Полосовые фильтры и предусилители с печатными катушками индуктивности
Лёгкие в
постройке, обладающие отличными характеристиками узкополосные полосовые
фильтры и усилители с использованием печатных катушек индуктивности* Bob Cooper, W5KHT.
Оригинал статьи опубликован в журнале "Ham Radio",
February 1971, pp. 6…14
Несмотря на то, что печатные катушки индуктивности известны уже не менее 40 лет, в радиолюбительской практике они применяются, неоправданно, редко. В 1921 году австралиец Charles Ryder запатентовал печатную катушку индуктивности, определив её как нанесённую на диэлектрическую подложку методом печати, осаждения золота, напылением металлов или электрогальваническим способом [ 1 ]. С тех лет в технике общепринятым является печатный монтаж и, в частности, изготавливаются печатным способом катушки индуктивности. Изобретение такой катушки индуктивности стоит в одном ряду с изобретением, например, транзистора.
В номере Ham Radio за август 1970 был описан предусилитель на полевом транзисторе, включённом по схеме с общим затвором с парой комбинированных фильтров на линиях [ 2 ]. В результате получилась неплохая узкополосная система, которая применялась на практике, в составе высокоэффективных малошумящих УКВ-трансвертеров, для увеличения устойчивости к перегрузкам, уменьшения перекрёстных искажений (интермодуляции). После применения в одном аппарате нескольких упомянутых фильтров, стало ясно, что их коммерчески невыгодно производить, так как, такие фильтры требуют много ручного труда для производства и настройки, имеют внушительные размеры. Начался поиск новых технических решений, более дешёвых, способных дать тот же результат, что и дорогостоящие фильтры на полосковых линиях ручной работы и при массовом производстве радиоаппаратуры. Полосовые фильтры и предусилители, описываемые в статье, являются результатами этого поиска.
Рис. 1. Принципиальная схема ПФ. Данные для фильтров на 50 и 144 МГц
приведены в Табл. 1 и Табл. 2.
Схема ПФ, приведённая на Рис. 1, может быть установлена перед одним (или несколькими) предусилителем, выполненном на полевом транзисторе по схеме с заземлённым затвором и удовлетворяет всем техническим требованиям для данного применения. Фильтр является вариантом трёхзвенного полосового фильтра с Т-образными звеньями. Схема фильтра была специально разработана для индуктивностей, выполненных печатным методом и интересна тем, что, практически, невозможно (так как требуется) заставить работать такой же фильтр с катушками, выполненными непечатным методом. На Рис. 1 показаны два включенных последовательно и соединённых через отрезок коаксиального кабеля, зеркально идентичных полосовых фильтра с тремя Т-образными звеньями и ёмкостной настройкой. При тщательном подборе L3, L6, C1, C3, C4 и С6 полоса пропускания фильтра может быть от 250 кГц на 50 МГц до 10 МГц на 200 МГц (или: от 1 МГц на 200 МГц и до 10 МГц на 50 МГц).
Таблица 1 Таблица 2
Данные фильтра на 50 МГц Данные фильтра на 144 МГц
С1, С3, С4, С6 – 6, 0 пФ дисковые С1, С3, С4, С6 – 2, 2 пФ дисковые или
или трубчатые керамические кон- трубчатые керамические конденсаторы
денсаторы с допуском 5%. с допуском 5%.
С2, С5 - подстроечные конденса- С2, С5 - подстроечные конденсаторы
торы ёмкостью 4…40 пФ (Elmenco ёмкостью 4…40 пФ (Elmenco Arco
Arco Type 422) Type 422)
L1, L3, L4, L6 - катушки индук- L1, L3, L4, L6 – катушки индуктивности,
тивности, выполненные печатным выполненные печатным способом
способом (Рис. 3). Рис. 4)
L2, L5 – 15 витков провода #16, на- L2, L5 – 5 витков провода #16, намотан-
мотанного виток к витку на оправке ного виток к витку на оправке диамет-
диаметром ¼ дюйма (1 дюйм = 25,4 мм) ром ¼ дюйма с выводами длиной 0,2
Два крайних витка с “холодного” конца дюйма.
