В серьезном трансивере входные фильтры должны быть только полосовыми диапазонными. Широкополосные фильтры нижних частот (как принято в недорогих аппаратах с преобразованием вверх), или простейшие одиночные контура с подстройкой (как было принято в простых самодельных трансиверах) ни к чему хорошему привести не могут. Немногим лучше и идея октавных фильтров - они хороши, когда нужно непрерывное перекрытие по частоте, но для узких любительских диапазонов широкие октавные фильтры излишни.
Все перечисленные фильтры, обладая недостаточной избирательностью, пропускают на вход первого смесителя мешающие сигналы других диапазонов. Результат – перегрузка смесителя и плохой приём.
В современных трансиверах на входе почти всегда применяются диапазонные трехконтурные полосовые фильтры с полосой пропускания, равной ширине одного или двух смежных диапазонов.
В старых самодельных TRX распространение получили полосовые фильтры из трех параллельных контуров с емкостной (рисунок 1) или индуктивной [2, стр.49] связью между ними.
В профессиональной аппаратуре используется схема, приведенная на рисунке 2 [3 стр.114, 4, 5].
Какая разница между этими схемами?
Как известно из теории [3, стр.33...39], полосовой фильтр третьего порядка получается из П-образного фильтра-прототипа нижних частот при замене конденсаторов на параллельные контуры, а катушки индуктивности — на последовательный колебательный контур. Такой полосовой фильтр, преобразованный из П-образного фильтра низких частот, изображен на рисунке 2, и именно он является основным, базовым вариантом полосового фильтра. Считается, что незаземленные катушки неудобны конструктивно (я не разделяю это мнение), и от них стараются избавиться.
Схема рисунка 1 получается из схемы рисунка 2 преобразованием через так называемый "инвертор" внутреннего последовательного колебательного контура в параллельный, что заземляет средний контур полосового фильтра.
Однако это преобразование полностью эквивалентно только на одной частоте и при бесконечной добротности контуров. На практике фильтр по схеме рисунка 1 (при прочих равных условиях) имеет потери в полосе пропускания (Ai) на 2...4 dB больше, чем фильтр по схеме рисунка 2, а кроме того — большую (до 3 dB) неравномерность АЧХ в полосе пропускания.
То есть ПФ по схеме рисунка 1 нежелательно использовать на входе трансивера из-за заметного ухудшения чувствительности и её неравномерности в рабочей полосе. Область применения схемы рисунка 1 — узкополосные фильтры, работающие с уже усиленными сигналами, например, на промежуточной частоте, а на входе трансивера ей делать совершенно нечего.
Замена связи между контурами с емкостной на индуктивную [2, стр.49] принципиально ничего не меняет, поэтому все вышесказанное справедливо и для диапазонных полосовых фильтров в целом довольно удачного TRX RA3AO. Но вот блок входных фильтров там спроектирован неважно...
Фильтры по схеме рисунка 2 (далее везде речь будет идти только об этой схеме) имеет минимальные потери Ai и максимально плоскую АЧХ в полосе пропускания, и поэтому лучше всего подходит для использования в качестве диапазонного на входе высококачественного TRX. Недостатки такого фильтра:
Ниже описан блок входных фильтров, в котором не используются сердечники. Входное и выходное сопротивления — 50 Ом. Блок состоит из восьми отдельных фильтров, коммутируемых реле РЭС49 — аналогично тому как это сделано в TRX RA3AO [2, стр.49]. Каждый из фильтров выполнен по схеме рисунка 2, с той лишь разницей, что каждый из контурных конденсаторов (они все одинаковые) состоит из двух параллельно включенных — постоянного и подстроечного. Данные фильтров и их параметры для разных диапазонов сведены в таблицу.
| N | Параметры | Данные L | Данные С | ||||||
| Полоса по уровню -1 dB, (MHz) | Потери в полосе Ai (dB) | Число витков | Диаметр провода (мм) | Длина намотки (мм) | Индуктив- ность (uH) |
Отводы (считая от нижнего конца) от витков L1,L3 | Постоянный (pF) | Подстроечный (pF) | |
| 1 | 1,8...2,0 | 3,6 | 60 | 0,15 | 15 | 10.8 | 11 и 6 | 620 | 8...40 |
| 2 | 3,45...4,05 | 1,8 | 40 | 0,2 | 15 | 4,6 | 9 и 6 | 430 | 8...40 |
| 3 | 6,9...7,2 | 4,2 | 30 | 0,27 | 15 | 2,7 | 4 и 1 | 200 | 8...40 |
| 4 | 9,9...10,3 | 4 | 25 | 0,4 | 15 | 1,8 | 3 и 1 | 130 | 4...20 |
| 5 | 13,8...14,6 | 3 | 20 | 0,5 | 15 | 1,3 | 3 и 1 | 75 | 4...20 |
| 6 | 17,6...18,6 | 2,6 | 18 | 0,63 | 15 | 1,1 | 3 и 1 | 43 | 4...20 |
| 7 | 17,9...21,7 | 1,3 | 18 | 0,63 | 15 | 1,1 | 4 и 3 | 36 | 4...20 |
| 8 | 20,5...21,7 | 2,5 | 17 | 0,7 | 15 | 1 | 2 и 1 | 30 | 4...20 |
| 9 | 20,8...25,0 | 1,2 | 16 | 0,8 | 15 | 0,9 | 4 и 3 | 27 | 4...20 |
| 10 | 24,2...25,8 | 2,4 | 15 | 0,8 | 15 | 0,8 | 2 и 1 | 27 | 4...20 |
| 11 | 24,4...30,0 | 1,5 | 15 | 0,8 | 15 | 0,78 | 4 и 3 | 22 | 4...20 |
| 12 | 26,5...30,0 | 2,3 | 15 | 0,8 | 15 | 0,78 | 3 и 2 | 22 | 4...20 |
Обратите внимание полоса пропускания дана не по принятому уровню –3 dB, а по уровню –1 dB. Это сделано специально. Нам ведь не нужен фильтр, который заметно снижает чувствительность приемника на краю диапазона (там же DX участки, как правило, нельзя 3 dB терять слишком много).
