18+ Некоторые материалы сайта могут содержать информацию, запрещенную для детей.

Запись от AZM на субдомене electronics-and-mechanics
Все записи на субдомене: Электроника и механика (записки от AZM)

Фильтр гармоник, ФНЧ для СиБи (CB) радиостанции своими руками
Для начала немного теории и слайдов, все кто "мне надо уже прямо сейчас, покажите как делать", могут пролистать этот блок текста, от полоски до полоски.


Некоторые пояснения, для тех, кто всё же хочет хоть немного разобраться в фильтрах и для себя определить какой фильтр лучше:

Что вообще делает ФНЧ?
ФНЧ пропускает через себя почти без потерь сигналы которые ниже частоты его среза и с большими потерями пропускает (задерживает) сигналы частоты которых выше частоты среза.

Какими бывают ФНЧ?
Прежде всего они бывают активными и пассивными.
- Активные ФНЧ содержат в своём составе усилительные каскады и естественно требуют что бы их запитали от сети (бортсети, блока питания, батарейки ...). Активные фильтры как правило не обратимы, то есть у них есть чётко определённый вход и выход, сигнал может проходить с входа на выход но не в обратном направлении. Проще говоря - на приём он работать будет, а если нажать на передачу то сигнал через него не пройдёт или вообще сожжет усилительные элементы фильтра, делающие его активным.
- Пассивные фильтры состоят только из пассивных компонентов: катушки, конденсаторы, резисторы. Никакого питания таким фильтрам не требуется и они могут быть выполнены так, что вход и выход у них равноценны, то есть нет никакой разницы, с входа на выход проходит сигнал или с выхода на вход. Проще говоря - фильтр работает как на приём, так и на передачу.

Кроме того, есть несколько разных типов фильтров: Баттерворта; Чебышева; Бесселя.
У фильтров Баттерворта и Чебышева схемы одинаковы, разница только в номиналах деталей.
Фильтр Бесселя содержит почти в 2 раза больше деталей, в нём, кроме конденсаторов фильтра, параллельно к каждой катушке подключен ещё конденсатор.

Фильтры Баттерворта и Чебышева бывают из Т звеньев и П звеньев.
Нет никакой разницы применены Т или П звенья, результат работы будет один и тот же, вопрос лишь в том, чего потребуется больше: катушек или конденсаторов. Так как конденсаторы стоят денег, а катушки легко делаются самостоятельно, я выбираю Т звенья для описываемого здесь, ниже ФНЧ фильтра.

В чём разница между фильтрами Чебышева и Баттерворта?
Если коротко о главном, то в том, насколько резко начинает увеличиваться затухание с повышением частоты выше частоты среза и насколько мало меняются параметры фильтра на частотах прозрачности (до частоты среза).
Лучше всего это продемонстрировать графически.

ФНЧ Чебышева:
АЧХ и схема ФНЧ 7-го порядка - Чебышев

По задержанию сигналов выше частоты среза этот фильтр очень хорош, судите сами:
Частота, МГцСигнал на выходе, Дб
54-41
81-73
135-106
Однако, по входному сопротивлению, мягко говоря это жуть:
Частота, МГцСопротивление, Ом
27.170170.1
27.270166.5
28.200143.6
30.10077.5

ФНЧ Баттерворта:
АЧХ и схема ФНЧ 7-го порядка - Баттерворт

Задерживает он похуже, чем предыдущий:
Частота, МГцСигнал на выходе, Дб
54-16
81-40
135-70
Совсем другое дело по входному сопротивлению:
Частота, МГцСопротивление, Ом
27.17050.1
27.27050.1
28.20050.1
30.10054.0

Ответы на 2 главных вопроса:
1) Что такое 10, 20, 30 или 70 Дб?
-10 Дб это меньше в 10 раз по мощности, -20 Дб это в 100 раз, -30Дб это в 1000 раз, -70Дб это в 10000000 раз.
То есть если говорят: фильтр имеет на 135 МГц затухание -70Бд, это значит что вдуйте ему 100 ватт на вход чистой частоты 135МГц на выходе фильтра останется лишь 0,00001 ватта этой частоты.
2) Причём тут сопротивление?
Если выходное сопротивление радиостанции 50 Ом, а сопротивление фильтра или антенны 75 Ом, то КСВ = 1,5. Если 100 Ом, то КСВ = 2.
Дальше думаю понятно к чему тут сопротивление.

Графики и расчёты фильтров подготовлены в программе "Filter Design V4.5", сайт разработчика: www.aade.com.

В общем, зная всё это, теперь можно понять: больше и круче не значит во всём лучше.
Исходя из реальностей жизни, а именно учитывая, что без специальных мер, вроде фрезерованных из цельного куска меди экранирующих коробок, кабелей никогда не проходящих рядом и так далее, сложно добиться переходного затухания вход/выход более -70Дб, да ещё и понимая, что в двухтактных усилителях для чётных гармоник есть все условия что бы они компенсировались (сами собой спопывались), то есть уровень 2-й гармоники 27МГц (54МГц) и так весьма низкий, и что лучше иметь стабильный низкий КСВ в полосе пропускания, для реальной конструкции фильтра я выбрал ФНЧ Баттерворта.

Кроме того, что бы сигналы, которые не смогут пройти через фильтр (сигналы гармоник) не гуляли бесконечно по пути: "фильтр-радиостанция-фильтр-радиостанция ..." ФНЧ дополнен ФВЧ нагруженным на резистор 50 Ом, где они быстренько превратятся в чуть-чуть тепла.
Идея сживить ФНЧ и ФВЧ была описана в журнале Радио за 1997 год номер 10, господами И. Нечаевым и И. Березуцким из города Курск.
Нужно отметить - в их конструкции дроссель замыкающий вход по постоянному току делает конструкцию неработоспособной на частотах ниже 25МГц. Они наверно специально, что бы сибишники на любительские частоты не ходили и их не слышали.