катушки отделены промежутком в СХ – коаксиальный кабель RG-58/U
толщину провода длиной 2 ½ дюйма. Оплётка кабеля для
выводов скручена “хвостиками”, длина
CX - коаксиальный кабель RG-58/U которых составляет ½ дюйма, длина
длиной 2 ½ дюйма. Оплётка кабеля внутреннего диэлектрика кабеля сос-
для выводов скручена “хвостиками”, тавляет 1 ¾ дюйма.
длина которых составляет ½ дюйма,
длина внутреннего диэлектрика кабеля
составляет 1 ¾ дюйма.
На фото: полосовой фильтр на 50 МГц с катушками индуктивности, выполненными “печатным” способом.
Вносимые затухания низкие и доходят в полосе пропускания до величины порядка 0,75 дБ.. Кроме того, фильтр может быть настроен так, что крутым будет один скат АЧХ (Рис. 2а) или оба (Рис. 2б). Как только Вы подберёте компоненты фильтра, время его настройки с генератором качающейся частоты (ГКЧ) не превысит и 5 минут. Если у Вас отсутствует ГКЧ и маркерный генератор (калибратор), то можно, с тем же успехом, обойтись с помощью источника сигнала (ГСС) и приёмника с S-метром, настройка фильтра с которыми не займёт больше времени, чем было указано выше. Полосовые фильтры (ПФ) на 50 и 144 МГц, выполненные с применением “печатных” катушек индуктивности, показаны на фотоснимках в статье. Эскиз платы фильтра на диапазон 50 МГц показан на Рис. 3, то же, но на диапазон 144 МГц, - на Рис. 4. Данные компонентов фильтров на диапазоны 50 МГц и 144 МГц приведены в Табл. 1 и Табл. 2, соответственно. Печатные платы фильтров и наборы для изготовления ПФ можно заказать**.
Фильтр на диапазон 50 МГц имеет полосу пропускания 1 МГц (по уровню минус 3 дБ), центральная частота фильтра установлена равной 50,250 МГц. Вносимое затухание фильтром в полосе частот 49,8…50,7 МГц составляет около 1 дБ; режекция (ослабление) на частоте 55,25 МГц (видеонесущая второго канала ТВ) достигает 40 дБ. Это позволит повысить защищённость входов приёмников от компонентов полного телевизионного сигнала канала 2 (у нас – проблема: канал номер 1 по нашей российской сетке распределения частот – UA9LAQ). Если развязки со вторым каналом не будет достаточно, можно включить два ПФ последовательно и получить при этом подавление несущей на 55,25 МГц до 60 дБ, при вносимом затухании около 2 дБ.
Таблица 3.
Данные компонентов узкополосного варианта ПФ.
Диапазон 50 МГц:
С1, С 3, С4, С6 - 4,5 пФ, дисковый или трубчатый керамический конденсатор с допуском по ёмкости 5%
L2, L5 – 16 витков провода #16, намотанного виток к витку на оправке диаметром ¼ дюйма, два крайних витка (с холодного конца отделены от остальных промежутком в диаметр намоточного провода)
Диапазон 144 МГц:
С1, С3, С4, С6 - 1,8 пФ, дисковый или трубчатый керамический конденсатор с допуском по ёмкости 5%
L2, L5 - 6 витков провода #16, намотанного виток к витку на оправке диаметром ¼ д.юйма, катушка имеет выводы для монтажа длиной 0,2 дюйма.
Рис. 2. АЧХ ПФ на 144 МГц. Фильтр может быть настроен с одним более крутым скатом АЧХ (A) и с двумя (B).
Полоса пропускания фильтра на 144 МГц по уровню минус 3 дБ составила 3 МГц с центральной частотой фильтра 145 МГц, вносимое затухание составляет 1,0…1,5 дБ и зависит от компонентов, применяемых в ПФ. Скаты АЧХ фильтра очень круты и составляют -3дБ на частотах 143,5 и 146,5 МГц и -30…- 35 дБ - на частотах 140…150 МГц.