Кроме того, полосы взяты с запасом, поэтому реально на краях любительских диапазонов данные фильтры вносят дополнительные потери не более 0,5 dB. Широкополосность таких фильтров выше всяких похвал - никаких заметных горбов и впадин в полосе прозрачности нет - ровная как стол АЧХ. Если вам доводилось "выжимать" полосу в фильтрах по схеме рисунка ; 1 и вы гоняли туда-сюда горбы-впадины, то АЧХ фильтров по схеме рисунка 2 вас приятно обрадует. Другим удивлением будут малые потери в полосе пропускания: посмотрите в таблице - ни на одном из ВЧ диапазонов значение Ai не превышает 3 dB. Все данные в таблице - результаты практических измерений.
Количество витков L1...L3 и емкости конденсаторов одинаковы для всех трех контуров. Из приведенных двенадцати фильтров первые пять используются в любом случае, из последующих семи (номера 6... 12) выбираются еще три (в зависимости от наличия WARC-диапазонов и требуемой избирательности по зеркальному каналу).
В катушках L1 и L3 верхние отводы идут на вход\выход фильтра, нижние – на внутренний контур с L2.
Для ПЧ 8 MHz все из приведенных в таблице фильтров обеспечивает более 80 dB избирательности по зеркальному каналу. АЧХ фильтров приведены в [3, стр. 113]. Для узкополосных фильтров (все, кроме 7, 9 и 11) ориентировочно можно считать, что при расстройке на полосу пропускания ослабление возрастает на 20 dB. Для широкополочных фильтров (7, 9, 11) при расстройке вверх зависимость такая же, а при расстройке вниз ослабление растет заметно быстрее, чем следует из приведенной зависимости.
АЧХ для фильтра номер 7, полученная в RFSimm99 приведена ниже. Приведены два вида АЧХ - красная в линейном масштабе (посмотрите как мала неравномерность в полосе пропускания - 2..3% всего), синяя - в логарифмическом - для оценки затухания за полосой. Шаг сетки по горизонтальной оси частот 2 MHz.
Конструктивно блок полосовых фильтров выполнен аналогично хорошо зарекомендовавшей себя конструкции в TRX RA3AO [2, стр.113], в коробке из фольгированного стеклотекстолита с теми же размерами, что и у RA3AO. Аналогично [2], в качестве катушек использованы отрезки внутренней полиэтиленовой изоляции коаксиального кабеля длиной 70 мм и диаметром 7 мм. При использовании фторопластовых каркасов потери Ai снижаются еще на 0,6...1,5 dB (меньшее значение соответствует минимальному Ai, большее — максимальному). При использовании каркасов другого диаметра следует пересчитать число витков катушек до получения указанного в таблице значения индуктивности.
Если хотите минимума проблем при настройке, то имеет большой смысл перед установкой измерить индуктивность катушек. Измерять следует катушку, установленную в корпус ДПФ, так как из-за влияния экрана индуктивность несколько снижается.
В TRX RA3AO на одном каркасе намотаны все три катушки ПФ одного диапазона, в данном же случае для уменьшения нежелательных связей размещение катушек иное. На одном каркасе мотаются L1 и L3 одного диапазона (начало намотки — 4 мм от края каркаса), а также L2 соседнего диапазона (точно посередине каркаса). Фрагмент размещения катушек на каркасе показан на рисунке 3.
При установке каркасов с намотанными катушками выводы L2 изгибают так, чтобы они попали в "свои" отверстия на плате на одной линии с L1 и L3 соответствующего диапазона. Печатная плата разработана на основе ДПФ TRX RA3AO [2, стр.96, рис.39] с минимальными изменениями.
При соблюдении величин индуктивности катушки и емкости постоянных конденсаторов (лучше заранее на измерителе L и C проверить соответствие их значений таблице 1) настройка блока сводится лишь к небольшой подстройке конденсаторов.
Данный ДПФ у меня используется вместе со входным смесителем и входным УВЧ описанными на этом сайте.
1. Поляков В. Трансиверы прямого преобразования. — М.: ДОСААФ, 1984.
2. Дроздов В. Любительские KB трансиверы. — М.: Радио и связь, 1983.
3. Ред Э. Справочное пособие по ВЧ схемотехнике. — М.: Мир, 1990.
4. Пинель К. Трансивер LARGO-91/ /Радиолюбитель. — 1994. — N6...12.
5. Тарасов А. Еще раз об "Урал 84 м" /Радиолюбитель.—1995.—N7.—C.28.