Filterkurven mit FFT messen
Welche
Bandbreite hat mein ZF-Filter? Kann man die Kopplung verbessern
oder mit einer anderen Anpassung eine bessere Trennschärfe
erreichen? Irgendwie möchte man die Filterkurve sehen. Hier wurde
es mit einem USB-Oszi
mit FFT-Funktion versucht. Was man dazu braucht, ist ein
Signalgenerator mit großer Bandbreite. Z.B. ein
Impulsgenerator mit sehr kurzen Impulsen. Dabei ergibt sich ein breites
Spektrum. Das Signal wurde auf die Schnelle mit einem
Mikrocontroller ATmega88 erzeugt. Ein kleines Bascom-Programm reicht
aus:
'--------------------------------------------------------------
' ATMEGA88, 13,56 MHz
' Impulse ca. 500 ns, 200 Hz
'--------------------------------------------------------------
$regfile = "m88def.dat"
Config Portb = Output
Do
Portb = 255
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
nop
Portb = 0
Waitms 5
Loop
End
Das
Signal hat Nullstellen im Spektrum bei ca. 0,5/t und Vielfachen davon,
genau wie es im Physikbuch steht. Den Bereich bis 600 kHz kann man als
ausreichend flach betrachten, um Filterkurven bei 455 kHz zu messen.
Das Signal wird auf das 455-kHz-Filter gelegt. Am Ausgang ist das
Oszilloskop angeschlossen.
Wie erwartet sieht man eine abklingende Schwingung mit der Frequenz des Filters.
Umschalten
auf den Spectrum Analyzer zeigt das FFT-Spektrum und damit die
Filterkurve. Außer der eigentlichen Resonanz sieht man eine
Nullstelle unterhalb und Nebenresonanzen oberhalb 455 kHz. Das
Messergebnis zeigt auffallende Ähnlichkeiten mit typschen
Filterkurven, für Murata für seine Kermaikfilter angibt:
www.murata.com/products/catalog/pdf/p11e.pdf
www.murata.com/products/catalog/pdf/p05e.pdf
In meinem AM-FM-Radio habe ich versucht, mit zwei gleichen Filtern und einem Zwischenkreis ein besseres Ergebnis zu erzielen.
Das
Ergebnis ist leider nicht optimal. Die Filterkurve ist zu breit, und
man sieht zwei deutliche Höcker. Das bedeutet normalerweise, dass
beide Filter zu stark gekoppelt sind. Aber mehrere alternative
Schaltungen brachten immer ähnliche Ergebnisse.
Also ein Test mit dem alternativen 460-kHz-Filter: Es handelt sich offensichtlich um ein Keramikfilter mit vier Elementen.
Im Oszilloskopmodus sieht man eine Schwingung, die langsam ansteigt und langsam wieder abfällt.
Das
Spektrum zeigt eine Filterkurve mit einer Breite von ca. 10 kHz
und eine Weitabselektrion > 30 dB. Das Filter ist offensichtlich
wesentlich besser als zwei gekoppelte Einzelfilter. Dieses Filter (aus
einem Pollin-Filtersortiment) ist für den AM-Rundfunk etwas
zu breit und wurde vermutlich für tragbare Telefone oder andere
Schmalband-FM-Anwendungen eingesetzt. Ein Test im AM-Radio zeigt
trotzdem schon recht brauchbare Eigenschaften.
Zur genaueren Untersuchung habe ich das gefilterte ZF-Signal ausgekoppelt und mit dem Elektor-SDR
auf 460 kHz empfangen. Das Bild zeigt den Empfang eines DRM-Senders und
die flache Filterkurve mit einer Bandbreite > 9 kHz. Man sieht, ein
SDR-Empfänger leistet bei geringerer Bandbreite das gleiche wie
ein Spectrum-Analyzer. Sinnvolle Filtermessungen können auch mit
einem Rauschgenerator durchgeführt werden.