В некоторых случаях требуется применение более узкополосных фильтров, например: с полосой пропускания 250 кГц в диапазонах 50 и 144 МГц. В этом случае, подавление частот, отстоящих от центральной на 3 МГц в ПФ, составит порядка 30…40 дБ. Перечень компонентов ПФ для этого случая приведён в Таблице 3.
Выбор компонентов ПФ
Конденсаторы С1, С3, С4 и С6 определяют полосу пропускания ПФ и играют свою роль в определении центральной частоты фильтра. Дисковые или подобные им конденсаторы в фильтре монтируются с помощью выводов минимальной длины и кратчайшим путём подключаются к деталям схемы ПФ. Значения емкостей конденсаторов очень важны: если в схеме фильтра указано – 2,7 пФ, то это значение ёмкости и нужно ставить. Конденсаторы ёмкостью в 2,5 или 3 пФ не пойдут. Конденсаторы для ПФ следует брать из ряда с допуском по ёмкости 5%. Катушки L1 и L3 – “травлёные” “печатной” конструкции с фиксированой индуктивностью, катушка L2 - обычной бескаркасной конструкции, используется для точной подстройки. При изменении индуктивности катушки L2 от максимальной до минимальной, рабочая (средняя) частота фильтра изменяется, соответственно, от 120 до 165 МГц.
Рис. 3. Эскиз платы фильтра на диапазон 50 МГц.
Рис. 4. Эскиз платы ПФ на диапазон 144 МГц.
(В оригинале статьи, точнее, в электронной её копии, попавшей ко мне, эскизы фильтров даны в масштабе, вдвое меньше действительного. При 100 % экране я измерил расстояние между центрами крепёжных отверстий плат по длине. Оно составило 90 мм для 144 МГц и 133 - для 50 МГц. Думаю, опорный размер не помешает, хотя, возможны ошибки из-за искажения сканера и растра монитора. Приведённые размеры, видимо, нужно увеличить в два раза, поскольку сказано, что размеры на эскизах даны в два раза меньше реальных, вот знать бы ещё, это по площади или по линейным размерам, скорей всего – последнее. - UA9LAQ ).
Значения емкостей конденсаторов С1, С3, С4, С6 изменяются примерно от 2,9 пФ на частоте 120 МГц до 2,4 пФ на частоте 165 МГц. Если значения емкостей конденсаторов С1, С3, С4 и С6 слишком большие, то полоса пропускания фильтра окажется слишком широкой - неприемлемой для радиолюбительской практики. Если, наоборот, значение емкостей этих конденсаторов окажутся слишком маленькими, полоса пропускания сузится, но неоправданно возрастут потери в фильтре.
Подстроечные конденсаторы С2 и С5 типа Elmenco - Arco, печатные платы были разработаны с учётом их физических размеров. Коаксиальная петля между С3 и С4, - не что иное, как отрезок коаксиального кабеля RG-58/U. Не пытайтесь заменить этот отрезок кабелем другой марки или переходным конденсатором малой ёмкости.
Настройка полосового фильтра
ПФ на катушках, выполненных по “печатной” технологии может быть настроен с помощью генератора качающейся частоты (ГКЧ) и генератора меток (калибратора) или с помощью источника сигнала (ГСС, калибратор ).
