Выходные фильтры Часть - 7

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Фильтры

Опубликовано: 30.04.2018 13:37

Просмотров: 2656

(начало в Часть 1 - 6)
Фильтр G8NDL: Схема очень интересного и легкого в повторении отражательного фильтра нижних частот конструкции английского радиолюбителя G8NDL была приведена в Л.8, а в этом параграфе показана на рис. 28.3228
Этот фильтр предназначен для работы в фидере волновым сопротивлением 50-Ом. Его частота среза лежит около 110-МГц, частоту «бесконечного» подавления, фильтра можно выставить при помощи конденсаторов С1 и С4 в диапазоне 140 - 160-МГц, то есть, устранить помеху от любительского передатчика на этих частотах.

Фильтр предназначен для радиолюбителей, работающих в диапазоне 50-МГц, поскольку он пропускает сигналы диапазона 50-МГц, и в тоже время эффективно давит самую неприятную, третью гармонику передатчика, частота которой лежит в диапазоне 150-МГц. Эта гармоника создает помехи кабельному телевидению и служебным радиостанция, работающих в диапазоне 148-МГц, достается также и любительским радиостанциям, работающим на диапазоне 145-МГц. Фильтр G8NDL можно включать не только на выходе передатчиков, но и на входе приемников. Что может быть необходимо, если требуется убрать помехи от мощных УКВ вещательных или ведомственных радиостанций.
Фильтр G8NDL был выполнен в коробке из фольгированного стеклотекстолита, его конструкция показана на рис. 29.

Данные для изготовления катушек фильтра приведены на этом же рисунке. Было собрано и испытано несколько вариантов этого фильтра, имеющих небольшие конструктивные различия, обусловленные применением разных типов переменных конденсаторов и высокочастотных разъемов. Поэтому размеры корпусов фильтров тоже отличались друг от друга. Однако, при практических испытаниях разных конструкций фильтра, все они показали почти одинаковые параметры. Для контроля частотной характеристики фильтра был использован измеритель частотных характеристик. Параметры фильтра были проверены на стенде, собранном согласно рис. 12. На рис. 30 показана экспериментально снятая частотная характеристика одной из конструкций фильтра G8NDL.

Как видно из этой характеристики, вполне реально подавить частоты диапазона 150-МГц на 60 децибел по сравнению с исходным сигналом.
При помощи программы RFSimm99 были проверены параметры этого фильтра. Рис. 31 показывает АЧХ фильтра и его коэффициент отражения.

Как видно из этого рисунка, теоретическая частота среза фильтра по уровню затухания сигнала минус 3-дБ равна 111-МГц, что почти соответствует полученной практически. Программа RFSimm99 показала, что теоретическая частота «бесконечного» подавления фильтра при помощи конденсаторов С1 и С4 действительно может варьировать в диапазоне частот 140 - 160-МГц. То, что фильтр G8NDL является фильтром отражательного типа, тоже хорошо видно на рис. 31. На частотах, выше его частоты среза, практически вся мощность, идущая на вход фильтра, отражается им обратно. То есть, значение КСВ на частотах, выше его частоты среза будет стремиться к бесконечности. Как было сказано выше, фильтр G8NDL предназначен для включения в линию передачи с волновым сопротивлением 50-Ом, однако, как показали эксперименты, он вполне удовлетворительно работает и в 75-омном тракте. Программа RFSimm99 также подтверждает это.
Фильтр G8NDL требует настройки, поэтому, если в распоряжении радиолюбителя нет ИЧХ, или других приборов для настройки необходимой АЧХ фильтра, то браться за его изготовление не стоит.
Фильтр G8NDL для работы на коротких волнах.
Были проведены эксперименты по перестройке частоты среза фильтра G8NDL с 110-МГц до 35-МГц. Это дало возможность использовать фильтр на коротковолновом диапазоне. В этом случае диаметр катушки фильтра был равен 22 миллиметра, расстояние между витками - 5 мм., в ее средней части было не 4, а 5 витков, крайние катушки содержали по 3 витка вместо двух. Емкость постоянных конденсаторов С2 и СЗ была увеличена до 200-пФ. В качестве переменных конденсаторов С1 и С4 использовались воздушные конденсаторы типа КПВ с емкостью 8-100-пФ. В этом случае частота бесконечного подавления фильтра могла быть выставлена в диапазоне частот от 40 до 150-МГц. Однако, фильтр G8NDL, предназначенный для работы в диапазоне коротких волн, тоже требует тщательной настройки при помощи ИЧХ.
Настройка фильтра несложная, она заключается в сжатии растяжении витков катушек по достижению желаемого вида общей АЧХ, и в регулировке емкости переменных конденсаторов С1 и С4 по выставлению необходимой частоты «бесконечного» подавления. Если при помощи только изменения параметров катушки фильтра добиться необходимого вида АЧХ фильтра не удается, то придется немного изменить емкости постоянных конденсаторов С2 и СЗ, изменение емкости которых производят симметрично у обоих конденсаторов. Практически снятая частотная характеристика одного из экземпляров фильтра G8NDL, с выставленной конденсаторами С1 и С4 частотой «бесконечного» подавления 50-МГц, показана на рис. 32.



