Прибор для настройки кварцевых фильтров. Кварцевые фильтры кв трансивера

Окна и двери
12.08.2023
(MS Word, ZIP) - 1,7 Мб. 10 мин @ 28,8 кБ/сек

Одной из основных задач при создании аппаратуры для любительской КВ и УКВ радиосвязи является селекция, которая решается с помощью различного рода фильтров. Получение высоких параметров фильтров требует применения высокодобротных элементов. Такими элементами служат магнитострикционные диски в электромеханических фильтрах и кварцевые резонаторы в пьезоэлектрических фильтрах. В радиолюбительской практике широкое распространение получили квазиполиноминальные лестничные кварцевые фильтры на одинаковых резонаторах.

Все полосовые фильтры строятся на основании преобразований фильтров НЧ прототипов. Полиноминальные фильтры содержат последовательные и параллельные контуры. Такие фильтры имеют геометрически симметричные характеристики относительно средней частоты. Но при проектировании в ряде случаев (узкая полоса, высокие частоты и др.) не очень удобны с точки зрения конструирования, изготовления и настройки из-за значительной разницы величин элементов последовательных и параллельных контуров. Для достаточно узкополосных фильтров соотношение значений индуктивностей и емкостей в параллельных и последовательных плечах настолько велико, что величины элементов становятся неприемлемыми. Поэтому полосовые фильтры часто реализуются в виде схем, состоящих из только последовательных или параллельных контуров, связанных между собой индуктивными или емкостными связями. Ярким примером могут служить фильтры сосредоточенной селекции – ФСС на связанных контурах и лестничные кварцевые фильтры. Характеристики затухания полосового фильтра на связанных контурах при относительной полосе пропускания, не превышающей 10-20% от средней частоты фильтра, может быть весьма близкой к характеристике затухания полиноминального полосового фильтра с тем же числом колебательных контуров. Расчет таких фильтров может производиться с помощью таблиц полиноминальных НЧ прототипов. Поэтому эти фильтры именуются квазиполиноминальными.

Вопросы проектирования и изготовления квазиполиноминальных лестничных кварцевых SSB и CW фильтров в любительских условиях остаются актуальными на протяжении четверти века. За прошедшее время в печати было опубликовано много статей, посвящённых этой теме. Пионером, признанным специалистом и популяризатором лестничных кварцевых фильтров среди радиолюбителей считается J. Hardcastle (G3JIR). Он одним из первых уделил достойное внимание и вложил много труда и таланта в разработку методики расчёта указанных выше фильтров. Его статья стала бестселлером.

Расчёт и моделирование качественных кварцевых фильтров с заданными параметрами сложная задача, требующая выполнения большого количества математических расчётов. Помочь в решении этой задачи может применение компьютеров. Первым энтузиастом этого направления в радиолюбительской практике стал U. Rohde (DJ2LR). Его знания и опыт в расчёте мостовых фильтров отражен в программе для семейства малых компьютеров и подробно описан в .

Но не только за рубежом уделялось внимание кварцевым фильтрам. В. Жалнераускас опубликовал на страницах журнала «Радио» цикл статей , в которых осветил новые, нераскрытые его предшественниками, страницы в теории и практике изготовления кварцевых фильтров. Достойное внимание уделили этой теме Бунин С. Г. и Яйленко Л. П. в . «Справочник радиолюбителя-коротковолновика» украинского дуэта, «широко известного в узких кругах», печатался многотысячными тиражами.

C момента выхода в свет указанных выше трудов прогресс, а вместе с ним компьютерные и информационные технологии, глубоко проникли во все области деятельности человека. Не обошли они стороной и радиолюбительское движение. Компьютеры всё больше и больше находят применение в любительской радиосвязи и конструировании. Многие радиолюбители стали применять компьютеры в решении вопросов, связанных с расчётом и проектированием кварцевых фильтров.