Присоедините ГКЧ ко входу фильтра через микшерное устройство, как показано на Рис. 5. Микшерное устройство (комбайнер) позволяет линейно смешивать сигналы от ГКЧ и маркерного генератора (калибратора) в один комплексный сигнал для подачи его на настраиваемый фильтр без воздействия приборов друг на друга (если ГКЧ уже имеет внутренний генератор меток, то микшерное устройство не нужно). Выход фильтра подключается к детектору, который демодулирует сигнал для последующей индикации на экране осциллографа. Установите частоту генератора меток равной желаемой средней частоте Вашего ПФ. Конденсаторами С2, С5 настройте АЧХ фильтра с максимальным подъёмом у этой средней частоты. Теперь встаньте маркерным генератором на частоту, на которой должен быть завал АЧХ на 3 дБ (т. е. на ожидаемую частотную границу полосы пропускания фильтра по уровню - 3 дБ) с нижней (по частоте) стороны. Вращая ротор конденсатора С2, добейтесь максимального подавления сигнала на этой частоте. Центральная частота фильтра, при этом, не должна изменяться (АЧХ фильтра должна оставаться на экране с центром в середине). Наконец, проделайте то же самое, встав на частотную границу полосы пропускания по уровню -3 дБ сверху по частоте, вращая ротор конденсатора С5. Отключите ГКЧ, маркерный генератор с частотой, равной центральной частоте фильтра, подключите к фильтру напрямую без смесителя. Подключите выход ПФ к приёмнику и отметьте уровень выходного сигнала генератора по S-метру (для приёмников, не имеющих S-метра можно включить на ЗЧ выход вольтметр переменного тока с пределом 1…3 В, отключив систему АРУ – UA9LAQ). Рекомендуется сигнал генератора подавать с аттенюатора и отрегулировать так, чтобы показания S-метра находились в пределах значений S5…S7, т.е., в наиболее
линейной части амплитудной характеристики приёмника. Не меняя уровня сигнала генератора, подключите его напрямую к приёмнику без фильтра. Сравните показания S-метра, определив, таким образом затухание сигнала в фильтре. Если всё настроено верно, то затухание в 1,0 дБ, вносимое фильтром, почти не скажется на показаниях S-метра (малозаметно на его с невысоким разрешением шкале).
Рис. 5. Измерительная схема (стенд) для настройки ПФ с печатными катушками индуктивности.
Sweep source – ГКЧ. Marker source – генератор меток (калибратор). Horizontal to scope horizontal - выход с ГКЧ на вход горизонтальной развёртки осциллографа. Mixer CATV/MATV splitter of hybrid type – телевизионный смеситель (сплиттер) гибридного типа. 50 Ohm Pad or step attenuator with 6dB or more attenuation for matching purposes - 50-омный потенциометр или дискретный аттенюатор с ослаблением 6 дБ или более - используется для согласования. Bandpass filter – полосовой фильтр. Detector – детектор. Scope display – осциллограф. From sweep horizontal - вход горизонтальной развёртки от ГКЧ.
Настройка с калибратором или ГСС, в общем-то, аналогична выше описанной. Сначала настройте фильтр на максимум сигнала на центральной частоте его полосы пропускания. Затем, проверьте, насколько хорошо Вы настроили фильтр по разнице показаний S-метра приёмника с фильтром и без него – разница в показаниях не должна превышать 1,0…2,0 дБ. Такими будут потери в фильтре. Сдвиньте частоту настройки генератора вниз до предполагаемой нижней частотной границы полосы пропускания по уровню -3 дБ и вращением ротора С2 установите минимальный уровень сигнала (максимальную режекцию сигнала) (через фильтр) на выходе приёмника. Вернитесь к центральной частоте полосы пропускания фильтра и убедитесь, что она не сдвинулась (соответствует середине полосы пропускания). Затем, сдвиньте частоту генератора (ГСС) к верхней предполагаемой границе (по уровню -3 дБ) полосы пропускания и вращением ротора С5 установите минимум уровня сигнала на выходе приёмника. После следует снова проверить среднюю частоту полосы пропускания ПФ (не “уехала” ли она в сторону и, возможно, вышеописанные операции придётся произвести несколько раз, последовательно приближаясь к идеалу – UA9LAQ). Наконец, проверьте вносимое фильтром затухание и убедитесь, что оно не превышает 2 дБ.
ПФ с такими характеристиками содержит минимум компонентов, не имеет экранов (экранируемых звеньев) и легко настраивается, легче всех известных мне фильтров. Возможно, у Вас возникнет проблема с удержанием центральной частоты диапазона, при вращении роторов конденсаторов С2 и С5, тогда растяните несколько витков катушки L5 и центральная частота встанет на место. (Начинать “разрядку” витков лучше у “горячего” конца, для начала переместив внешний виток на диаметр провода намотки далее, таким образом, компенсировав ассимметрию “печатных” контуров секций L1-L3 и L4-L6, возникающую из-за неидентичности катушек и величин керамических конденсаторов постоянной ёмкости).
