Кварцевые фильтры для трансиверов, приёмников и передатчиков.
Как изготовить своими руками кварцевый фильтр — основной элемент
фильтрового формирователя однополосного SSB сигнала.
Неотъемлемой частью любого однополосного (SSB) передатчика фильтрового типа является узкополосный (с полосой пропускания 2,1. 3 кГц) кварцевый или электромеханический фильтр (ЭМФ), выделяющий одну боковую полосу спектра выходного сигнала. Причём, если раньше наиболее распространённым решением было использование 200. 500 кГц ЭМФ, то за последнее время — 3. 9 МГц кварцевые фильтры практически полностью потеснили низкочастотные ЭМФ в современных конструкциях фильтровых передатчиков и трансиверов.
Какую выбрать частоту и структуру кварцевого фильтра, чтобы избежать сложностей при повторении и настройке, поговорим на этой странице.
Начнём со статьи «Кварцевые фильтры для трансивера» («КВ и УКВ» №12 1998г) под авторством уважаемого Александра Тарасова (UT2FW).
Что из всего этого перечня самое лучшее?
Для того чтобы получить приемлемую работу трансивера на всех девяти диапазонах, наиболее подходящими оказались фильтры на частоты 8,3. 8,6 МГц. При использовании фильтров на частоты ниже 6 МГц приходилось усложнять диапазонные полосовые фильтры, чтобы избавиться от ненужного «мусора» при передаче. Прямоугольности двухконтурного диапазонного полосового фильтра не хватает для требуемой селекции сигнала передатчика, особенно на 24 и 28 МГц.
Осторожно следует подходить к выбору фильтра на частоты, кратные 1 МГц. Так как гармоники «опорника», расположенного на плате контроллера синтезатора, имеют неприятную склонность — «расползаться» по всему трансиверу. И если одна из гармоник (например, пятая или девятая) попадает в полосу прозрачности кварцевого фильтра, избавиться от неё можно только заменой промежуточной частоты.
Неудачна ПЧ, близкая к 9.0 . 9,08 МГц и т.д. Вторая гармоника этой частоты находится в пределах любительского диапазона 18 МГц. При применении ПЧ около 9 МГц также возможны проблемы с приёмом в диапазоне 14 МГц. В результате комбинационных преобразований в смесителе, происходит приём вещательных станций диапазонов 11. 13 МГц.
В результате возник вариант, который показал неплохие результаты при многократном повторении. В качестве основного фильтра, работающего и на приём, и на передачу, применён шестикристальный лестничный фильтр из кварцев в корпусе Б1 (Рис.1).
Рис.1
Почему шесть кварцев, а не принятое количество — 8, 10 и т.д.? Я очень сомневаюсь, что в одноплатной конструкции (без специальных мер экранирования) можно избежать «пролезания» сигнала с входа на выход, например, в десятикристальном фильтре. Цифры в 50. 70дБ удаётся получить, и это подтверждает практика. Шестикристальный фильтр обычно имеет не менее 60 дБ затухания за полосой прозрачности. Этого достаточно для формирования качественного SSB-сигнала и селекции по соседнему каналу, чтобы не перегружались следующие за фильтром каскады усиления.
Немаловажное преимущество у такого фильтра — меньшее затухание в полосе прозрачности, и тем самым удаётся улучшить чувствительность приёмника. При этом худшая прямоугольность оборачивается выигрышем при формировании SSB. Однозначно, сигнал формируется более качественный, нежели при применении фильтра с крутыми скатами.
Фильтр следует изготавливать на полосу прозрачности по уровню -6 дБ 2,45. 2,55 кГц, тогда при приёме уже не возникает ощущение «широких ворот», как с ЭМФ 3,1 кГц (Р399А, Катран), и на передачу SSB-сигнал ещё не будет заужен по полосе.
Предусмотрено дополнительное сужение полосы пропускания фильтра в CW-режиме. Для этого параллельно крайним резонаторам реле подключают дополнительные конденсаторы. При этом характеристика фильтра искажается, верхний скат приближается к нижнему. Таким способом можно получить полосу пропускания 0,6. 0,7 кГц на кварцах с разносом частот параллельного и последовательного резонансов 10. 20 кГц. Если будут применены кварцы с более узким промежутком резонансов, можно надеяться на лучшие CW-характеристики.
