Elemente (Kondensatoren und Spule).

Im Amateurfunk ist das Collins-Filter für die Anpassung einer KW Antenne bekannt. Hier zwei Beispiele dazu aus "Schultheiss, K.: Der Kurzwellen-Amateur, 8. A., Frankh, 1960" und "Diefenbach, W.W.: Amateurfunk Handbuch, 8.A., Franzis, 1970"

Die Schaltung c) entspricht hier der Filterschaltung des Mikro-TX.

Das Collins-Filter ist eine spezielle Form eines Anpaß-Netzwerkes, das aus 3 Reaktanzen besteht. in "Terman, F.E.: Radio Engineers' Handbook, McGraw-Hill, 1950, pp.210 - 213" finden sich (Formeln und) Graphiken, mit denen sich ein solches Anpaß-Netzwerk dimensionieren läßt. 

Die Anpaß-Netzwerke können dabei entweder Π-Form (links) oder T-Form (rechts) haben. Beide Formen sind gleichwertig und können in einander umgerechnet werden.

Die Parameter-Werte a, b, c können in Abhängigkeit vom gewünschten Phasenwinkel β zwischen Ein- und Ausgangsspannung (Ausgangsspannung nacheilend) aus Graphiken entnommen werden. Dabei ist vorausgesetzt, daß R1/R2 > 1 ist. Ist die Ausgangsspannung voreilend, wird β negativ. Dadurch werden die Vorzeichen der Reaktanzen negativ. (Diese Graphiken entstanden durch Auswertung der zugehörigen Formeln.)

Wenn man sich nicht auf einen ganz bestimmten Phasenwinkel zwischen Ein- und Ausgangsspannung festlegen will, ist ein solches Anpaß-Netzwerk recht flexibel einstellbar, wie z.B. aus der Amateurfunk-Praxis bekannt ist.

Im Fall des Mikro-TX braucht nur der Trimmer C17 so eingestellt zu werden, daß Resonanz eintritt. Der erforderliche Wert für die Längs-Induktivität wird dafür nur in Stufen verändert.

Die Resonanz stellt man so fest, daß ein Maximum entsteht, das beim Verdrehen des Trimmers sowohl nach größeren Werten, als auch nach kleineren Werten, wieder verlassen wird.

Im Unterschied zu der Lösung mit einem Schwingkreis, ist die Antenne am Ausgang des  Π-Filters allerdings "handempfindlich", weil sich bei Annäherung eines Leiters die (effektive) Größe der Ausgangs-Kapazität ändert und dadurch eine Verstimmung entsteht.

MfG DR

Dietmar Rudolph
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15.Nov.14 14:35

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Anpaßfilter in "L"-Form

Wird in den Anpaß-Schaltungen von Fig. 74 der Wert für den Parameter "c" zu c → ∞ gewählt, so ergeben sich Anpaß-Schaltungen in L-Form. Da nun ein Parameter weniger gewählt werden kann, ist der Phasenwinkel β zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung nicht mehr frei wählbar. Er kann nun maximal ± 90º werden. (β ist für praktische Zwecke meist ohne Interesse.)

Es gilt auch hier, daß R1 > R2 ist. Die Seite von R2 ist niederohmiger als die Seite von R1. Gegenüber dem Schaltbild der Version 1 des Mikro-TX sind die Schaltbilder der L-Anpaßnetzwerke also gespiegelt dargestellt.

Berücksichtigung von Verlusten im Anpaß-Netzwerk

Verluste im Anpaß-Netzwerk entstehen vor Allem in den Spulen, weniger dagegen in den Kondensatoren.

Es wird daher angenommen, daß die Verluste im Anpaß-Netzwerk nur in den Spulen entstehen, die eine Güte Q haben sollen. Dadurch erhält das Anpaß-Netzwerk eine Güte δ. Für die Verluste im Anpaß-Netzwerk gilt dann:

(Verluste im Netzwerk) / (an das Netzwerk gelieferte Leistung) = δ/Q  (115)

Die Werte für δ können den Figuren 79 & 80 entnommen werden.

Diese beiden Schaubilder gelten für die Anpaß-Netzwerke von Abb. 74 (Π bzw. T). Für die L-Form der Anpaß-Netzwerke gelten die jeweiligen gestrichelten Kurven.

Wie man erkennt, steigen die Verluste dann, wenn das Transformationsverhältnis R1/R2 groß wird.

Für die Π bzw. T Strukturen steigen sie weiter an, wenn (je nach Typ) ein besonders kleiner oder besonders großer Phasenwinkel β gewünscht wird.

Reduktion von "Harmonischen"

Soll im Ausgangssignal eines Sender eine bestimmte Harmonische, z.B. die Dreifache der Trägerfrequenz, unterdrückt werden, so können die Anpaß-Netzwerke durch Sperr- oder Leitkreise (trap) ergänzt werden, wie am Beispiel der T-Form  gezeigt wird.

Lit. "Terman, F.E.: Radio Engineers' Handbook, McGraw-Hill, 1943, pp.213 - 214"

MfG DR

  
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