При помощи программы RFSimm99 была рассчитана теоретическая АЧХ фильтра G8NDL для работы на коротких волнах и имеющего частоты «бесконечного» подавления 50 и 145-МГц. Рис. 33 показывает АЧХ фильтра с частотой бесконечного» подавления 50-МГц, рис. 34 показывает АЧХ фильтра с частотой бесконечного» подавления 145-МГц. Частота среза обоих этих фильтров по уровню минус 3-дБ лежит в диапазоне частот 30 - 31-МГц. При практической настройке фильтра его частота среза может быть смещена как вверх так и вниз по частоте. Фильтр G8NDL диапазона коротких волн может работать в фидерном тракте с волновым сопротивлением как 50 так и 75-Ом. Программа RFSimm99 и практика работы с этим фильтром подтверждают это.
Фильтр G8NDL является очень простым в изготовлении и нетребовательным к разбросу применяемых в нем деталей фильтром. Единственный «недостаток», который ограничивает широкое использование этих фильтров в радиолюбительской практике, заключается в необходимости его настройки при помощи соответствующего оборудования.
Фильтр G8NDL не является обратимым фильтром в полном смысле этого слова. При настройке этого фильтра в реальном фидерном тракте и с реальной антенной, при его реверсировании, частота бесконечного подавления изменялась.
Результаты испытаний фильтров
Практическое сравнение работы вышеописанных фильтров показало, что фильтры, собранные по схемам, показанным на рис. 4, обеспечили наилучшее подавление гармоник передатчика. Однако, для того, что бы АЧХ этих фильтров имела вид близкий к ее теоретическому, необходимо для изготовления этих фильтров использовать конденсаторы, имеющие минимальное отклонение от теоретически рассчитанного номинала. Фильтр должен быть изготовлен в металлическом закрытом корпусе. Это самый сложный в изготовлении фильтр из описанных в этой статье. При аккуратном изготовлении эти фильтры можно использовать без настройки.
Открытый фильтр, схема которого приведена на рис. 14, показал себя достаточно эффективным в работе. К его достоинствам можно отнести то, что его легко можно выполнить для работы в фидерном тракте волновым сопротивлением 50 и 75-Ом, для его изготовления не нужны конденсаторы, нужен только стеклотекстолит и медный провод. Этот фильтр легко может быть выполнен даже начинающим радиолюбителем, однако, необходимо иметь измеритель емкости для того, чтобы проверить значение емкости печатных конденсаторов. Недостатком открытого фильтра является недостаточное подавление гармоник передатчика лежащих в диапазоне частот 30 - 40-МГц, но с этим во многих случаях можно примириться. Открытый фильтр может быть установлен во внутрь передатчика.
Поглощающий Фильтр, схема которого приведена на рис. 23, рекомендуется использовать тогда, когда при включении отражательных фильтров наблюдается возбуждение передатчика или нет ожидаемого подавления гармоник, то есть, гармоники, отраженные от входа отражательного фильтра, излучаются через корпус передатчика или провода питания. Поглощающий фильтр эффективен в фидерном тракте, работающем с высоким значением КСВ. Если подавление гармоник передатчика поглощающим фильтром все же недостаточно, то вслед за ним можно включить любой другой фильтр отражательного типа, имеющий высокое значение затухания в его полосе задерживания. Для этой цели вполне подойдут фильтры, описанные в этой статье. К достоинствам этого фильтра можно отнести то, что в нем можно использовать конденсаторы стандартных номиналов, можно при помощи последовательного контура выставить частоту бесконечного подавления конкретной гармоники передатчика.
К достоинствам фильтра G8NDL можно отнести то, что он дает возможность в своей полосе задерживания глубоко подавить конкретную гармонику передатчика, для изготовления фильтра используются стандартные номиналы конденсаторов. Фильтр G8NDL может быть выполнен для работы как на коротких волнах, так и на УКВ. Это один из самых простых фильтров, описанных в этой статье. Однако, для его настройки необходимы специальные приборы, что накладывает некоторые ограничения на доступность его изготовления.
Конечно, нельзя рассчитывать на то, что с помощью фильтров удастся полностью избавиться от помехи телевизионной и радиоприемной аппаратуре. Но даже простой фильтр нижних частот установленный на выходе передатчика может существенно снизить уровень внеполосных излучений передатчика, тем самым разрешив проблему работы на любительской радиостанции в часы активного просмотра телевизионных программ.
Паразитные резонансы фильтров
При экспериментах с различными типами фильтров на реальной передающей аппаратуре обнаружилось, что с некоторыми их конструкциями на высокочастотных диапазонах 15, 12, 11 и 10 метров выходной каскад трансивера потреблял слишком большой ток, и защита отключала его. Это явление особенно часто наблюдалось при работе фильтра совместно с самодельными передатчиками, на выходе которых не использовались согласующие цепи, а стоял только один широкополосный трансформатор.
Детальное исследование при помощи осциллографа работы фильтра подключенного к трансиверу показало, что первая катушка фильтра совместно с выходными цепями трансивера образует последовательный контур, настроенный на частоту близкую к рабочей частоте трансивера. Этот последовательный контур шунтирует выход трансивера, и выходной каскад работает в режиме короткого замыкания, который является наиболее опасным для транзисторных усилителей мощности. Устранить паразитный резонанс фильтра можно изменением количества витков выходной обмотки широкополосного трансформатора выходного каскада. Обычно увеличение или уменьшение количества витков этой обмотки на 1-2 витка сдвигает совместный резонанс обмотки трансформатора и фильтра в сторону от любительского диапазона. Изменение индуктивности катушек выходного П - контура (если таковой используется) усилителя мощности тоже может устранить паразитный резонанс фильтра.
В начало статьи Часть-1
Полный сборник статьи в формате pdf скачать
Григоров И.Н.
Литература :
8. Ginn G8NDL К. Е. A Four and Six Filter. Practical Wireless, June, 1995.