Изготовление кварцевых фильтров имеет некоторые особенности. Вариант, когда для фильтра изготавливается печатная плата из стеклотекстолита, представляется мне далеко не лучшим. Опыт показывает, что при установке кварца в стеклотекстолит добротность резонаторов чаще всего падает, что влечёт за собой увеличение затухания в полосе прозрачности фильтра. Кроме того, под каждый стеклотекстолит приходится индивидуально подбирать ёмкости фильтра. Самый простой и не худший вариант — это спаять кварцы между собой корпусами. Паять нужно быстро, чтобы не нарушилась герметизация корпуса, и припой не попал внутрь. Весь монтаж можно произвести на ножках кварцев. Конденсаторы нужно применять малогабаритные, хорошего качества, с минимальным ТКЕ, керамические. В дальнейшем собранный фильтр припаивается к металлизации, оставленной на плате, и накрывается коробкой из лужёной жести, хотя на практике наличие или отсутствие экранирующей коробки ни по приборам, ни на слух обнаружить не удавалось.
Похожий лестничный SSB кварцевый фильтр на частоту 9100 кГц был применён разработчиком коротковолнового трансивера Урал-84 Анатолием Першиным. Правда данный фильтр является восьмикристальным, а вдогонку дополняется ещё одним четырёхкристальным с изменяемой полосой пропускания. Вот как это выглядит:
Рис.2. Фильтр ZQ1
Фильтр ZQ1 имеет следующие параметры:
Полоса пропускания, кГц (на уровне —3 дБ). 2,3
Коэффициент прямоугольности. 1,8
Неравномерность в полосе пропускания, дБ, не более 1,5
Входное сопротивление. Ом. 270
Выходное сопротивление, Ом. 120
Если в фильтре ZQ1 будут использованы кварцевые резонаторы от радиостанции «Гранит» с частотами 9000…9150 кГц, то значения ёмкостей в схеме фильтра могут остаться без изменений.
Рис.3. Фильтр ZQ2
В фильтре ZQ2 полоса пропускания может изменяться. В режиме SSB она равна 2,3 кГц, а в режиме CW, когда параллельно кварцевым резонаторам включены конденсаторы величиной 68 пФ, полоса пропускания сужается до 800 Гц.
Применение двух кварцевых фильтров ZQ1 с полосой пропускания 2,4 кГц и ZQ2 значительно улучшило подавление сигналов вне полосы «прозрачности» фильтров, которое достигло 100 дБ.
Источник
Приемник с кварцевым фильтром своими руками
QRSS приемник прямого преобразования с кварцевым фильтром
на любительский диапазон 30 метров
Внешний вид приемника
Внешний вид со снятой верхней крышкой
Монтаж приемника на макетной плате
Данный приемник предназначен для приема QRSS сигналов в диапазоне 10.140.000 – 10.140.100 кГц. Относится к классу SDR устройств и работает совместно с персональным компьютером. Рабочая полоса пропускания приемника 1 кГц (10.139.500 – 10.140.500 кГц). Во входных цепях установлен простой кварцевый фильтр. Приемник обладает высокой чувствительностью и динамическим диапазоном. Стабильность частоты гетеродина достаточна для работы в режимах QRSS -3, QRSS -10 и QRSS -30. Приемник очень простой в сборке и настройке. Единственными дефицитными элементами являются кварцевые резонаторы на необходимую частоту. Приемник собран на 5 транзисторах, интегральные схемы не используются. Схема приведена на рис.1
Входные сигналы из антенны поступают на узкополосный фильтр основной селекции, собранный на элементах L 1- L 3, С1,С2,С4 и кварцевых резонаторах Cr 1-2. С выхода фильтра сигнал усиливается УВЧ на 2-х затворном транзисторе Т1. Далее усиленный сигнал подается на смеситель ключевого типа выполненный на полевом транзисторе Т2. Пассивный смеситель очень простой, однако хорошо зарекомендовал себя в работе. Слабо нагружает выход гетеродина, так как имеет для гетеродинного сигнала высокое входное сопротивление. На элементах R 6, C 9 собран простейший ФНЧ с частотой среза 20-25 кГц. Низкочастотный сигнал ПЧ усиливается предварительным усилителем на транзисторе VT 1 и через развязывающий низкочастотный трансформатор подается на линейный вход звуковой платы ПК. Трансформатор – выходной от старого радиоприемника, но допустимо использовать подходящий трансформатор с низкоомной вторичной обмоткой. Применение развязывающего НЧ трансформатора имеет важное значение, так как благодаря ему значительно снижаются наводки от персонального компьютера, питающей сети переменного тока за счет гальванической развязки от ПК.