Использование компьютерных программ позволяет быстро и качественно выполнить большой объём математических вычислений, провести анализ результатов и выбрать наиболее приемлемый вариант. В Интернете на сайтах, посвящённых любительской радиосвязи можно найти до десятка различных программ по расчёту лестничных кварцевых фильтров. Но в основном эти программы рассчитывают только величины конденсаторов связи и входных сопротивлений проектируемых фильтров. Кроме этого упомянутые программы имеют довольно большую погрешность в результатах расчётов, в некоторых случаях доходящую до 50%. Эта погрешность обусловлена наличием в эквивалентной схеме замещения кварцевого резонатора Cs и Rd (Рис. 1), никак не участвующих в расчётах при использовании упомянутых программ.

При расчёте электрических цепей кварцевый резонатор, согласно стр. 39, может быть заменён эквивалентной схемой замещения (рис. 1) с соответствующими параметрами.

Рис. 1. Эквивалентная схема замещения кварцевого резонатора.

Эти параметры связаны между собой следующей зависимостью:

В радиолюбительской практике получили распространение в основном фильтры с характеристиками двух типов – Баттерворта и Чебышева. Фильтр Баттерворта характеризуется монотонным изменением затухания в полосе пропускания и задерживания. Затухание в полосе задерживания изменяется приблизительно на 6 дБ за октаву для каждого элемента схемы. Например, пятиэлементный фильтр будет иметь затухание 30 дБ при двойной частоте среза и 60 дБ при учетверенной частоте среза. За нормированную частоту среза для фильтра Баттерворта принимается частота, на которой затухание составляет 3 дБ. Такие фильтры характеризуются меньшим «звоном» и в основном применяются для приема CW и при работе цифровыми видами связи (RTTY, AMTOR, PACTOR, PACKET RADIO и т.п.).

АЧХ фильтров Чебышева имеет колебательный характер в полосе пропускания и монотонный - в полосе задерживания. Неравномерность затухания dA в полосе пропускания однозначно связана с максимальным коэффициентом отражения – Котр и коэффициентом стоячей волны - КСВ. Эта связь показана в таблице 1 . Основным достоинством этих фильтров перед фильтрами с характеристиками Баттерворта является меньший коэффициент прямоугольности при одинаковом количестве колебательных контуров.

Табл. 1

Зависимость АЧХ, полосы пропускания, затухания, вносимого фильтром, и коэффициента прямоугольности по уровням -6/-60 дБ от Cs наглядно представлена на рис. 2 и в табл. 2, а от Rd на рис. 3 и в табл. 3. В качестве примера приводятся амплитудно-частотные характеристики восьмикристальных фильтров Чебышева Т08-10-3100 с коэффициентом отражения Котр=10%.

Рис. 2 . Зависимость АЧХ от Сs

Таблица 2.

Рис. 3. Зависимость АЧХ от Rd

Таблица 3.

Анализ полученных данных показывает, что Cs и Rd в значительной мере влияют на полосу пропускания, затухание, вносимое фильтром, и коэффициент прямоугольности. Отсюда вывод, что для качественного фильтра следует подбирать кварцевые резонаторы с минимальными значениями Cs и Rd.

Устранить указанные выше недостатки попытались авторы программы «Расчёт кварцевых фильтров». В мае 2001 года одна из первых версий программы была размещена на сайтах краснодарских (http://www.cqham.ru/ua1oj_d.htm ) и сайт (). Эта программа позволяет рассчитать параметры трёх, четырех, шести и восьми кристальных фильтров с характеристиками Баттерворта и Чебышева по методике, описанной в и , и построить амплитудно-частотные характеристики проектируемых фильтров. В расчётах использованы коэффициенты из таблиц . Положительной отличительной особенностью этой программы является реализация оригинального алгоритма расчёта и построения амплитудно-частотной характеристики квазиполиноминальных лестничных кварцевых фильтров с использованием полной эквивалентной схемы замещения кварцевого резонатора. Алгоритм построен на основе анализа линейных четырёхполюсников, подробно описанного в .

Вид одной из последней версии (V-6.1.8.0.) программы представлен на рис. 4. Форму, созданную программой, можно условно разделить на пять функциональных зон. Большую часть площади формы занимают графики АЧХ. Над ними расположены панели с принципиальными схемами фильтров и результатами расчётов. Справа от АЧХ находятся панели исходных данных резонатора и фильтра. В нижней части формы расположен статус-бар, который отражает порядковый номер АЧХ и краткое наименование рассчитанного фильтра, дату и время проведения вычислений, некоторые подсказки по работе с программой.

