Pi-Filter und Oberwellendämpfung       

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Ein Amateurfunksender darf keine Oberwellen abgeben, die nicht mindestens um 40 dB unter dem Nutzsignal liegen. Für einen 100-W-Sender bedeutet das, dass keine Oberwelle mit 10 mW abgestrahlt werden darf. Während heutige Transistor-PAs mehrstufige Tiefpassfilter verwenden, hat man sich bei den älteren Röhren-PAs ganz auf das Pi-Filter mit einer Spule und zwei Drehkos verlassen. Es gab eine Faustregel dazu: Wenn der PA-Kreis eine Güte von 12 hat, werden die Anforderungen erfüllt. Diese Faustregel wollte ich nun einmal mit einer LTspice-Simulation überprüfen. D1 und R1sollen ein vereinfachtes Modell der Endröhre darstellen.




Die blaue Kurve zeigt den Stromverlauf der Diode. Die Sinusquelle hat eine Amplitude von 10 V bei 7 MHz. Der Anodenkreis ist in Resonanz. An C1 ergibt sich eine Amplitude von ca. 9.5 V. Die Ausgangsamplitude an C2 beträgt ca. 0,6 V. Aus dem Verhältnis 9,5V/0,6V kann man abschätzen, dass die Güte mindestens ca.16 ist.




Die Fourier-Analyse des Ausgangssignals zeigt die gedämpften Oberwellen. Die stärkste Oberwelle bei 21 MHz ist tatsächlich etwas besser als 40 dB unterdrückt. Wenn man die Spannungen auf einen Sender mit der Anodenspannung 1000 V überträgt, bekommt man am Ausgang eine Amplitude von ca. 60 V, also einen Pegel von 43 V und damit eine Ausgangsleistung von 43 W.



Da ist noch etwas mehr drin, denkt man dann und stellt den Load-Drehko auf eine etwas kleinere Kapazität, also festere Kopplung. Der Plate-Drehko muss dann meist etwas nachgestimmt werden. Tatsächlich, jetzt bringt die Simulation eine Ausgangsamplitude von 0,9 V, entsprechend 90 V in der Realität. die Ausgangsleistung an 50 Ohm ist damit 81 W. Aber natürlich ist die Kreisgüte nun etwas geringer. Reicht die Oberwellendämpfung noch?




Sie reicht gerade eben! Die stärkste Oberwelle liegt diesmal bei 14 MHz und liegt fast genau um 40 dB unter dem Nutzsignal. Das war alles recht problemlos, weil die Betriebsspannung um ein Vielfaches über der Ausgangsspannung lag. Deshalb steckt da eine erhebliche Energie im Schwingkreis. Die Spule hat bei 7 MHz einen induktiven Widerstand von 430 Ohm. Da fließt also ein HF-Strom von ca. 2 A, also etwas mehr als der Ausgangsstrom von 1,8 A, beides jeweils in den Spitzen. Die HF-Amplitude an der Anode beträgt 850 V, entsprechend 607 V effektiv bei 1,4 A effektiv. Damit schwingt eine Leistung von 850 W zwischen Spule und Drehkos hin und her. Verglichen mit den 81 W Ausgangsleistung käme man auf eine Güte von 10,5. Alles nur grob überschlagen und über den Daumen gepeilt. Die Faustregel mit der Güte 12 scheint aber gut zu stimmen.

Eine reale Messung an meinem alten TS-520S mit Röhrenendstufe hat gezeigt, dass er sogar eine Oberwellenunterdrückung von 50 dB schafft. Alles nur mit dem Pi-Filter, ein Sender in 50-Ohm-Technik muss sich da etwas mehr anstrengen.




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