Гетеродин собран по схеме емкостной трехточки на транзисторе VT 3, частота стабилизирована кварцевым резонатором. Генератор работает на частоте около 10136 кГц при номинальной частоте кварцевого резонатора 10135 кГц. Точная установка номинальной частоты необязательна, а коррекция частоты настройки приемника производится программно. Выходной сигнал генератора снимается с нагрузочного резистора в коллекторной цепи VT 3. На транзисторе VT 2 собран усилитель гетеродиного сигнала для повышения его уровня, так как пассивный смеситель на полевом транзисторе T 2 требует его повышенный уровень. ВЧ напряжение гетеродина подается на затвор транзистора Т2 составляет 1,2 – 1,5 В.
Контурные катушки L 1- L 3 настраиваются в резонанс на частоту 10140 кГц. Подстраивая сердечники катушек добиваются требуемой полосы пропускания фильтра, неравномерности в полосе прозрачности и формы скатов АЧХ фильтра. Все настройки производятся при работе SDR программы ПК. (удобно использовать программу WINRAD ). Остальные элементы приемника в настройке не нуждаются. После сборки с помощью осциллографа полезно убедиться в работоспособности гетеродина и наличия необходимого уровня ВЧ напряжения гетеродина. На рис.2 скриншот программы Winrad с подключенным приемником на 30м. Оранжевым цветом выделяется полоса пропускания приемника, можно увидеть форму полосы пропускания кварцевого фильтра.
При изготовлении приемника необходимо уделить повышенное внимание к экранировке нескольких узлов.
- Полное экранирование элементов кварцевого генератора. Кроме того для улучшения стабильности частоты элементы генератора в экранирующем корпусе заливаются эпоксидной смолой.
- Все контурные катушки входного фильтра должны быть снабжены экранами, а элементы кварцевого фильтра Cr 1-2,C2 дополнительно экранированы.
В кварцевом фильтре желательно применить резонаторы на номинальную частоту 10140 кГц. Кварцевые резонаторы на 10135 кГц использовались как наиболее доступные на момент сборки приемника.
Вся конструкция приемника размещена на макетной плате. Специальная печатная плата не разрабатывалась. Монтаж производился на прямоугольном куске одностороннего стеклотекстолита с использованием метода монтажа «на пяточках». Для упрощения монтажа «пяточки» нарезались из одностороннего стеклотекстолита размерами 5х5 мм. Основная масса медной фольги служит общим проводом, а на «пяточки» напаивались элементы. Монтаж быстрый и качественный. По окончании сборки «пяточки» фиксировались к плате-основе эпоксидной смолой. Вся конструкция приемника помещается в металлический футляр подходящих размеров, в котором монтируются разъемы питания, НЧ выхода, антенный разъем, индикаторный светодиод. В плюсовой провод питания включен защитный диод в прямом направлении для защиты от ошибочной «переполюсовки» проводов питания. Приемник работоспособен при изменении питающего напряжения от 4,5 до 12 Вольт, напряжения питания необходимо стабилизировать. Питать приемник лучше от батарей. Ввиду не очень высокой стабильности частоты гетеродина приемника рекомендуется совместно с приемником использовать промышленный кварцевый генератор (в авторском варианте использован опорный генератор от радиостанции «Ангара-1) в качестве калибратора и периодически производить коррекцию частоты гетеродина (в программах это «LO»). При прогреве приемника в течении 60 — 120 минут стабильность частоты гетеродина приемника становится достаточной для практической работы в QRSS режимах. На рис.3 изображена схема кварцевого калибратора.
Частота опорного кварцевого генератора не равна 10 МГц, а имеет реальное значение 10.000.314 Гц (измерено по эталонному сигналу радиостанции ГСВЧ 9996 кГц и 4996 кГц), установить ОГ на номинальную частоту 10 МГц не удалось.
При отсутствии кварцевых резонаторов на частоту 10135 кГц, приемник можно собрать без кварцевого фильтра, а в гетеродине применить кварцевый резонатор на другую частоту от 10120 до 10160 кГц. Тогда получаем обычный приемник прямого преобразования — приставку для ПК. Схема на Рис.4
Без существенного изменения схемы можно заменить 2-х затворный транзистор T1 на однозатворный типа КП303И. При этом необходимо убрать элементы R1,R2 и C3. Все транзисторы КТ3102 заменимы на КТ342.