Рис. 4. Скриншот программы.

Следует пояснить сокращения, принятые в программе:

Амин – минимальное вносимое затухание;
F(Амин) – частота минимального затухания;
А(Fo) – затухание на частоте последовательного резонанса;
dF(-N дБ) – полоса пропускания по уровню – N дБ;
Ck – емкость коррекции при расчёте фильтров со сдвигом полосы.

В дополнение к функциям предыдущих версий в программу введены несколько новых:

1. Сохранение и открытие файла с данными резонатора и фильтра (Рис. 5.);

Рис. 5.

2. Построение с наложением до пяти АЧХ различных фильтров (Рис. 6.);

Рис. 6.

3. В программу введён расчёт и построение АЧХ 4-х, 6-ти и 8-ми кристальных узкополосных фильтров со сдвигом вверх средней частоты полосы пропускания. Идея сдвига полосы пропускания заимствована из . Она заключается в том, что частота последовательного резонанса каждого кварцевого резонатора повышается с помощью включенного последовательно с ним корректирующего конденсатора небольшой емкости (Рис. 7).

Рис. 7.

4. Программа позволяет провести расчёт фильтров с характеристиками Баттерворта и Чебышева с Котр от 10 до 25% (Рис. 8).

Рис. 8.

5. Построение АЧХ производится с точностью до 1 Гц по частоте. Максимальная полоса АЧХ составляет +/-30 кГц. При превышении этого значения, программа выдаёт сообщение об ошибке (Рис. 9).

Рис. 9.

6. В программе имеется возможность с помощью масштабирования просмотреть любой участок АЧХ (Рис. 10). Для этой цели нажатием левой клавиши мыши выделяется прямоугольный фрагмент графика диагонально из верхнего правого угла в левый нижний. Так можно поступить несколько раз, добиваясь необходимого масштаба изображения АЧХ. Возврат к исходному виду производится обратным движением мыши – из правого нижнего угла в левый верхний.

Рис. 10.

Минимальные системные требования для работы программы: Pentium MMX-166MHz, SVGA 800x600x16bit, RAM-16MB, Windows 9x/ME/XP/NT/2000.

Проверка на практике работы этой программы показывает высокую точность результатов расчётов. Погрешность во многом зависит от качества проведения измерений параметров кварцевых резонаторов и может не превышать 2-5%. В качестве примера приводятся результаты расчёта трёх кварцевых фильтров для коротковолнового трансивера, подобного .

При изготовлении этих фильтров использовались малогабаритные кварцевые резонаторы UTECH на частоту 8867,238 кГц. Выбор пал на эти резонаторы ввиду высокой точности их изготовления. Разброс по частоте последовательного резонанса в партии из 30 шт. не превышал +/- 150 Гц, а отклонения значений Ld и Cs укладывались в допуск 0,1%. Измерение частоты последовательного резонанса для этих резонаторов дало результат:

Fo=8861,736 кГц

С помощью программы было рассчитано несколько вариантов фильтров и наиболее приемлемые изображены на рис. 11.

Рис. 11. Принципиальные схемы и основные параметры фильтров.

ZQ1 – Т08-10-2800, фильтр 8-го порядка, с характеристиками Чебышева, неравномерностью в полосе пропускания dA =0,044 дБ, коэффициентом отражения 10%, расчётной полосой пропускания 2800 Гц, используется в качестве фильтра основной селекции в режиме SSB.

ZQ2 – В06С-760, фильтр 6-го порядка, с характеристиками Баттерворта, с корректирующими емкостями, расчётной полосой пропускания 760 Гц, используется в качестве фильтра основной селекции в режиме CW. Сдвиг вверх средней частоты полосы пропускания относительно опорной частоты составляет 1000 Гц.

ZQ3 – Т04-10-2400, фильтр 4-го порядка, с характеристиками Чебышева, неравномерностью в полосе пропускания dA =0,044 дБ, коэффициентом отражения 10%, расчётной полосой пропускания 2400 Гц, используется в качестве подчисточного фильтра в режиме SSB.

