Диапазонные полосовые фильтры. Схема ДПФ для:
трансиверов, радиоприёмников прямого преобразования, SDR-ов и супергетеродинов
Рис.1 Схема ДПФ для КВ радиоприёмника или трансивера
Начнём с конца:
На транзисторах Т1 и Т2 разной проводимости выполнен двухтактный эмиттерный повторитель, он же – выходной каскад устройства ДПФ. Такое построение выходного
каскада, с одной стороны, позволяет обеспечить высокое значение динамического диапазона (ДД) при работе на 50-омную нагрузку, с другой –
гарантировать относительно постоянную нагрузку для диапазонных фильтров. Величина сопротивления этой "относительно постоянной" нагрузки
вычисляется как параллельное соединение входного импеданса транзисторного каскада и соединённого с его входом резистора R3.
При указанных на схеме номиналах эта величина составляет ~ 430...500 Ом.
Исходя из этой величины (можно выбрать 470 Ом), и следует далее рассчитывать характеристические сопротивления полосовых фильтров.
Уход в фильтрах от 50-омной схемотехники позволяет завалить двух мух одной мухобойкой: снизить требования к параметрам катушек, входящих в состав фильтров,
и обратить свой взор в сторону китайских дроссельков, а ещё – поиметь усиление входного сигнала за счёт применения на входе повышающего
трансформатора Tr1.
Причём, этот трансформатор, обладающий коэффициентом трансформации 3 по напряжению (9 по сопротивлению), нам необходим по-любому, так как именно он призван
согласовать импеданс антенны (в идеале 50 Ом) с характеристическими сопротивлениями фильтров.
Но как сказал классик: "Совершенство идеала – в его изъяне!". Именно поэтому в данном устройстве для оптимального согласования ДПФ: как со всякого рода
суррогатными антеннами произвольного
импеданса, так и с любыми другими антеннами, включая полноразмерные, в схему добавлен переменный резистор R2. Его положение выбирается по наилучшему соотношению
"сигнал-шум" на выходе приемника. Помимо этого, резистор R2 выполняет функцию простейшего, пусть и не совсем "правильного", но достаточно эффективного
аттенюатора.
Входной трансформатор изготовлен на кольце из феррита с проницаемостью 600...2000 в строгом соответствии со справочным пособием Э. Рэда.
Он содержит 3 одинаковые обмотки по 6...10 витков, выполненных обмоточным проводом 0,3...0,5 мм, которые следует наматывать одновременно 3-мя слегка скрученными
проводами (около 3 скруток на сантиметр), после чего соединить между собой согласно схеме, приведённой на Рис.1. Индуктивность каждой обмотки должна
составлять 30...50 мкГн, а количество витков можно рассчитать в любой онлайн программе.
Если же антенна представляет собой "телескоп", короткий штырь или относительно недлинный кусок провода (всё это обладает высоким активным сопротивлением), то
для более-менее нормального согласования с фильтрами её следует подключать, минуя трансформатор, как это показано на Рис.1 синим цветом.
Как показали измерения, шунтирующего действия резистора R1 в этом случае оказывается вполне достаточным для сохранения АЧХ полосовых фильтров.
Расчёт полосовых фильтров следует производить с помощью калькулятора (ссылка на калькулятор).
В качестве переключателя диапазонов вполне можно использовать и механические устройства, и диоды шоттки, и электронные ключи,
но куда правильнее для этих целей будет задействовать радиочастотные реле с замыканием неиспользуемых фильтров на землю.