ФНЧ для CB радиостанции (с усилителем) своими руками (ФНЧ Баттерворта 7 порядка + ФВЧ с поглотителем гармоник)
Схема ФНЧ с частотой среза 40МГц, отлично подойдёт и для радиолюбительской связи:
Схема фильтра гармоник СиБи на ФНЧ 7-го порядка Баттерворт + ФВЧ и нагрузка для поглащения гармоник

На схеме всё пояснено и даны все номиналы, её можно просто распечатать, прийти в магазин и начать покупать конденсаторы и резисторы.
По сути, всё, что потребуется купить, это только конденсаторы, резисторы и разъёмы, ах да, ещё и двухсторонний стеклотекстолит толщиной 2 или 3 мм.
Дроссель на 30мкГн (на схеме L5) можно не покупать и не ставить вообще, он нужен только что бы замкнуть всё по постоянному току (защитить от статики).

Плата для ФНЧ:
Чертёж платы ФНЧ, фильтра гармоник СиБи и 10 метров на ФНЧ 7-го порядка Баттерворт + ФВЧ для поглащения гармоник

оно-же в "железе":
Изготовленная плата фильтра гармоник (ФНЧ) передатчика

Фильтр собирается на плате из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 2 или 3 миллиметра. Контактные площадки для припайки деталей сформированы сниманием фольги механически, травить плату - лишнее.
Фольга вокруг контактных площадок снимается только с одной стороны, фольга на второй стороне остаётся сплошной и в нескольких местах соединяется с фольгой другой стороны.
Вся сплошная фольга - общий провод, экран и подключается к оплётке кабелей (наружной части разъёмов).
Обратите внимание, на фото видны сквозные отверстия, они предназначены для соединения верхней и нижней фольги, для соединения используется кусок голого луженого провода, который проходит через отверстие и припаивается к фольге на обеих сторонах. Так же, проводом соединяется фольга сверху и снизу и в углах (чем больше соединений, тем лучше, можно так же просверлить отверстия, а можно провод пускать по торцу, в углах платы).
Для формирования изоляционных промежутков я использовал резак (видно на фото), а можно и снять не нужную фольгу фрезерованием, например бормашинкой, главное не прорезать текстолит насквозь и сделать изоляционные промежутки шириной порядка 1мм вокруг площадок.

Если есть возможность приобрести конденсаторы с выводами, а не SMD исполнения, то цепь L6, C4, C5 и точку соединения L1, L5, C4 лучше выполнить в воздухе, а не на текстолите. Это улучшит характеристики фильтра для ВЧ составляющих сигнала (200-500МГц), так как контактные площадки выполненные на текстолите имеют довольно большую ёмкость и ухудшают КСВ на высоких частотах.

После сборки фильтр запаивается в экран из меди или луженой жести (от кофейных банок) или оцинкованной жести (я использовал оцинкованную жесткую жесть от профиля, который применяют при монтаже гипсокартона, эта жесткая жесть отлично паяется).
Конечно, можно сделать и вариант "аля из гавна и палок", то есть всё залить термоклеем и замотать пищевой алюминиевой фольгой.
Важно:
* Что бы от экрана до катушек было расстояние не менее 6 миллиметров (лучше 12мм - 2 диаметра катушек), в том числе в вертикальной плоскости.
* Что бы экран хорошо проводил ток.
* Что бы экран был надёжно во многих местах соединён с общим проводом.

В собранном виде фильтр гармоник выглядит так:
Фотография готового самодельного фильтра гармоник СиБи (ФНЧ), вид на плату

можно видеть, что входной разъём у меня сразу на куске кабеля RG58 от RADIOLAB, что бы не мудрить с переходниками до аппарата, бросить под стол и забыть.
Так же на фото видна экранирующая перегородка и кусок голого медного провода припаянный к экрану так, что расположен между катушками, который в некоторой степени способствует уменьшению прохождения через фильтр высокочастотных гармоник, так как ёмкость к нему от катушек больше чем от одной к другой.

Запаяно в экран наглухо:
Фотография готового самодельного фильтра гармоник СиБи (ФНЧ)

Подключаем и радуемся, что теперь нас ни авиаторы ни тем более речпорт, ни такси на 400 с копейками мегагерц никогда не услышат...


ФНЧ в реальном железе на экране приборов
Сотрудник НПК "Микротех", специализирующегося на разработке и производстве комплектующих ВЧ и СВЧ диапазонов, господин Владимир из г. С-Петербург, повторил конструкцию и произвёл проверку на приборе "ОБЗОР TR1300/1", по результатам измерений в конструкцию были внесены корректировки (в данный момент схема приведена уже с ними).
При повторении вместо провлочной перемычки (дополнительного экрана, см. конструктив) была установлена полноценная экранирующая перегородка.
Измерения, после внесения корректировок (то есть по текущей схеме) показали следующие параметры:
КСВ
Частота, МГцКСВПодавление, Дб
251.08-0.06
311.07-0.05
5021.4-18.4
1002.33-68.2
1501.64-89.2
3001.83-92.3
5003.66-93.0


Для особо пытливых умом, ещё немного теории в слайдах, в том числе и поясняющей, почему где-то внутри поставлены экранирующие перегородки, а где-то нет.
Пути токов гармоник (красным) и полезного сигнала (синим):
Пути высокочастотных токов в фильтре гармоник и поглатителе гармоник

Добавлено: 1938 дн 2 час 35 мин 33 сек назад | Внесений правок: 13 | Последняя правка: 1935 дн 1 час 40 мин 27 сек назад



Электроника и механика (записки от AZM)