Диапазонные полосовые фильтры. Схема ДПФ для трансиверов,
радиоприёмников прямого преобразования, SDR — ов и супергетеродинов.
А на кой шайтан-узбек сдались нам эти ДПФы?
Возьмём, к примеру, Дегенов, Туксанов и прочих апологетов традиционной китайской цивилизации.
Молодцы ведь — пашут, и не жужжат. Простенько и со вкусом — без всяких там излишеств!
Две водки, три пива, селёдка и цельная буханка хлеба — скромный спартанский менталитет, воплощённый в схемотехнике и конструктиве.
Так вот. Пашут — и молодцы!
И должны пахать всеми корпусами на полную глубину, оправдывая высокое звание супергетеродинов с двойным преобразованием частоты и высокой первой промежуточной частотой.
А чтобы вспашка была качественной, нужно следить, чтобы амплитуда сигнала, поступающего на антенный вход электроплуга, не превышала уровня, отведённого ей динамическим диапазоном.
Динамический диапазон подобных радиоприёмников ограничен цифрой 80дБ, а это значит, что при чувствительности приёмника 1мкВ, максимальная амплитуда входного сигнала, перевариваемая агрегатом, составит величину 1мкВ x 10000 = 10мВ. Подадите больше, начнёт пожужживать. Ещё больше — услышите кашу из интермодуляционных шумов и продуктов искажений.
И не знать бы всего этого геморроя, если бы закон диалектического развития (мать его) не отвернул бы нас от комнатной магнитной рамки в сторону полноразмерной антенны, или, хотя бы, просто длинного куска провода, согласованного с 50-омным входом приёмника.
А тут? Какие там 10мВ, особенно в условиях города?
Широчайший спектр сигналов, начиная от 50-герцовых сетевых наводок, кончая мощными УКВ ЧМ-станциями, наведут на длинную антенну совокупную ЭДС, исчисляемую десятками, а то и сотнями милливольт.
Вот, собственно говоря, для того, чтобы очистить, поступающие на вход приёмника сигналы от всякой внеполосной дряни и уменьшить их совокупную амплитуду до приемлемого уровня, не прибегая к помощи аттенюатора, и служат диапазонные фильтры.
Всё вышесказанное относится и к простым приёмникам прямого преобразования с диодными, либо интегральными смесителями.
Несколько другая история связана с SDR-ами и ППП со смесителями на быстродействующих ключевых элементах. Здесь параметр реально достижимого динамического диапазона составляет величину 110-115 дБ, и на первый план выходит функция полосовых фильтров по подавлению паразитных каналов приёма на нечётных гармониках. И функция эта настолько важна, что можно уверенно заявить — без полосовых фильтров приёмник прямого преобразования нормально работать не будет.
Описывать многообразие различных схемотехнических решений диапазонных фильтров в рамках данной статьи я не вижу особого смысла, поэтому сразу приведу схему ПФ, являющуюся основным, базовым вариантом современных радиоприёмных конструкций высокого класса. 
Рис.1
Подробно эти фильтры 3-7 порядков мы рассматривали на странице ссылка на страницу.
Там же можно произвести онлайн расчёт этих фильтров для любых частот и характеристических сопротивлений.
К преимуществам данных фильтров можно отнести минимальные потери и максимально плоскую АЧХ в полосе пропускания.
Крутизна спада АЧХ вне полосы пропускания составляет величину 43 дБ/октаву.
Причём, характеристики подобных фильтров не так сильно зависят от точности подбора номиналов конденсаторов и катушек индуктивности, как от строгого соблюдения рассчитанных параметров входного и выходного сопротивлений.
В качестве входного у нас выступает сопротивление приёмной антенны, согласованное с волновым сопротивлением коаксиального кабеля.
А теперь давайте прикинем — в каких хуторах и селениях нам искать следы антенны с постоянным и неизменным 50-омным сопротивлением во всём непрерывном КВ диапазоне?
Ни в каких! Запаришься искать такую антенну, если только она не снабжена активным согласующим устройством.
Чтобы не ограничивать сферу применения наших полосовых диапазонных фильтров исключительно активными антеннами, подобное согласующее устройство придётся предусмотреть в составе схемы ДПФ.
Причём на первый план здесь выходит ключевая задача — превысить параметры, определяющие динамический диапазон приёмника. Зададимся цифрой этого параметра — не менее 120 дБ.
В результате получилась следующая схема.
А подробно обсудим её — на следующей странице.