Приведём результаты расчётов.
| Диапазон (МГц) |
L1 (мкГн) |
L2 (мкГн) |
L3 (мкГн) |
С1 (пФ) |
С2 (пФ) |
С3 (пФ) |
| 1,70 - 2,50 |
10,5 |
107 |
10,5 |
569 |
56 |
569 |
| 2,50 - 3,70 |
7,2 |
71 |
7,2 |
380 |
38,5 |
380 |
| 3,70 - 5,60 |
5,1 |
45 |
5,1 |
240 |
27,2 |
240 |
| 5,60 - 8,10 |
3 |
34 |
3 |
182 |
16,3 |
182 |
| 8,10 - 12,1 |
2,3 |
21,3 |
2,3 |
114 |
12,1 |
114 |
| 12,1 - 18,2 |
1,54 |
14 |
1,54 |
75 |
8,2 |
75 |
| 18,2 - 30,0 |
1,2 |
7,2 |
1,2 |
39 |
6,4 |
39 |
Представленные диапазонные фильтры полностью перекрывают КВ диапазон и при оптимальном согласовании обеспечивают неравномерность АЧХ внутри диапазона
не более 1 дБ и крутизну спада вне полосы пропускания – 43 дБ/октаву.
Теперь, что касается владельцев SDR-ов и приёмников прямого преобразования. Для них важен параметр подавления паразитных каналов приёма
на нечётных гармониках. Приведу эти цифры для SSB радиолюбительских диапазонов.
| Диапазон |
Подавление 3-й
гармоники (дБ) |
Подавление 5-й
гармоники (дБ) |
Подавление 7-й
гармоники (дБ) |
| 80-метр. |
53 |
68 |
78 |
| 40-метр. |
53 |
68 |
78 |
| 30-метр. |
50 |
65 |
74 |
| 20-метр. |
47 |
63 |
72 |
| 15-метр. |
40 |
56 |
65 |
| 10-метр. |
50 |
65 |
74 |
С учётом того, что и сам смеситель обеспечивает меньший уровень передачи гармониковых сигналов децибел на 10-15, в принципе,
получается приличное подавление.
Правда для обладателей ключевых смесителей с динамическим диапазоном 110-115 дБ цифры эти могут показаться недостаточными –
им подавай как минимум 80 дБ.
Ну так ведь и ничего страшного, даже количество катушек не придётся увеличивать, просто заменим полосовые фильтры на ФНЧ 7-го порядка.
Рис.2 Схема ФНЧ LC-фильтров для ДПФ
Расчёт фильтров нижних частот проведём с помощью другого калькулятора (ссылка на страницу).
| Диап. (МГц) |
L2 (мкГн) |
L3 (мкГн) |
L4 (мкГн) |
С5 (пФ) |
С6, С6_1 (пФ) |
С7 (пФ) |
| 1,70 - 2,50 |
37,6 |
40,2 |
37,6 |
235 |
357 |
235 |
| 2,50 - 3,70 |
25,4 |
27,2 |
25,4 |
159 |
241 |
159 |
| 3,70 - 5,60 |
16,8 |
18 |
16,8 |
105 |
160 |
105 |
| 5,60 - 8,10 |
11,6 |
12,4 |
11,6 |
73 |
110 |
73 |
| 8,10 - 12,1 |
7,8 |
8,3 |
7,8 |
49 |
74 |
49 |
| 12,1 - 18,2 |
5,2 |
5,5 |
5,2 |
32 |
49 |
32 |
| 18,2 - 30,0 |
3,1 |
3,4 |
3,1 |
20 |
30 |
20 |
| Диапазон |
Подавление 3-й
гармоники (дБ) |
Подавление 5-й
гармоники (дБ) |
Подавление 7-й
гармоники (дБ) |
| 80-метр. |
89 |
121 |
142 |
| 40-метр. |
89 |
121 |
142 |
| 30-метр. |
86 |
118 |
140 |
| 20-метр. |
83 |
115 |
136 |
| 15-метр. |
76 |
108 |
129 |
| 10-метр. |
86 |
118 |
140 |
Если и этого мало – прямая дорога к эллиптическим фильтрам Кауэра (ссылка на калькулятор).
Теперь, что касается элементов.
Если нет особого желания ковыряться с подстроечными конденсаторами и высокочастотным АЧХ-метром, рекомендую обзавестись недорогим
китайским измерителем емкостей и индуктивностей и подобрать номиналы элементов в фильтрах с точностью 3-5%. Параллельные и
последовательные соединения никак не возбраняются.
Настройка схемы сводится к установке тока покоя выходных транзисторов на уровне 15мА. Делается это подбором резистора R5.
|
