Трансиверы
Новости
Персонал
Гостевая
Прайс-лист
Контактная информация
Rambler's Top100 Rambler's Top100

Кварцевый фильтр трансивера

Скачать документацию

Кварцевый фильтр (КФ), как известно, половина хорошего трансивера. К качественному фильтру основной селекции, предъявляются очень высокие требования. Для обеспечения надлежащей избирательности трансивера необходимо чтобы КФ имел затухание вне полосы пропускания как минимум 100 - 110 дб при коэффициенте прямоугольности (КП) 1,5 - 1,8 по уровням -6 / -90 дб. Естественно потери и неравномерность АЧХ в полосе пропускания должны быть минимальны. Для решения поставленной задачи выбирается лестничный КФ на частоту 8,867 мГц как наиболее технологичный и недорогой. Кварцевый резонатор декодера системы PAL имеет малую стоимость, габариты и абсолютно доступен любому радиолюбителю. А из этого следует, что высокие качественные показатели КФ можно без большого труда обеспечить количеством примененных кристаллов. Что и было проделано автором.

Для обеспечения необходимого КП был выбран 10-ти кристальный лестничный КФ (1) с Чебышевской характеристикой при неравномерности АЧХ 0,28 дб.

Схема фильтра немного отличается от стандартной: для улучшения монтажа в последовательных цепях переставлены местами кварцы и конденсаторы, что не ухудшает качественных показателей фильтра. Для увеличения крутизны скатов АЧХ фильтра на входе и выходе установлены дополнительные кварцы Qz1 и Qz12.

Для кварцевых резонаторов VNIISIMS - 8,867 мГц расчетные значения фильтра по методике Дроздова В.В. (2) получились следующие: для полосы 2,65 кГц С1,2Э = 82,2 пф, LКЭ = 0,0185 Гн, Rн = 224 Ом. На схеме КФ указанны номиналы конденсаторов, полученные в результате расчета.

В качестве согласующих элементов КФ применены колебательные контуры с емкостными делителями, благодаря чему достигаются малые затухание и неравномерность в полосе пропускания.

Для исключения просачивания сигнала помимо фильтра применено тщательное экранирование, а так же согласующие контура установлены в соответствующих узлах трансивера. На рис.3 приведена монтажная схема фильтра. Печатная плата (рис.4) выполнена на двухстороннем фольгированном стеклотекстолите. Верхний слой используется в качестве общего провода, с которым все кварцы имеют хороший контакт. Перед установкой компонентов фильтра печатная плата запаивается в жестяную коробочку с двумя съёмными крышками.

Кварцевые резонаторы подбирались по частоте генерации экспериментального генератора с точностью не более 50 Гц. Кварцы Qz1 и Qz12 подобраны из других партий с частотами выше и ниже частоты примененных кварцев около 1 кГц. Конденсаторы использованы типов КТ и КМ.

После того как фильтр изготовлен, встает еще более трудная задача: каким образом измерить АЧХ сделанного КФ с максимальным разрешением. Очень удобно для этого ранее описанная (3) детекторная приставка (ДП) к ПК с использованием компьютерной программы низкочастотного спектроанализатора .

Для того, чтобы иметь возможность оценивать АЧХ фильтра на уровне -90 - 100 дб, надо иметь измерительный генератор с уровнем боковых шумов явно ниже указанной величины.

Автором сконструирован такой генератор. За основу взята схема (4) кварцевого генератора, у которого относительная спектральная плотность мощности шумов равна -165дб Гц, что означает: мощность шумов генератора при расстройке 10 кГц в полосе 3 кГц меньше мощности основного колебания генератора на 135 дб !

Схема (рис.1) немного модернизирована: биполярные транзисторы заменены полевыми и последовательно с кварцем установлен контур L1,D2:5, с помощью которого частота генератора перестраивается относительно частоты кварца на + 5 кГц, что вполне достаточно для измерения АЧХ КФ. Кварцевый резонатор используется из комплекта КФ. Для перестройки частоты генератора применен 20-ти оборотный резистор R11. Для обеспечения режима генератора качающейся частоты (ГКЧ) на рис.1 приведена схема генератора пилообразного напряжения, выполненная на однопереходном транзисторе Т2 с генератором тока на Т1. Микросхема ОР1 используется в качестве усилителя.

Изменяя усиление (R8) и смещение (R6) усилителя получаем максимальный размах пилы при данном напряжении питания. Переключателем S1 частота генерации может быть установлена 10 или 0,3 Гц. Резистором R10 выставляется необходимая девиация частоты ГКЧ. От синусоидального напряжения пришлось отказаться ввиду неравномерной скорости прохода ГКЧ разных участков АЧХ фильтра, но для достижения максимальной разрешающей способности частота качающего генератора снижения до 0,3 Гц.

Двухсторонняя печатная плата (рис. , верхний слой - общий провод) запаяна в жестяную коробочку с двумя крышками. Катушки L1,L2,L3 - намотаны на стандартных каркасах Æ = 6,5 мм и помещены в экраны. L1 - содержит 40 вит. ПЭВ-0,21 , L3 - 27 вит. ПЭЛШО-0,31 и L2 - 2 + 4 вит. ПЭЛШО-0,31, намотана поверх L3 ближе к 'холодному' концу. Все дроссели типа ДМ, а резисторы R6,R8 и R10 типа СП3-38. Для обеспечения максимальной перестройки ГКЧ (не менее 10 кГц) вокруг точки соединения L1,D4,D5 верхний слой фольги удален.

