Асимметричные НЧ входные фильтры

Обычно на входе КВ приемника применяются трехконтурные полосовые фильтры с симметричной (в логарифмическом масштабе частоты) АЧХ. А это не очень логично. Ведь задача входных фильтров супергетеродинного приемника – подавить зеркальный канал и промежуточную частоту. А они расположены с одной стороны от полосы пропускания.

На НЧ КВ диапазонах (160, 80, 40 и 30 м) как правило применяется преобразование вверх. То есть и частота ПЧ и зеркальный канал лежат выше рабочей частоты. Поэтому более разумен фильтр, который сильнее подавляет высокие частоты (пусть даже в некоторый ущерб низким – ведь там все равно нет паразитных каналов приема). То есть нам нужен гибрид полосового фильтра и фильтра нижних частот.

Такое решение существует и показано на следующем рисунке.

Это по сути трехконтурный полосовой фильтр с емкостными связями (со входом, выходом, и между контурами). Фокус в том, что конденсаторы связи С1, С3, С6, С7 довольно велики и с ростом частоты обеспечивают дополнительное шунтирование (если мысленно замкнуть конденсаторы С2, С4, С5, то получится ФНЧ 7-го порядка).

АЧХ таких фильтров на НЧ диапазоны показаны на следующих рисунках (тонкой синей линией на каждом из рисунков дана для сравнения АЧХ полосового фильтра без потерь с симметричной частотной характеристикой):


Диапазон 160 m, частота меняется от 1 до 12 МГц



Диапазон 80 m, частота меняется от 2 до 15 МГц



Диапазон 40 m, частота меняется от 3 до 20 МГц



Диапазон 30 m, частота меняется от 5 до 30 МГц

Видно, что при даже при относительно низкой ПЧ, например 5 МГц, зеркальный канал (отстоящий вверх по частоте на удвоенную ПЧ, т.е. на 10 МГц) данными фильтрами подавляется лучше на 30 ... 40 дБ, чем симметричными. Проигрыш подавления внизу составляет 20 ...30 дБ, но не забудем, что у нашего приемника с преобразованием вверх внизу нет паразитных каналов приема, да и антенна при работе на частотах в несколько раз ниже резонансной, имеет малую эффективность (чего никак не скажешь о ее работе на частотах в несколько раз выше резонансной, т.е. намного выше полосы пропускания фильтра).

Данные фильтров 3-го порядка , чьи АЧХ показаны выше, и их параметры для разных диапазонов сведены в таблицу. Фильтры рассчитаны таким образом, чтобы использовать номиналы конденсаторов стандартного 5% ряда. Входное и выходное сопротивления 50 Ом.

N Параметры  L1, L2, L3
(мкГн) 
С 
Полоса по уровню -1 dB, (MHz) Потери в полосе (dB) С1, С7 (pF) С2, С5 (pF) С3, С6 (pF) С4,
(pF)
1 1,78...2,0 1,3 20 2000 430 3900 430
1a 1,78...2,0 1,3 19,5 2000 450 3900 450
2 3,45...3,85 1,4 4,9 1800 510 4300 470
2a 3,45...3,85 1,4 4,8 1800 530 4300 490
3 6,9...7,3 2 2,7 1300 220 3900 200
4 9,9...10,3 2,7 2,2 1000 130 3300 120

Данные по потерям в полосе и избирательности рассчитаны для конденсаторов с добротностью 500 (обычные керамические) и катушек с добротностью 200 (не очень тонкий провод).

Фильтры 1 и 2 рассчитаны на применение подстраиваемых в небольших пределах катушек (с подстроечными сердечниками или передвижением витков на кольце из порошкового железа).

В фильтрах 1а и 2а катушки постоянные, а контурные конденсаторы С2, С4, С5 состоят из постоянного на 20 пФ меньше, чем указано в таблице и подстроечного 8\40 пФ.