Источник
Диапазонные полосовые фильтры. Схема ДПФ для трансиверов,
радиоприёмников прямого преобразования, SDR — ов и супергетеродинов.
Поскольку вход у нас низкоомный и должен быть согласован с 50-омным волновым сопротивлением коаксиального кабеля, выбор пал на схему усилителя с общей базой на транзисторе Т1, обладающую на высоких частотах известными преимуществами перед схемой с общим эмиттером.
Переменный резистор R2 позволяет выставить желаемый коэффициент передачи ДПФов в пределах 0 — 6 дБ. Входное сопротивление устройства при этом составляет величину 53-65 Ом, в зависимости от положения регулятора, что для приёмной аппаратуры находится во вполне допустимом диапазоне.
Приемлемые динамические характеристики входного усилителя достигаются 3-мя инструментами:
1. достаточно высоким током покоя транзистора Т1;
2. введением катушки (дросселя) L1 для притягивания напряжения коллектора Т1 к нулевой точке;
3. уходом от традиционных 50-омных характеристических сопротивлений фильтров в пользу более высоких значений, что позволяет транзистору работать на более высокоомную нагрузку, что в свою очередь определяет и лучшие динамические показатели.
Выходное сопротивление первого каскада определяется номиналом резистора R7 и составляет 470 Ом. Исходя из этой величины, и следует рассчитывать характеристические сопротивления полосовых фильтров.
Уход от 50-омной схемотехники позволяет, помимо всего прочего, и снизить требования к параметрам катушек, входящих в состав фильтров, и обратить свой взор в сторону маленьких китайских дроссельков.
Выходному каскаду живётся, с одной стороны легче, чем входному, ведь на его вход поступает уже отфильтрованный сигнал и, соответственно, меньшей амплитуды, но с другой стороны работает он на 50-омную нагрузку, и простым увеличением тока покоя транзистора не удастся обеспечить приемлемого значения ДД (вернее удастся, но значение этого тока составит неприличную величину). Именно поэтому, в качестве выходного и был выбран двухтактный каскад на комплементарных транзисторах.
Расчёт полосовых фильтров будем производить с помощью таблицы ссылка на таблицу.
Глядя на схему, закрадываются смутные сомнения в необходимости дросселя L1, ведь с функцией подтягивания коллекторного напряжения Т1 к нулевой точке прекрасно должны справиться катушки, входящие в состав фильтра.
Правильно закрадываются! Отлично справятся, поэтому, если не будут раздражать щелчки во время переключения диапазонов — смело выкидывайте.
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 незадействованных фильтров на землю.
Приведём результаты расчётов.
| Диапазон (МГц) | L2 (мкГн) | L3 (мкГн) | L4 (мкГн) | С5 (пФ) | С6 (пФ) | С7 (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, обеспечивают неравномерность АЧХ внутри диапазона не более 0,5 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 приёма на 3-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 40-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 30-метровый | 50 | 65 | 74 |
| 20-метровый | 47 | 63 | 72 |
| 15-метровый | 40 | 56 | 65 |
| 10-метровый | 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.
Ну а для обладателей ключевых смесителей с динамическим диапазоном 110-115 дБ цифры эти могут показаться недостаточными — им подавай как минимум 80 дБ.
Ну и ничего страшного, даже количество катушек не придётся увеличивать, просто заменим полосовые фильтры на ФНЧ 7-го порядка. 
Рис.2
Расчёт фильтров нижних частот проведём с помощью другой таблицы ссылка на таблицу.
| Диапазон (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 приёма на 3-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) | Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 40-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 30-метровый | 86 | 118 | 140 |
| 20-метровый | 83 | 115 | 136 |
| 15-метровый | 76 | 108 | 129 |
| 10-метровый | 86 | 118 | 140 |
Если и этого мало — прямая дорога к эллиптическим фильтрам Кауэра ссылка на таблицу.
Теперь, что касается элементов.
Если нет особого желания ковыряться с подстроечными конденсаторами и высокочастотным АЧХ-ометром, 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.
К дросселю L1 следует отнестись с определённой долей уважения — его индуктивность должна значительно превышать индуктивности катушек L2, а собственная ёмкость быть значительно ниже значений конденсаторов С5.
Готовым дроссельком здесь не обойтись, поэтому намотать его придётся самостоятельно на низкочастотном тороидальном феррите М2000. Количество витков 10-15, рассчитывается в программе Coil32 в зависимости от размеров кольца.
Настройка схемы сводится к установке токов покоя транзисторов в пределах 15мА. Делается это подбором соответствующих резисторов — R6 и R11.