Предусилитель на двухметровый диапазон с “печатными” катушками индуктивности.
Фотоснимок смонтированного предусилителя с ПФ. Фильтр с печатными катушками индуктивности расположен слева, а, собственно, предусилитель на ПТ – справа.
На фотоснимке показан смонтированный на плате предусилитель 2-метрового диапазона, состоящий из ПФ на “печатных” катушках индуктивности и однокаскадного усилителя на полевом транзисторе (ПТ). Схема предусилителя приведена на Рис. 6. На 144 МГц усиление этого устройства составляет 10…12 дБ, при уровне шума 1,4…1,6 дБ. Подобное устройство на 50 МГц обладает уровнем шума менее 1,0 дБ при том же усилении***. Эскизы плат предусилителей на 50 МГц и 144 МГц, с размерами, составляющими половину от реальных показаны на Рис. 7 и Рис. 8, соответственно.
В прототипе данного усилителя, опубликованном в августовском номере журнала [ 2 ], применён полевой транзистор 2N5397 фирмы Siliconix. Эта фирма, выпустила и дешёвый вариант этого полевого транзистора в пластмассовом корпусе - Е300. Розничная цена Е300 составляет 2 доллара (сравните: 2N5397 стоит 5.50).
На фото видно, что входная на ПТ катушка (L7 на Рис. 5) экранирована от выходной (L8 на Рис. 5) полоской фольгированного с двух сторон стеклотекстолита, которая, кроме своей непосредственной обязанности - экранировать, служит ещё и местом монтажа ПТ - Е300. Экран припаян к полоске медной фольги шириной 1/8 дюйма (ещё один опорный размер платы – UA9LAQ) между L7 и L8. Вывод затвора Е300 припаян к экрану со стороны катушки L8, а сам транзистор смонтирован внутри монтажного отверстия диаметром 3/8 дюйма (см. Рис. 9). Связь с предусилителем осуществляется через конденсатор С6. В обеих версиях предусилителя (50 и 144 МГц) конденсатор С6 подключается к L7 в месте обозначенном точкой (см. Рис. 7 и Рис. 8). С6 должен соединять выходной вывод L6 с входным L7 с противоположной (нижней) стороны платы – это единственная деталь, которая устанавливается с противоположной стороны платы. Конденсаторы С7 и С8 – подстроечные (Arco-Elmenco), вместе с катушками L7 и L8 составляют резонансные колебательные контуры. Развязка на “корпус” катушек L7 и L8 осуществляется с помощью проходных (опорных) конденсаторов типа BH-140, расположенных на внешней стороне “печатных” катушек. Конденсаторы ВН-140 смонтированы “вверх тормашками”: их “земляной” вывод припаян к концу экрана. Для развязки можно также использовать и керамические проходные конденсаторы “кнопочной” конструкции. Сопротивление резистора R1 выбирается по необходимому рабочему току ПТ. Этот резистор имеет мощность рассеяния 0,25 Вт и припаивается с внешней стороны катушки L7 - на корпус выводами минимально возможной длины и располагается напротив экрана у точки пайки конденсатора С9. Точное значение сопротивления резистора R1 определяется путём включения миллиамперметра последовательно в цепь питания предусилителя (напряжением 9…12 В) и установкой тока стока ПТ равным 5 мА, варьируя R1. Это значение тока стока ПТ является оптимальным для получения минимума шумов при максимальном усилении. Сопротивление резистора R1 может выбираться в пределах 91…560 Ом, обычно: 200…400 Ом.
Рис. 6. Схема предусилителя на 50 и 144 МГц с использованием катушек индуктивности “печатной” конструкции.
