ЭФФЕКТИВНЫЙ ФНЧ ДЛЯ ПЕРЕДАТЧИКА
Подготовил В.Артеменко, UT5UDJ.
Желательно (и необходимо) минимизировать уровень гармоник на выходе передатчика. Часто для этой цели применяются 7-элементные НЧ-фильтры Чебышева, использующие конденсаторы стандартного ряда емкостей - т.н. SVC-фильтры (конструкции с конденсаторами стандартных номиналов). Схемы пассивных SVC-фильтров неоднократно публиковались в различной литературе. Хотя разработанные конструкции вполне удовлетворяют радиолюбителей и обеспечивают достаточное ослабление гармоник, все же эти конструкции не являются оптимальными. Однако изменением некоторых номиналов компонентов фильтра и добавлением конденсатора, включенного параллельно катушке, можно улучшить подавление второй и высших гармоник основной частоты в уже существующих конструкциях ФНЧ. Подробно этот вопрос рассмотрен в [1].
Простейший путь увеличения подавления второй гармоники на выходе фильтра состоит в том, что параллельно катушке индуктивности подключается конденсатор, образуя резонанс этой пары на центральной частоте радиолюбительского диапазона (рис.1). Однако если контур L4-C4 будет настроен в резонанс, КСВ в пределах диапазона становится неприемлемо большим. Чтобы поддерживать приемлемое значение КСВ (1...1,2) в пределах диапазона, необходимо изменить номиналы элементов фильтра. КСВ является важным параметром фильтра, но другой родственный параметр - "обратные потери" (RL), или, в более привычной терминологии, коэффициент отражения (Котр) - также может использоваться. Данный параметр - более общий, т.к. коэффициент отражения измеряется аккуратнее, нежели КСВ, и предпочтительнее для компьютерного анализа поведения фильтра.
Рис. 1
КСВ и "обратные потери" RL связаны между собой следующими уравнениями:
где р=10(-RL/20).
Для иллюстрации, если вы имеете КСВ=1,222, это соответствует "обратным потерям"
или -20 дБ.
Однако минимальное значение обратных потерь в 20 дБ (КСВ = 1,222) предпочтительнее для уменьшения потерь на отражение. Например, фильтр с обратными потерями 20 дБ в пределах диапазона имеет только 1% потери мощности.
Добиться максимального подавления второй гармоники и минимума обратных потерь достаточно просто на узких радиолюбительских диапазонах. Это может быть сделано путем настройки контура L4-C4 на вторую гармонику, в то время как использование специальных избирательно настроенных компонентов в пределах любительских диапазонов позволяет получить величину обратных потерь 20 дБ (или лучше).
Jim Tonne, WB6BLD, рассчитал значения нормализованных (стандартных) компонентов и номиналов для НЧ-фильтров. Эти 50-омные фильтры его конструкции предназначены для подавления второй гармоники на радиолюбительских диапазонах, расположенных ниже 30 МГц. Номиналы компонентов фильтров для частоты 1 МГц и любительских КВ-диапазонов приведены в табл.1.
|
Диапазон, м |
Частота, МГц |
С1.С7, пф |
С3,С5, пф |
С4, пф |
L2, L6, мкГн |
L4, мкГн |
4, МГц |
|
- |
1.00 |
2986 |
4556 |
680,1 |
9,377 |
8,516 |
2,091 |
|
160 |
1,8 |
1659 |
2531 |
378 |
5,21 |
4,73 |
3,76 |
|
1450+220 |
2100+470 |
|
|
||||
|
1500+150 |
2200+330 |
330+47 |
3,78 |
||||
|
80 |
|
853 |
1302 |
194 |
2,68 |
2,43 |
7,32 |
|
3,50 |
|
1150+150 |
|
|
|||
|
|
470+390 |
1200+100 |
150+47 |
7,27 |
|||
|
40 |
7,00 |
427 330+100 |
651 330+330 |
97,2 100 |
1,34 |
1,22 |
14,6 14,4 |
|
30 |
10,1 |
296 150+150 |
451 470 |
67 68 |
0,928 |
0,843 |
21,1 21,0 |
|
20 |
14,0 |
213 220 |
325 330 |
48,6 47 |
0,67 |
0,608 |
29,3 29,8 |
|
17 |
18,068 |
165 82+82 |
252 100+150 |
37,6 39 |
0,519 |
0,471 |
37,8 37,1 |
|
15 |
21,0 |
142 150 |
217 220 |
32,4 33 |
0,447 |
0,406 |
43,9 43,5 |
|
12 |
24,89 |
120 120 |
183 180 |
27,3 27 |
0,377 |
0,342 |
52,1 52,4 |
|
10 |
28,0 |
107 100 |
163 82+82 |
24,3 27 |
0,335 |
0,304 |
58,6 55,6 |
Чтобы рассчитать значения компонентов для частот, не указанных в таблице, достаточно разделить данные для частоты 1 МГц на начальную частоту требуемого диапазона (в мегагерцах). Рассчитанные емкости конденсаторов не очень критичны, поэтому могут быть использованы один или два (включенных параллельно) конденсатора из стандартного ряда номиналов. Например, емкости конденсаторов С1 и С7 должны быть 853 пФ для диапазона 80 м (табл.1), что предполагает возможность параллельного включения конденсаторов емкостью 470 и 390 пФ.