Для изготовления этих кварцевых фильтров потребовалось 18 предварительно испытанных и отобранных резонаторов. Испытание и отбраковку резонаторов проводили с помощью автогенератора «ёмкостная трёхточка» и частотомера (например - Ч3-57 или т. п.). Один из многих вариантов генератора показан на рис. 12.

Рис. 12 . Схема автогенератора.

Особенность этой схемы заключается в отсутствии катушки индуктивности. Её функции в этой схеме выполняет кварцевый резонатор. Возбуждается генератор вблизи частоты параллельного резонанса кварца, в зоне, где его реактивное сопротивление носит положительный индуктивный характер. Основное требование к резонаторам на данном этапе – близкие значения частоты, отклонение которой не должно превышать четверти полосы пропускания фильтра. В противном случае получить заданные характеристики будет довольно сложно.

При отборе кварцевых резонаторов обязательным параметром является Cs - статическая ёмкость резонатора, которую можно определить с помощью прибора МТ-4080А, MIC-4070D или т. п. При отсутствии подобных приборов можно воспользоваться несложным генератором, мостовой схемой и индикатором баланса (Рис. 13). Этот прибор позволяет измерить величины Cs и Rd .

Рис. 13. Прибор для измерения Cs и Rd.

В последнюю очередь следует определить динамическую индуктивность Ld кварцевого резонатора. В литературе описано несколько методов определения этого параметра. Наиболее точным и простым из них является моделирование четырёхкристального кварцевого фильтра Баттерворта и по его характеристикам расчёт Ld . Для этого с помощью упомянутой выше программы рассчитывается фильтр, на макете или в реальной конструкции он моделируется и настраивается. В расчётах исходным значением Ld для частот порядка 8-9 МГц можно принять 15-20 мГн. При настройке следует добиться АЧХ по своей форме наиболее близкой к рассчитанной. У настроенного фильтра измеряется полоса пропускания по уровню –3 дБ. Исходные и полученные в результате моделирования данные позволяют определить истинную величину динамической индуктивности кварцевого резонатора Ld . Изменяя в программе исходные значения Ld и dF , добиваются в результатах расчётов величин конденсаторов связи и полосы пропускания, близких к значениям настроенного фильтра. При полном совпадении этих данных Ld примет истинное значение.

ПРИМЕР:

Из партии кварцевых резонаторов выбираем 4 шт. с наиболее близкими параметрами:

Fo=8861,736 кГц; Cs =6,3 пФ; Rd =5,7 Ом.

С помощью программы рассчитываем четырехкристальный фильтр Баттерворта. При заданных исходных значениях:

Ld =15 мГн; dF =2265 Гц;

получили емкости связи в фильтре:

С2=С4=100 пФ; С3=155,5 пФ.

На макете по схеме рис. 16 или в реальном тракте приема трансивера с помощью ГКЧ настраиваем фильтр и измеряем полосу пропускания по уровню –3 дБ. Получили:

dF =3363 Гц.

В программе, изменяя исходные значения только Ld и dF, добиваемся в результатах расчетов:

С2=С4=100 пФ; С3=155,5 пФ; dF =3363 Гц.

Все параметры совпали при:

Ld =10,1 мГн.

Это значение динамической индуктивности кварцевого резонатора следует считать истинным и использовать его в дальнейших расчетах фильтров.

При изготовлении фильтра можно использовать технологию, когда кварцевые резонаторы крепятся пайкой на плату из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита выводами вверх, а все конденсаторы фильтра монтируются между этими выводами и заземляющей поверхностью платы (Рис. 14а).

Рис. 14. Конструкция кварцевого фильтра.

Пайка резонаторов производится в двух угловых точках на предварительно облуженную поверхность платы хорошо прогретым паяльником мощностью 60-80 Вт. Время пайки не должно превышать 2-3 секунд. В противном случае есть риск повредить резонатор. Размеры платы для 8-ми и 6-ти кристальных фильтров - 47,5х25 мм (Рис. 14b), а для 4-х кристального - 25х25 мм. По окончании насторойки фильтров, они закрываются крышками из лужёной жести и для герметичности пропаиваются по периметру. Пример использования 8-ми кристального фильтра можно увидеть в .