Данные деталей предусилителей:
На 50 МГц: На 144 МГц:
С1, С3, С4, С6 – 6,0 пФ керамические, С1, С3, С4, С6 – 2,2 пФ керамические,
дисковой или трубчатой крнструкции, дисковой или трубчатой конструкции,
с допуском по ёмкости 5% с допуском по ёмкости 5%
С2, С5, С7, С8 – 4…40 пФ подстроеч- С2, С5, С7, С8 – 4…40 пФ подстроеч-
ные Elmenco-Arco Type 422 ные Elmenco-Arco Type 422
C9, C10 – 500 пФ проходные (опорные) С9, С10 – 500 пФ проходные (опорные)
СВЧ конденсаторы (Sprague Type BH-140) СВЧ конденсаторы (Sprague Type BH-140)
С11 – 500 пФ дисковый керамический С11 – 500 пФ дисковый керамический
конденсатор конденсатор
L1, L3, L4, L6, L7, L8 – “печатные” ка- L1, L3, L4, L6, L7, L8 – “печатные” ка-
тушки индуктивности (Рис. 8) тушки индуктивности (Рис. 9)
L2, L5 – 15 витков провода #16 на L2, L5 – 5 витков провода #16 на
оправке диаметром ¼ дюйма, два оправке диаметром ¼ дюйма с выво-
последних витка катушки с “холод- дами длиной 0,2 дюйма
ного” её конца отделены шагом, R1 - 91…560 Ом, 0, 25 Вт (см. текст)
равным диаметру провода RFC1 - (Ohmite Z-144) Рч дроссель
R1 – 91…560 Ом, 0,25 Вт (см. текст) индуктивностью 1,5 мкГн или экви-
RFC1 - (Ohmite Z-50) РЧ дроссель валентный
индуктивностью 7 мкГн или экви- СХ2 – отрезок коаксиального кабеля
лентный RG-58/U длиной 2 ½ дюйма. После
СХ2 – отрезок коаксиального кабеля разделки, выводы оплётки скручиваются
RG-58/U длиной 2 ½ дюйма. После “хвостиками” длиной ½ дюйма, при этом,
разделки, выводы оплётки скручивают- длина внутреннего диэлектрика кабеля
ся “хвостиками” длиной ½ дюйма, при составляет 1 ¾ дюйма
этом, длина внутреннего диэлектрика
кабеля составляет 1 ¾ дюйма
Дроссель RFC1 - Ohmite Z-144 или Z-50, хотя эти дроссели по токопроводящим характеристикам не рекомендуются к применению в данном случае. Здесь пойдёт любой, намотанный проводом, РЧ дроссель хорошего качества с индуктивностью 7 мкГн (Z-50) и 1,5 мкГн (Z-144), для 50 и 144 МГц, соответственно. Поскольку катушка L8 развязана на общий провод с помощью конденсаторов BH-140, имеющих ёмкость 500 пФ, шансов на проблемы, в общем-то, немного, но хорошей инженерной практикой является включение дросселей в схему (на всякий случай – UA9LAQ). На выходе установлен переходной дисковый керамический конденсатор ёмкостью 500 пФ. Этот конденсатор подключен к катушке L8 в непосредственной близости к точке, где конденсатор С10 “приторочен” к внешнему краю катушки. Маленькими точками на Рис. 7 и Рис. 8 обозначены места подключения к катушкам для получения максимального усиления предусилителя.
