Filtros con Stub: I - Sencillos

La posibilidad de instalar trampas que actuen como filtros es una idea que me ha cautivado y en la que quiero profundizar dado la facilidad para su instalación mediante una T, de fácil construcción pues solamente precisa un trozo de cable coaxial y su fácil  ajuste mediante un analizador de redes  como nanoVNA.

TEORIA

La teoría dice que un stub de  λ/4:

• en abierto actua como trampa  (la atenua) para la frecuencia de resonancia, y sobre sus armónicos (numero entero de medias longitudess de onda)
• en corto actua deja pasar la frecuencia de resonancia  

Si se quieren sumar los efectos de dos stubs deben colocarse a λ/2 uno de otro.

El ancho de banda (-3dB)  de un filtro trampa o de hendidura es +/- 10% la frecuencia central por ejemplo ajustado a 145 MHz (130-160 MHz)

Esquema explicativo de lo que pasaa con un stub o codo de λ/4 en circuito abierto o en circuito cerrado 
Fuente: https://www.onallbands.com/simple-filters-from-transmission-line-stubs/

Tabla del comportmiento de los stubs. 

Un stub de λ/4  en corto para 160m deja pasar la banda 1,75 pero atenua las de 3,5 MHz λ/2; 7 MHz λ; 14MHz 2λ y 28 MHz,4λ  atenuando pues los armónicos

Un stub de λ/4  en abierto para 40m deja pasar las bandas de 14MHz  y  28 MHz, y anula las de de  7 MHz ; y 21 MHz

Fuente: https://www.onallbands.com/simple-filters-from-transmission-line-stubs/

PRÁCTICA

Vista general del montaje del nanoVNA con la T y el latiguillo

Detalle del montaje del nanoVNA con la T y el latiguillo

Curva de respuesta que nos da el nanoVNA conectando la entrada y la salida con un latiguillo coaxial con una T

Curva de respuesta obtenida en el nanoVNA conectando la entrada y la salida con un latiguillo coaxial con una T en la que se ha conectado un cable coaxial de 620mm de longitud con la terminación abierta.

Curva de respuesta obtenida en el nanoVNA conectando la entrada y la salida con un latiguillo coaxial con una T en la que se ha conectado un cable coaxial de 620mm de longitud con la terminación en corto.

Curva de respuesta obtenida en el nanoVNA conectando la entrada y la salida con un latiguillo coaxial con una T en la que se ha conectado un cable coaxial de 620mm de longitud con la terminación en una carga de 50 ohmios

Interpretación de resultados

• El cable de 630mm equivale a una frecuencia de resonancia teórica de 483 MHz (1,26m).
• La introducción de una T, entre la salida y entrada del analizador de redes, no modifica la curva de respuesta que es plana con una pequeña pendiente negativa con la frecuencia.
• La introducción de una T con un latiguillo terminado en una carga de 50 ohmios, entre la salida y entrada del analizador de redes, no modifica la curva de respuesta que es plana con una pequeña pendiente negativa con la frecuencia.
• La introducción de una T con un latiguillo terminado en un corto, entre la salida y entrada del analizador de redes, crea una serie de picos de atenuación de entre 13 y 18 dB separados unos 158,6 MHz (153, 315, 477, 639, 792).
• La introducción de una T con un latiguillo terminado en abierto, entre la salida y entrada del analizador de redes, crea una serie de picos de atenuación de entre 15 y 16 dB separados unos 158,6 MHz (81, 234, 396, 558, 720, 873). Comprobación, mediante el calculo de la longitud de un stub abiento en λ/4 para atenuar 300/81/4*0,66=0,611 m
• Los picos de atenuación están separados media longitud de onda por lo que la frecuencia de resonancia en la práctica es de 317 MHz. La diferencia entre la frecuencia teórica de resonancia de 483 MHz y la práctica de 317MHz es de 0,66 que corresponde al factor de velocidad del tipo de cable coaxial que estamos utilizando el RG174 A7U (Ver tabla).
• En la práctica se puede crear trampas  con coaxial cortado a una longitud de un cuarto de onda (terminal al aire) o de media onda (en corto circuito) para cualquier frecuencia teniendo en cuenta que la longitud tendrá que multiplicarla por el factor de velocidad  y que actuará como trampa también para todos los armónicos superiores de media onda en media onda.

Ejemplo de calculo con la calculadora de https://www.arcticpeak.com/antennapages/quaterwavestub.htm

l (m)= C(Velocidad de la luz, 300)/Fc(Frecuencia en MHz)/4*Factor velocidad del coaxial (0,66)

Las pruebas no están realizadas en el laboratorio, por lo que no debe de exigirles a los resultados una precisión no buscada. 

Si quiere usar lineas de trasnmisión (coaxial) para adaptar impedancias puede usar esta calculadora y alguna idea sobre BALUN 1:4 con coaxial

Sigue en: Filtros con Stub: II - Multiples

Referencia 

• http://www.tarapippo.net/notch/stub.html 
• Single Stub Matching
• Coaxial Stub Notch Filter Designer
• Stub bandpass filter
• Simple Filters from Transmission Line Stubs
• The Quarter-wave stub CALCULADORA
• Power Combiners, Impedance Transformers and Directional Couplers By Andrei Grebennikov
• Transmission line baluns for VHF and UHF
• Coaxial Stub Filters A range of easy-to-build RFI filters by John Regnault, G4SWX
• K1TTT Technical Reference K2TR Coax Stub Filters
• FM band notch filter made with coaxial cable.

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