Если выходное напряжение в точке соединения R15 и R16 будет сильно отличаться от указанного на схеме — придётся поиграться номиналом резистора R10 или R13.
Источник
Полосовые фильтры для трансивера своими руками
Полосовые диапазонные фильтры высококачественного трансивера.
Решив сделать полосовые фильтры для своего трансивера (основная плата уже готова) принялся выбирать из всего многообразия вариантов предлагаемых схем подходящую для моего аппарата. Моделирование в RF SIM и полученные результаты (теоретические) большинства приведенных схем неустроили меня по разным причинам. Во первых наилучшие параметры имели фильтры ,которые сложно реализовать на практике — катушки с отводами ,применение дорогих и кое-где дефицитных «амидоновских» колец или подстроечных конденсаторов и т.д. Я поставил перед собой задачу разработать легко выполнимый ДПФ ,который можно собрать на любых имеющихся деталях. За основу был принят один из лучших ДПФ RA3AO .Так как подстроечных конденсаторов у меня в наличии нет решил от них избавиться и применить обычные катушки с подстроечниками .В связи с этим шагом пришлось перейти от индуктивной связи между контурами к емкостной .
В результате моделирования были рассчитаны схемы для всех КВ диапазонов.Приведенные схемы рассчитаны на коммутацию с помощью реле. При необходимости фильтры можно легко преобразовать для применения электронной коммутации на диодах просто добавив катушки связи на крайние по схеме контура (число витков в 8-10 раз меньше контурной катушки).Этот вариант также моделировался и получились практически те же параметры ,что и в основном варианте.Для примера прилагаю файл полосового фильтра диапазона 20 м в формате RF SIM.Так же хочу отметить ,что рассчитанные полосовые фильтры теоретически практически полностью подавляют зеркальный канал – при популярной ПЧ = 8.867 МГц на диапазоне 20 м ,частота ГПД = 14.2 – 8.867
=5.333 МГц. Зеркальный канал будет на частоте 8.867 – 5.333= 3,534 МГц. На этой частоте затухание смоделированного фильтра 20 м диапазона достигает 140 дБ (теоретически) ! Что получится на практике зависит уже от конструктора…Так же есть еще одно преимущество этой схемы перед прототипом (RA3AO ) – катушки можно и нужно поместить в экран ,а это позволит избавиться от неприятного явления с которым сталкивались многие – влияние при настройке одного диапазона на другой ,да и сложность подобрать оптимальную индуктивную связь между контурами.
Так же проверил возможность изготовления более простого , 2-х контурного фильтра. Для этого просто исключаем средний контур из схемы и один из конденсаторов связи – номиналы оставшихся деталей остаются те же! Параметры также очень неплохие для более простых трансиверов – зеркальный канал для приведенного выше примера «давится» более ,чем на 90 дБ! Из-за емкостных связей в схеме фильтра верхний по частоте скат АЧХ получается более пологий и по этому желательно «пропускать» принимаемый сигнал через ФНЧ передатчика. В этом случае вполне можно обойтись и 2-х контурными фильтрами.
Намоточные данные приводить нет смысла ,так как приведенная на схеме индуктивность параметр более универсальный. Отводов катушки не имеют и рассчитать под имеющиеся каркасы число витков не составит труда – для этого есть много программ. Как реализую практически — поделюсь. Возможно кто-то это сделает быстрее….Надеюсь кому – нибудь пригодятся мои расчеты.
Провел испытания полосового фильтра на 14 МГц в комплексе с самодельной основной платой трансивера и синтезатором от RD3AY — результат хороший!Попробовал все варианты: 2-х контурный с емкостной и индуктивной связью с антенной и трансивером ,а также 3- контурный в этих комбинациях.Все работает, по крайней мере на слух потери не большие — чувствительности для 14 МГц более чем достаточно.По приборам еще не проверял — думаю все будет нормально.Затухание в 2-х контурном фильтре заметно меньше.Разницы между индуктивной (катушка связи на контурной — витков в 10 раз меньше контурной ) и емкостной связью с антенной и трансивером на слух не заметил.Намотал катушки на каркасах диаметром 5 мм («крайние» по 30 ,»средняя» 20 витков) поставил SMD конденсаторы размера 0603 указанных на схеме номиналов и «с пол оборота» настроил фильтр подстроечниками катушки даже без приборов — на слух.Резонансы всех трех контуров очень «четкие».Схема вполне рабочая и может рекомендоваться для применения.
Источник