Настройка фильтров сводится в получении амплитудно-частоных характеристик, близких к рассчитанным с помощью программы. В процессе настройки фильтров использовался самодельный генератор качающейся частоты с медленной, порядка 8-12 Гц, разверткой на базе осциллографа С1-76. На рис. 16 приводится схема, печатная плата и расположение деталей этого ГКЧ.
b) c)

Рис. 15. Генератор качающейся частоты.

Особое внимание следует уделить согласованию фильтра с каскадами УПЧ. В процессе экспериментов с различными схемами включения фильтров, была выбрана наиболее оптимальная с точки зрения получения заданной АЧХ и минимального затухания. Такая схема представлена на рис. 16.

Рис. 16. Согласование кварцевого фильтра и УПЧ.

Кварцевый фильтр установлен между двумя контурами и имеет в каждый контур неполное включение с помощью емкостного делителя. Крайние ёмкости фильтра при этом входят в состав емкостного делителя. Эти контура позволяют трансформировать активное сопротивление и компенсировать емкостную реактивную составляющую входного импеданса фильтра. В такой схеме согласования обеспечивается режим с минимальными потерями сигнала, что в свою очередь приводит к минимальным шумам в цепях селекции приёмного тракта. Каскад усиления, включенный перед фильтром, рекомендуется установить в стабильный режим по постоянному току. Изменение тока транзистора сопровождается изменением выходного сопротивления каскада. Это приводит к рассогласованию каскада усиления и фильтра. На рис. 17 показаны АЧХ на примере фильтра Т08-10-3100 при различном режиме согласования с отклонением величины Rн в пределах +/-20% от Rопт .

АЧХ1 - Rн=Rопт ; АЧХ2 - Rн; АЧХ3 - Rн>Rопт .

Рис. 17. Зависимость АЧХ от согласования нагрузок.

Следующий за фильтром каскад усиления на полевом транзисторе имеет большое, порядка десятка килоом, сопротивление, которое слабо изменяется при изменении коэффициента усиления. Поэтому рекомендуется регулируемые каскады устанавливать после фильтра. Для уменьшения коэффициента шума этого каскада первый затвор следует включить непосредственно в контур. Наличие разделительной емкости и высокоомного делителя, задающего режим транзистора по первому затвору, увеличивает напряжение шумов усилителя промежуточной частоты. В усилителях на полевых транзисторах серии КП306, КП350 для обеспечения оптимального режима работы каскада в цепи истока потребуется стабилизированное отрицательное смещение порядка –3…-5 В. Для этой цели можно использовать интегральные стабилизаторы 79L05 или цепочку из нескольких диодов с минимальным дифференциальным сопротивлением типа КД409 или т.п. .

На рис. 18, 19 и 20 приводятся реальные амплитудно-частотные характеристики рассчитанных, изготовленных и настроенных фильтров. Результаты настройки фильтров с высокой точностью совпали с результатами расчётов этих фильтров. Это лишний раз показывает, что не только серьезные фирмы с всемирной известностью могут создавать качественные кварцевые фильтры с заданными параметрами. При наличии некоторых навыков работы с паяльником и измерительными приборами радиолюбитель средней квалификации может удовлетворить свои потребности в одном из самых значимых узлов своей аппаратуры – кварцевом фильтре. Причем это ему обойдется как минимум в несколько раз дешевле, нежели приобретение его в сети розничной торговли.

Рис. 18. АЧХ фильтра Т04-10-2400.

Рис. 19. АЧХ фильтра Т08-10-2800.

Рис. 20. АЧХ фильтра В06С-760.

Все желающие ознакомиться с программой «Расчёт кварцевых фильтров» могут загрузить её последнюю демонстрационную версию с по указанным выше адресам. Для получения полной бесплатной версии программы необходимо с помощью утилиты регистрации, которая находится там же, заполнить бланк и выслать его по E-mail: ua1oj (at) atnet.ru . Программа имеет защиту от несанкционированного копирования и распространения, компилируется для каждого зарегистрированного пользователя индивидуально, и работоспособна только на том компьютере, на котором проходила регистрация.