Настройка предусилителя
При настройке предусилителя, в первую очередь н При настройке предусилителя, в первую очередь настраивают ПФ. Чтобы это осуществить, каскад на транзисторе, временно, из схемы исключают. Отверстие под внешний коаксиальный соединитель (Рис. 7 и Рис. 8) предназначено, именно, для этого случая. Подключите коаксиальное соединение к С6 и настройте фильтр как было описано выше. Когда фильтр будет тщательно настроен, переключите С6 к L7 и удалите внешнее дополнительное соединение с платы. Подайте на плату предусилителя напряжение питания (9…12 В) и подбором сопротивления резистора установите ток стока ПТ 5 мА (в данном случае, ток стока ПТ равен току, потребляемому предусилителем, поэтому миллиамперметр включается в разрыв цепи его питания - UA9LAQ). Подайте входной сигнал на центральной частоте полосы пропускания фильтра и вращением ротора конденсатора С8 установите максимальный уровень по шкале S-метра Вашего приёмника. Уменьшите уровень входного сигнала так, чтобы показания S-метра находились в пределах S5…S7. Настроив С8 на максимальный уровень сигнала, настройте и С7 на максимум. Настройка С7 не такая острая, как у С8. Проверьте настройку С8 снова, поддерживая малый уровень выходного сигнала с его источника. Отсоедините комбинацию ПФ-предусилитель и проверьте уровень с ГСС напрямую с помощью S-метра. (Подразумевается, что у Вас есть источник сигнала с 50-омным выходом, ГСС. В качестве источника сигнала можно также использовать, например, ГИР и антенну, включив её на вход комбинации ПФ-предусилитель и, вынеся ГИР во двор). Снова подключите ПФ-предусилитель и измерьте выходной уровень по S-метру. Прибавка усиления с предусилителем должна составить 10…15 дБ, шум, при отключенной антенне, должен быть заметно ниже, чем с Вашим прежним конвертером (без предусилителя). Полное усиление предусилителя (как блока) равно усилению каскада на ПТ (Е-300) минус потери в ПФ. Поэтому, хотя ПТ Е-300 и может дать усиление на 50 или 144 МГц в 15 дБ и выше, потери в фильтре снижают общее усиление на 1,0…2,0 дБ, приводя его к 10…12 дБ.
Рис. 7. Эскиз платы предусилителя на диапазон 144 МГц. Размеры вдвое меньше истинных. (Расстояние между центрами крепёжных отверстий платы по длине при 100% размере на экране = 133 мм. Будьте внимательны, возможна ошибка при сканировании с журнала и ошибка при нелинейности развёртки. Поскольку приведённый эскиз содержит уменьшенное изображение платы, то её нужно увеличить пропорционально вдвое и после изготавливать как по шаблону, возможно, потребуется экспериментальная проверка истинности размеров платы – UA9LAQ).
Фотография предусилителя на диапазон 50 МГц. ПФ расположен справа, собственно усилитель на ПТ – слева. Конденсатор С6 расположен снизу платы.
Усилитель с заземлённым затвором необычайно стабилен. Развязка между печатными катушками индуктивности составляет порядка 70 дБ и это всего при полоске фольги в 1/8 дюйма между ними. В предусилителях кабельного ТВ, я, например, ставил четыре усилительных каскада с печатными катушками на одной плате последовательно и никаких возбуждений! Общее усиление четырёх каскадов по напряжению составляло 40 дБ.
Рис. 8. Эскиз предусилителя в блоке с ПФ для диапазона 50 МГц. Приведён в половину уменьшенных размерах. (При экране в 100%, расстояние между центрами крепёжных отверстий повдоль платы составляет 195 мм. Внимание: при изготовлении предусилителей размеры платы следует уточнить, от этого зависят и размеры катушек, а, значит и их индуктивность. Приведённые мной размеры измерены линейкой прямо на экране монитора (причём разных мониторов, при работе над переводом, попавшей мне в электронном виде, статьи). Возможны ошибки при сканировании и из-за нелинейности развёртки мониторов. Опорные размеры я, всё-таки, рискнул включить - UA9LAQ).
Заключение
В этой статье я решил поделиться с Вами проблемой применения катушек индуктивности, выполненных “печатным” способом, предмет мне хорошо известен. Дополнительная работа по теме проводилась и по другим направлениям. Например, с использованием печатных катушек индуктивности в ПФ, был изготовлен диапазонный конвертер, смесители передатчиков с печатными катушками, гибридные линейные смесители (комбайнеры, согласователи) с такими же катушками, режекторные и заграждающие фильтры (в союзе с предусилителями) для замены существующих в обустройстве репитеров. Печатные катушки индуктивности довольно просты для серьёзного экспериментатора (но, тем не менее…). Для их изготовления можно просто взять медную фольговую ленту шириной 1/8 или 1/16 дюйма, располагать катушки друг от друга следует на расстоянии в 1/16 дюйма (изготовление печатных катушек таким методом наталкивается на проблему деформации ленты в местах изгибов, это ведёт к ухудшению добротности катушки и увеличению связи с другими деталями, расположенными на этой же плате – UA9LAQ). Печатная катушка индуктивности характеризуется площадью, занимаемой её “колодцем”, которая составляет для диапазона 144 МГц 1,25 кв. дюйма с проводниками катушки шириной 1/16 дюйма и с расстоянием между катушками тоже в 1/16 дюйма (ещё один опорный размер для конструктора – UA9LAQ). К печатным катушкам легко припаивать отводы, их можно перепаивать много раз (как это, обычно, бывает при настройке), если, конечно, не “спать” при пайке и использовать паяльник с разумной мощностью 25…30 Вт (а не “топор”).