Однако, если конденсатор емкостью 390 пФ отсутствует, его можно заменить на 330 пФ без нежелательных эффектов в работе фильтра.
|
Диапазон, МГц |
Количество витков L2 и L6 |
Количество витков L4 |
Fx, МГц (С1 и L2) |
Fy, МГц (С1 и L4) |
Тип сердечника |
Диаметр провода, мм |
|
1,81 |
31 |
30 |
1,717 |
1,802 |
Т50-2 |
0,5 |
|
3,5 |
22 |
21 |
3,437 |
3,610 |
Т44-2 |
0,5 |
|
7,0 |
17 |
16 |
6,63 |
6,949 |
Т44-6 |
0,56 |
|
10,1 |
14 |
13 |
9,54 |
10,01 |
Т44-6 |
0,71 |
|
14,0 |
17 |
17 |
13,11 |
13,76 |
Т50-17 |
0,71 |
|
18,068 |
15 |
14 |
17,25 |
18,11 |
Т50-17 |
0,71 |
|
21,0 |
14 |
14 |
19,44 |
20,39 |
Т50-17 |
0,8 |
|
24,89 |
13 |
12 |
23,7 |
24,84 |
Т50-17 |
0,8 |
|
28,0 |
12 |
11 |
27,5 |
28,87 |
Т50-17 |
0,8 |
В табл.2 приведены намоточные данные катушек индуктивности, применяемых в описанных ФНЧ.
Используя сведения, содержащиеся в табл.1 и 2, были изготовлены ФНЧ с максимумом подавления 2-й гармоники для диапазонов 3,5 и 14 МГц, а затем параметры фильтров были измерены. Графики, показанные на рис.2 и 3, иллюстрируют коэффициент отражения, включая потери в полосе пропускания для этих диапазонов. В обоих случаях потери внутри диапазонов составили менее0,2 дБ, а коэффициент отражения - больше 24 дБ, подавление второй гармоники для фильтра 80-метрового диапазона - более 52 дБ.
Рис.2
Рис.3
Подобных удовлетворительных параметров можно ожидать и от других фильтров, номиналы компонентов которых приведены в табл.1.
Описываемые ФНЧ ослабляют вторую гармонику лучше, чем стандартные 7-элементные фильтры Чебышева.
Настройка фильтров заключается в уточнении индуктивности параллельного колебательного контура L4-C4, в котором используется конденсатор известной емкости. Устанавливается этот параллельный контур между 50-омным выходом генератора сигналов (можно использовать выходной сигнал трансивера, подключив дополнительный аттенюатор) и 50-омным детектором с индикатором уровня. Перестраивая генератор (трансивер) по частоте, необходимо отыскать резко выраженный минимум напряжения, регистрируемый детектором. Таким образом, зная частоту настройки генератора, можно рассчитать индуктивность:
L(мкГн)=25330/CF2
где С - в пикофарадах; F - в мегагерцах.
Аналогично можно измерить индуктивность катушек L2 и L4, используя конденсатор заведомо известной емкости. Если резонансная частота выше или ниже требуемой, добавляем или убираем витки, либо сжимаем/раздвигаем их на кольце, пока не получим требуемую резонансную частоту.
Литература
1. Ed Wetherhold, W3NQN. Filters - Cutting The Edge. - Practical Wireless, 1998, July.
РМ КВ-УКВ. 12/2001, с.19,20.