Фильтры 3 и 4 могут быть выполнены и с подстроечными катушками (номиналы С2, С4, С5 как в таблице), и с подстроечными конденсаторами (номиналы С2, С4, С5 на 20 пФ меньше, чем в таблице + подстроечный конденсатор 8\40 пФ).

Конструкция

Должна обеспечивать:

  1. Малое паразитное просачивание в обход фильтров. Больше 100 дБ подавления на частотах выше 10 МГц – это очень много. Глухое экранирование в замкнутой металлической коробке обязательно.

  2. Отсутствие паразитной магнитной связи между катушками. Хотя, в принципе, такая связь может принести и пользу (например, получить глубокий провал на какой-то частоте), но намного более вероятно испортить АЧХ фильтра при такой связи (кстати, знак этой связи меняется при смене направления намотки или переполюсовке выводов катушек – часто именно этим объясняется неудачные АЧХ у полосовых фильтров с индуктивными связями, например, в TRX RA3AO).

    Поэтому разумнее или каждый контур устанавливать в отдельный экранированный отсек, или же использовать кольцевые сердечники из порошкового железа (Amidon, например), которые имеют очень малое поле рассеяния.

Конденсаторы фильтра лучше отобрать перед установкой с отклонениями от номинала не более 2% (в принципе, можно и 5%, особенно конденсаторы связи - от них только слегка меняется полоса, а она у нас с хорошим запасом). Катушки до установки тоже желательно измерить (обязательно уже установленные на место - экраны снижают индуктивность).

5-й порядок

Используя описанный принцип можно построить и фильтры 5-го порядка, с очень высокой избирательностью. Схема показана на следующем рисунке:

АЧХ фильтров 5-го порядка по диапазонам показаны ниже:


Диапазон 160 m, частота меняется от 1 до 3 МГц



Диапазон 80 m, частота меняется от 2 до 6 МГц



Диапазон 40 m, частота меняется от 4 до 12 МГц

Данные фильтров 5-го порядка, чьи АЧХ показаны выше, и их параметры для разных диапазонов сведены в таблицу. Фильтры рассчитаны таким образом, чтобы использовать номиналы конденсаторов стандартного 5% ряда. Входное и выходное сопротивления 50 Ом.

N Параметры  L1 – L5
(мкГн) 
С 
Полоса по уровню -1 dB, (MHz) Потери в полосе (dB) С1, С11 (pF) С3, С10 (pF) С5, С7 (pF) С2, С9
(pF)
С4, С6,
С8
(pF)
1 1,78...1,95 2,7 28 1600 3300 4300 300300
1a 1,78...2,0 2,7 26,1 1600 3300 4300 320320
2 3,45...3,85 2,7 8 1300 3000 3600 300270
2a 3,45...3,85 2,7 7,55 1300 3000 3600 320320
3 6,9...7,3 3,4 3 1100 3300 3900 200180

Данные по потерям в полосе и избирательности рассчитаны для конденсаторов с добротностью 500 (обычные керамические) и катушек с добротностью 200 (не очень тонкий провод).

Фильтры 1 и 2 рассчитаны на применение подстраиваемых в небольших пределах катушек (с подстроечными сердечниками или передвижением витков на кольце из порошкового железа).

В фильтрах 1а и 2а катушки постоянные, а контурные конденсаторы С2, С4, С6, С8, С9 состоят из постоянного на 20 пФ меньше, чем указано в таблице и подстроечного 8\40 пФ.

Фильтр 3 может быть выполнен и с подстроечными катушками (номиналы С2, С4, С6, С8, С9 как в таблице), и с подстроечными конденсаторами (номиналы С2, С4, С6, С8, С9 на 20 пФ меньше, чем в таблице + подстроечный конденсатор 8\40 пФ).

 

В продолжении статьи описаны фильтры на ВЧ КВ диапазоны с асимметрией АЧХ в другую сторону, сильнее ослабляющие низкие частоты.



Bonn, 22.03.2013

На главную - Main page