Оценка стабильности частоты гетеродина:
Какая стабильность частоты гетеродина у приемника? Был проведен эксперимент — после включения, приемник работал 90 минут и за это время проводились измерения частоты его гетеродина. Температура окружающей среды +26 градусов цельсия. Получившийся график после обработки результатов измерений представлен на рис. 5. При этом кварцевый резонатор не термостатировался и частота генератора сильно зависит от окружающей температруы. Условно внешние температурные условия были приняты за стабильные за время измерения параметров частоты гетеродина. Все измерения проводились относительно достаточно стабильного опорного генератора на частоту 10 МГц от радиостанции «Ангара-1». Из графика видно, что в первые 40 минут после включения отмечается значительный положительный дрейф частоты гетеродина с величиной около 15 Гц. Это время — «прогрева» элементов гетеродина. Начиная с 40-й до 90-й минуты частота значительно более стабильная и колеблется относительно средней точки на +/- 0,8 Гц.
Очевидно, что применение в приемнике гетеродина с термостатированием кварцевого резонатора даст хорошую стабильность частоты при изменении температуры окружающей среды и повысит комфортность работы с ним.
(Рис.5 — стабильность частоты гетеродина)
А. Анкудинов ( ua3vvm )
UA3VVM QRSS Receiver 30m
23.07.2009 год
Источник
Приёмник с кварцевым фильтром и диодными смесителями. С чего начать?
Захотелось сделать простой кв приёмник, разжился тремя фабричными кварцевыми фильтрами на 9 мгц -средний 6 кгц, верхний и нижний, смесителями SBL1.
И тут же возникла мучительная дилемма. Два преобразования или одно? если два, с первой промежуткой в 45 мгц, то наверняка возникнут сложности с поражёнками высших порядков, и к тому же придётся городить синтезатор.
А если с одной — то будут проблемы в полосе, близкой к 9 мгц. (а хотелось бы непрерывный диапазон, чтобы вещалки тоже слушать))
и ещё — придётся ли городить диплексер после смесителя, или смеситель можно как-то с фильтром через КП903 увязать? Сопротивление фильтров 1ком, емкость 25пф
Начать на мой взгляд нужно с основы — 1 гетеродина. Как то сделал весь сигнальный тракт трансивера, попробовал на одном диапазоне, все работает. А весь гетеродин не сделал и так трансивер тот и умер.
В вашем случае надо сначала определиться, нужен непрерывный диапазон или нет. Если нужен, то думаю что без синтезатора не обойтись.
Насчет диплексера. В принципе, КП903 в схеме с ОЗ с задачей постоянной нагрузки для диодного смесителя вполне справляется. Примеры — «Урал-84», «Дон-2» и многие другие. Другой вопрос что LC диплексер еще дополнительно фильтрует ненужную часть спектра после преобразования. Но насколько это важно трудно сказать навскидку.
В случае, если придётся городить синтезатор, есть ГУН POS-100, специально сделанный под SBL-1. 50 — 100 мгц при управляющем напряжении 1-16v, мощность достаточная, спектр приемлемый.
схему синтезатора к нему нашёл простую
Я бы начал с детекторного приемника.
Может быть пора уже забывать о кварцевых фильтрах? DSP технология позволяет получить любую полосу пропускания и параметры приёмника на порядок выше, чем при их использовании, а схемотехника намного проще. Для настройки нужен минимум приборов. Посмотрите тут или здесь.
Паять трудно эти AЦП и процессоры и печатку изготовить трудно + программировать один Бог знает как.
Всё в наших руках. Описания очень подробные и есть у кого спросить, если что непонятно в процессе изготовления. И программировать несложно, нужно только приобрести платку STM32F4 DISCOVERY для программирования. Программы то, самому писать не нужно. А это главное.
Паять процессоры несложно — даже 40 Вт паяльником лучше, чем более маломощным. Лишний припой удаляется при помощи кусочка оплётки кабеля или экранированного провода. Продаются и готовые оплётки для этой цели.
Печатки односторонние, так что поддаются изготовлению и в домашних условиях. Методик много.
Зато, получите приёмник со сплошным диапазоном, отличным сервисом, динамикой и для всех видов модуляции.
Если бы ТС в качестве смесителя использовал полевые транзисторы, то тогда было бы над чем подумать, так как в этом случае можно получить повыше динамический диапазон. Но, так как ТС планирует собрать смеситель на диодах, то ответ однозначный — синтезатор. Соответственно, и вся остальная схемотехника предполагаемого приёмника.
Цифровые приемники не так просто сделать. Самый простой вариант с одним преобразованием. Синтез на SI570 или AD9951. Иногда хочется свою музыку сыграть.
сделать то непросто, а вот повторить вполне нормально и сравнимо (а то и проще), чем более менее приличный «классический», к тому же бонусом идут сразу все модуляции, набор фильтров с разной полосой и прочая полезная цифровая обработка (но простой subj конечно полегче будет, но только простой)
Источник
