Lowpass filters doormeten: zo haal je er alles uit!

Lowpass filters zijn onmisbare schakelingen in veel RF-projecten, van zenders tot meetapparatuur. Maar hoe weet je of jouw filter écht doet wat het moet doen? Meten is weten! In dit artikel duiken we in het doormeten van lowpass filters en laten we zien hoe je met een spectrum analyzer snel duidelijkheid krijgt.

Wat doet een lowpass filter

Een lowpass filter (laagdoorlaatfilter) laat signalen onder een bepaalde frequentie (de cut-off frequentie) door, en onderdrukt hogere frequenties. Dit is vooral nuttig om ongewenste harmonischen of storingen buiten een band te onderdrukken.

Belangrijke eigenschappen van een lowpass filter

Bij het doormeten van een lowpass filter zijn de volgende eigenschappen essentieel om te kennen:

1. Cut-off frequentie:
   De frequentie waarop het filter begint af te vallen (meestal gedefinieerd bij -3 dB verlies).
2. Invoegverlies (Insertion Loss):
   Hoeveel verzwakking het filter geeft binnen het doorlaatgebied (bijvoorbeeld bij 1 MHz). Idealiter is dit zo laag mogelijk.
3. Rejectie (Attenuatie in het stopbandgebied):
   Hoe goed het filter de ongewenste frequenties onderdrukt. Vooral bij harmonischen wil je een onderdrukking van minstens 40–60 dB.
4. Rolloff (scherpte van de overgang):
   Hoe snel het filter van doorlaten naar blokkeren gaat. Dit is afhankelijk van het type en de orde van het filter.
5. Impedantie:
   Gewoonlijk 50 ohm; belangrijk om reflecties te voorkomen.

Het Lowpass filter meten met een spectrum analyzer

Een spectrum analyzer in combinatie met een signaalgenerator is een uitstekend gereedschap om de prestaties van een lowpass filter inzichtelijk te maken.

Wat heb je nodig?

• Een signaalgenerator (of tracking generator als je spectrum analyzer dat ondersteunt)
• Een spectrum analyzer
• SMA- of BNC-kabels (afhankelijk van je apparatuur)
• Optioneel: een 50 ohm dummy load om reflecties te dempen

Stap-voor-stap meting

1. 

   Het defecte filter

   Koppel de signaalgenerator aan de input van het filter.

2. Sluit de output van het filter aan op de spectrum analyzer.
3. Zorg voor een stabiele impedantie (50 ohm) aan beide zijden.
4. Sweep het frequentiebereik van bijv. 100 kHz tot 100 MHz (afhankelijk van het filter).
5. Bekijk de doorlaatcurve op de spectrum analyzer. Noteer:
   • Waar de -3 dB punt ligt (cut-off)
   • Hoeveel demping er is bij 2x, 3x, 5x de cut-off frequentie
   • Of er pieken of dips zijn (mogelijk door resonanties)

Heb je een spectrum analyzer met ingebouwde tracking generator? Dan kun je beide functies combineren en de meting direct uitvoeren zonder losse signaalgenerator.

Pro-tip: gebruik markers

Met markers op de spectrum analyzer kun je eenvoudig het exacte niveau op bepaalde frequenties bepalen, bijvoorbeeld bij 2e en 3e harmonischen. Zo zie je direct of je voldoende onderdrukking hebt voor jouw toepassing.

Alternatieven voor spectrum analyzer

Heb je geen spectrum analyzer? Dan kun je ook meten met:

• Een NanoVNA – voor eenvoudige metingen tot enkele honderden MHz
• Een digitale oscilloscoop met FFT-functie – minder nauwkeurig, maar nuttig voor een eerste indruk

Conclusie

Een goed lowpass filter is cruciaal in elke RF-toepassing. Door het filter zorgvuldig door te meten, weet je precies waar de grenzen liggen en voorkom je ongewenste straling of verlies. De combinatie van signaalgenerator en spectrum analyzer geeft je een krachtig inzicht in de werking van je filter.

Meer informatie

• How to use the NanoVNA to measure a low-pass filter
• Verschil tussen laagdoorlaatfilter en hoogdoorlaatfilter
• Wiki laagdoorlaatfilter
• Spectrum analyzer