Изменением R12 добиваются устойчивой генерации без вхождения в режим ограничения сигнала. Подбирая С14 и подстраивая L2,L3, настраивают выходную колебательную систему в резонанс, что гарантирует хорошую нагрузочную способность генератора. Подстраивая L1, устанавливают границы перестройки генератора в пределах 8,858,6 ¸ 8,868,6 МГц, что с запасом перекрывает АЧХ испытуемого КФ. Без нагрузки выходное синусоидальное напряжение генератора равно 1В (ЭФФ).

После изготовления КФ и измерительного генератора можно приступать к настройке КФ и измерению его параметров. Имеется два варианта измерения АЧХ КФ: с помощью компьютера и построение АЧХ по точкам с применением селективного микровольтметра.

Начнем с первого варианта. Изготовленный фильтр с использованием согласующих контуров подключаем с одной стороны к ГКЧ, а с другой - к детекторной приставке. Запускаем программу 'SpektroLab' и подстраивая частоты ГКЧ (в режиме ручного управления) и опорного генератора в детекторной приставке выставляем пик спектрограммы ГКЧ на частоту 5 кГц. Далее, балансируя смеситель ДП, пик второй гармоники уменьшают до уровня шумов. После этого включается режим ГКЧ и на мониторе появляется долгожданная АЧХ испытуемого фильтра. Вначале включается частота качания 10 Гц и подстраивая с помощью R11 центральную частоту, а затем и полосу качания R10 (рис.1) устанавливаем приемлемую 'картинку' АЧХ фильтра в реальном времени. Во время измерений, подстраивая согласующие контуры, добиваются минимальной неравномерности в полосе пропускания. Далее для достижения максимальной разрешающей способности устройства, включаем частоту качания 0,3 Гц и устанавливаем в программе максимально возможное количество точек преобразования Фурье (FFT, у автора 4096:8192) и минимальное значение параметра усреднение (Averaging, у автора 1). Так как характеристика рисуется за несколько проходов ГКЧ, то включается режим запоминающего пикового вольтметра. (Hold). В итоге на мониторе получаем АЧХ исследуемого фильтра. С помощью курсора мыши получаем необходимые цифровые значения полученной АЧХ на нужных уровнях. При этом надо не забыть замерить частоту опорного генератора в ДП, что бы потом получить истинные значения частот точек АЧХ .

Оценив первоначальную 'картинку' подстраивают частоты последовательного резонанса Qz1и Qz12 соответственно на нижний и верхний скаты АЧХ фильтра, добиваясь максимальной прямоугольности на уровне -90 дб. В заключении с помощью принтера получаем полновесный 'документ' на сделанный фильтр. В качестве примера на рис. приведена спектрограмма АЧХ этого фильтра. Там же приведена спектрограмма сигнала ГКЧ.

Видимая неравномерность левого ската АЧХ на уровне -3 - 5дб устраняется перестановкой кварцев Qz2 - Qz11. В итоге получаем следующие технические характеристики сделанного фильтра: полоса пропускания по уровню -6 дб равна 2,586 кГц, неравномерность АЧХ в полосе пропускания менее 2 дб , коэффициент прямоугольности по уровням -6/-60 дб равен 1,41 , по уровням -6/-80 дб - 1,59 и по уровням -6/-90 дб - 1,67 , затухание в полосе менее 3 дб, а за полосой более 90 дб.

Более точно можно измерить АЧХ КФ по точкам, но для этого необходим селективный микровольтметр с хорошим аттенюатором. Для измерений использовался микровольтметр типа НМV- 4 c номинальной чувствительностью 0,5 m V (в тоже время хорошо фиксируются сигналы с уровнем 0,05 m V) и аттенюатором в 100 дб.

Для этого варианта собирается схема измерений приведенная на рис.2 . Согласующие контуры полностью экранированы. Соединительные экранированные провода применены хорошего качества. Необходимо тщательно следовать правилам выполнения 'земляных' цепей.

Плавно изменяя частоту ГКЧ резистором R11 (рис.1) и переключая по 10 дб аттенюатор снимают показания микровольтметра, проходя по всей АЧХ КФ. Используя данные измерений и тот же масштаб строится график АЧХ КФ (рис. ).

Благодаря высокой чувствительности микровольтметра и малым боковым шумам ГКЧ, хорошо фиксируются сигналы на уровне -120 дб, что четко отражено на графике.

При этом варианте измерений получились следующие результаты: полоса пропускания по уровню -6 дб равна 2,64 кГц , неравномерность АЧХ менее 2 дб , КП по уровням -6/-60 дб равен 1,386 , по уровням -6/-80 дб - 1,56 , по уровням -6/-90 дб - 1,682 , по уровням -6/-100 дб - 1,864 , затухание в полосе - менее 3 дб , за полосой - более 100 дб .

Некоторые отличия результатов измерений от компьютерного варианта объясняются наличием накапливающихся ошибок цифроаналогового преобразования при изменении анализируемого сигнала в большом динамическом диапазоне.

Необходимо отметить, что приведенные графики АЧХ КФ получены при минимальном объеме настроечных работ. Если с большей точностью подобрать компоненты КФ, то характеристики фильтра могут быть заметно улучшены.

Предложенная схема генератора может быть с успехом использована для измерений односигнальной избирательности, а так же в приборе 'Динамика' для измерения динамического диапазона трансиверов до 110-120 дб .

 

 

 

Литература:

    1. 'Радиолюбитель', ?6 - 92 г., стр. 39,40.
    2. В.В Дроздов, 'Любительские КВ трансиверы', 1988 г.
    3. Спектроанализатор радиолюбителя., Брагин Г.Г.
    4. 'Радио-Хобби' ,?1 - 2000 г.
 Copyright © rk4hwwrk4hww@rambler.ru 
BOXMAIL.BIZ - Конструктор сайтов
WOL.BZ - Бесплатный хостинг, создание сайтов
RIN.ru - Russian Information Network 3