Диапазонный полосовой фильтр
Н.Смирнов, UA3TW г. Нижний Новгород
Диапазонный полосовой фильтр (ДПФ), приведенный на рис.1, является более усовершенствованной конструкцией фильтра, опубликованного ранее в журнале "Радиолюбитель" [1]. Прототип имел заметные потери в диапазоне 160 метров. В предлагаемой модификации этот недостаток устранен.
Рис.1 Диапазонный полосовой фильтр самодельного трансивера
Полоса пропускания фильтра определяется соотношением Af=l,4f/Qэ, где f - центральная частота диапазона; Qэ - добротность контура. Для расчета на всех любительских диапазонах выбирается равной 30.
Из-за высокой добротности контуров в диапазоне 80 м полоса пропускания фильтра получается примерно 150 кГц, поэтому пришлось разбить его на два поддиапазона 3,5 - 3,65 МГц и 3,65 - 3,8 МГц.
Рис.2 Однодиапазонный 3-х контурный полосовой фильтр
ДПФ содержит всего две основные катушки, что позволяет существенно уменьшить его габаритные размеры и не делать экранировку между элементами диапазонов. Можно предложить два варианта схемного выполнения конструкции ДПФ - производить переключение диапазонов галетными переключателями или малогабаритными реле РЭС-60.
На рис.3 приведен эскизный вариант компоновки ДПФ (авторский вариант), переключаемого керамическим 4-х галетным переключателем. Габариты фильтра можно несколько уменьшить, используя переключатели типа ПГЗ с диаметром галет около 30 мм. Катушка связи LCB намотана на стержне из изоляционного материала диаметром 8 мм. Катушки L1 и L2 могут быть намотаны на подходящих каркасах диаметром 12 ... 20 мм.
Рис.3 Эскиз размещения элементов полосового фильтра
Для определения числа витков уместно привести формулу расчета для однослойной катушки
w - число витков; L - индуктивность катушки, мкГ; 1 - длина намотки, см; D - диаметр катушки.
Фильтр можно рассчитать на любую частоту, емкости конденсаторов С1 и С2 определяются по формулам
где f - желаемая рабочая частота.
Фильтр рассчитан на сопротивление Rвх=Квых=75 Ом. Индуктивность катушек L1 и L2 = 2 мкГ, LCB = 15 мкГ.
В варианте ДПФ на галетных переключателях диапазоны 10-28 МГц удобно разместить на лепестках, обращенных вверх и в стороны, а конденсаторы С1 сделать составными из, параллельно соединенных подстроечных керамических конденсаторов КПК-М, и керамических конденсаторов постоянной емкости. Подстроечные конденсаторы для жесткости конструкции устанавливаются и запаиваются на полосках из фольгированного стеклотекстолита, которые, в свою очередь, жестко впаиваются между лепестками галет.
Конденсаторы С2 сразу впаиваются между лепестками переключателя и шиной заземления, также сделанной из фольгированного стеклотекстолита, привинченного к вертикальному несущему экрану. Величины конденсаторов С2 выбираются ближайшими к расчетным значениям. При настройке фильтра они, как правило, не подбираются. Отводы в катушках L (точка А) делаются от середины.
Настройка фильтра
Настройка фильтра выполняется по обычной методике, с использованием ГСС и ВЧ-вольтметра или, что значительно быстрее и нагляднее, с помощью измерителя АЧХ (XI-38, XI-48 и т.п.). Выход фильтра нагружается на резистор 75 Ом. ДПФ настраивается двумя способами. На диапазонах, где установлены подстроечные конденсаторы, настройка производится следующим образом.
Сначала принудительно ослабляется связь между контурами L1 и L2 - параллельно катушке связи впаивается конденсатор, величина которого примерно равна 2/3 емкости компенсирующего конденсатора на каждом диапазоне, они указаны в скобках на рис.1.
Таким образом, каждый контур, независимо друг от друга, можно настроить на середину диапазона по максимуму сигнала ГСС. Затем компенсирующая емкость убирается и снимается АЧХ, которая получается сдвинутой выше по частоте. Определяется величина смещения частоты, опять впаивается компенсирующая емкость и процедура настройки повторяется, но на меньшей частоте с учетом величины смещения. Выпаяв компенсирующий конденсатор, производится окончательная проверка получившаяся АЧХ. Пример настройки фильтра на один из радиолюбительских диапазонов
Настраиваем 10-метровый диапазон на частоте 28,5 МГц. Желаемая полоса пропускания 27,85... 29,15 МГц, центральная частота настройки 28,5 МГц. Измеренная первоначально полоса пропускания оказалась 28,2 ... 29,5 МГц, т.е. смешена выше на 350 кГц. Тогда повторную настройку делаем на центральной частоте 28,15 МГц и А ЧХ диапазона оказывается на месте.
На тех диапазонах, где нет подстроечных конденсаторов, настройку удобнее производить способом, несколько отличным от предыдущего.
На вход ДПФ подается сигнал ГСС, ВЧ-вольтметр подключается к т.А, настраиваемого контура, а противоположная точка А заземляется. ГСС-ом определяется резонансная частота первого контура. Переключив ГСС с входа ДПФ на его выход, аналогично определяется резонансная частота второго контура. Подбирая величину конденсатора С2, второй контур настраивается на резонансную частоту первого контура.
Восстанавливаем фильтр в рабочее положение, нагружаем его на 75 Ом и снимаем результирующую АЧХ (см. пример). Повторяем процедуру настройки с учетом частоты сдвига, снова настраиваем контура, подбирая конденсаторы С1 и С2, корректируем окончательную АЧХ.
ДПФ на сопротивление 50 Ом
Если потребуется сделать ДПФ с Rвх=Квых=50 Ом, то для расчета конденсаторов можно воспользоваться следующими формулами
3-х контурный ДПФ
Для желающих сделать еще более качественный ДПФ, с большей крутизной скатов (следует учесть, что в этом случае, немного возрастет затухание в полосе пропускания, прим. RW3AY), можно предложить усложненный вариант. Фильтр превращается в трехконтурную систему с более сложной коммутацией, рис.2.
Индуктивность средней катушки должна быть вдвое меньше индуктивности крайних катушек - 1 мкГ. В среднем контуре достаточно переключать только один конденсатор на каждом диапазоне. Его величина может быть определена по формуле
С = 2С1С2/С1+С2
Литература
1. "Простой ДПФ" Н. Смирнов, Журнал "Радиолюбитель" №1-95
По согласованию с автором, все возникающие вопросы, связанные с изготовлением ДПФ можно направлять по адресу: 603147 г. Нижний Новгород ул. Веденяпина д.20 кв.35 Смирнову Н.М.
Радио Дизайн N 11, c.16-20