(Отмечу, что наиболее качественные печатные катушки получаются методом фрезерования на станках с компьютерным программным обеспечением. В старых журналах, можно встретить статьи по изготовлению печатных катушек индуктивности спирального типа и, даже, где-то был описан станок для нарезки такой катушки. Известно, что добротность катушки определяется и ровностью поверхности, в том числе, здесь “травлёные” катушки проигрывают фрезерованным, так как имеют не очень ровные края. Поверхность печатной катушки необходимо отшлифовать до блеска и покрыть для предотвращения окисления защитным лаком. Облуживать катушки не следует, так как, с одной стороны, это сильно ухудшает добротность – припой имеет большее сопротивление, чем медь, с другой, - повышает степень связи катушки с окружением - катушка “поднимается” за счёт толщины полуды. Приветствуется серебрение или золочение линий катушки, покрытие изоляционным лаком остаётся обязательным для сохранения стабильности параметров катушек во времени - UA9LAQ).
Рис. 9. Эскиз монтажных стоек для ПТ Е-300. Стойки вырезаны из двухсторонне
фольгированного стеклотекстолита (материал G10). Размеры в дюймах.
Литература: 1. Charles Ryder, U. S. Patent Number 1,837,678 “Inductance Coil –
Particularly Adapted for Use with Radio Tuning Devices”, December, 22, 1929.
2. Robert Cooper, Jr, W5KHT, “Interdigital Preamlifier and Comb-line
Bandpass Filter for VHF and UHF”, Ham Radio, August, 1970, page 6.
Примечания: * В представленном здесь материале рассказывается о довольно узкополосных устройствах пригодных для любительской практики. Полосовые фильтры на печатных катушках индуктивности и предусилители с применением этих ПФ описаны автором в качестве примера применения патента [ 1 ]. Радиолюбительские конструкции, разработанные для индивидуального применения дома не нарушают действующих требований хранимых патентов.
** Платы в комплекте, так же как и наборы с платами можно выписать в CADCO, Suite 107, 4444 Classen Boulevard, Oklahoma City, Oklahoma 73118. Плата ПФ на 50 МГц - $6.00. Набор для изготовления ПФ на 50 МГц BPF-50 - $11.00. Плата предусилителя на 50 МГц - $8.00. Набор для изготовления предусилителя на 50 МГц IPA-50 - $19.50. Плата ПФ на 144 МГц - $8.00. Набор для изготовления ПФ на 144 МГц BPF-144 - $11.00. Плата предусилителя на 144 МГц - $8.00. Набор для изготовления предусилителя на 144 МГц IPA-144 - $19.50. Все цены в США наложенным платежом. Если Вы заказываете полный набор и желаете получить узкополосную версию ПФ, укажите это в заказе: “narrow band”, цена набора, от этого, не изменится.
*** Поскольку шум широкополосен, то широкополосный РЧ усилитель реагирует не только на шум внутри желаемого диапазона частот, а и вне его. Полосовой фильтр, с крутыми скатами АЧХ, вносит свою лепту в уменьшение шумов канала связи, так как, не пропускает внеполосный спектр шума. В результате на смеситель поступает только внутриполосный шум, который в любительских условиях трудно измерять, но можно вести речь об уменьшении склонности приёмника к блокированию шумом.
Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень май, 2003 г