В небольшой журнальной статье сложно подробно ответить на все затронутые вопросы. Каждый из них достоин изложения, как минимум, в большом фолианте. Но если читатели считают, что некоторые из вопросов не раскрыты или не достаточно точно изложены, то автор приглашает всех неравнодушных радиолюбителей к диалогу. Наиболее оперативно можно обмениваться мнениями по E-mail. Работы по совершенствованию программы не прекращаются и все поступившие замечания и предложения не останутся без внимания.

В заключение автор выражает свою глубокую благодарность и признательность Дмитрию Курносову (г. Северодвинск) за сотрудничество при создании программы. Также хочется высказать слова благодарности Владимиру Полянскому (u102835 (at) dialup.podolsk.ru ) и Игорю Афанасьеву (UN9GW (at) mail.ru ) за советы и конструктивные критические замечания, сделанные в ходе обсуждения материалов при подготовке последних версий программы.

Список литературы

  1. Hardcastle J. A. (G3JIR) «Ladder crystal filter design»; «Radio Communication», February 1979.
  2. Dr. Ulrich L. Rohde (DJ2LR) «Crystal Filter Design with Small Computers»; «QST» May 1981.
  3. Жалнераускас В. (UP2NV) «Кварцевые фильтры на одинаковых резонаторах»; «Радио» №1,2,6-1982, №5,7-1983.
  4. Матханов П. Н. «Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи»; Москва, «Высшая школа», 1972.
  5. Глюкман Л. И. «Пьезоэлектрические кварцевые резонаторы»; Москва, «Радио и связь», 1981.
  6. Бунин С. Г. (UB5UN), Яйленко Л. П. (UT5AA) «Справочник радиолюбителя-коротковолновика»; Киев, "Техника", 1984.
  7. Ханзел Г. Е. «Справочник по расчёту фильтров»; Москва, «Советское радио», 1974.
  8. Гончаренко И. (RC2AV) «Совмещение полос пропускания SSB/CW в кварцевом фильтре с переменной полосой пропускания»; «Радиолюбитель» №11-1991.
  9. Дроздов В. В. (RA3AO) «Любительские КВ трансиверы»; Москва,«Радио и связь», 1988.
  10. Белых А. В. (UA1OJ) «Балансный смеситель»; «Радiоаматор» №2-2001.

Во время постройки приемника для любительской связи с двойным преобразованием потребовалось подобрать и посмотреть реальную АЧХ фильтра ПЧ, убедиться, что она в пределах 2.5-2.8кГц, необходимых для комфортного приема SSB станций. Поскольку у меня нет практически никакого измерительного оборудования, пришлось использовать старого друга , сделанного на основе RTL SDR.

В общем, это оказалось делом двух минут. SDR приемник выполняет роль анализатора спектра. По-хорошему надо было собрать генератор шума, но в промзоне нет лучшего генератора шума, чем сам эфир. Так и сделал, на вход фильтра подключил антенну (активная полноразмерная рамка 40 метрового диапазона), выход подключил к конвертеру. Из-за достаточно высокого КУ антенного усилителя эфир выполнил роль источника шума, и SDR приемник показал реальную АЧХ фильтра. не смотря на то, что по картинке подавление за полосой пропускания всего 40db, реальное подавление значительно выше из-за того, что уровня шума эфира все же недостаточно для оценки динамических характеристик, но форму и ширину АЧХ оценить вполне можно.

К слову, о фильтре...

Простой кварцевый фильтр промежуточной частоты

Это т.н. лестничный фильтр, в котором использованы ширпотребовские кварцевые резонаторы. В моем случае это резонаторы на 10МГц. Из-за низкой цены наших магазинах их продают по 5 штук, этого комплекта как раз хватит на приемник: 4 штуки пойдут на фильтр ПЧ, и еще один будет использован во втором гетеродине.

В моем случае CS1 = 33пф, Cp1,Cp2 = 62пф. Все кварцы — 10МГц. Итоговая полоса — 2.5-2.8кГц в зависимости от того, по какому уровню оценивать.

Подбор емкостей был выполнен при подключенном трехсекционном конденсаторе, 3х12-495пФ. Вращением добиваемся необходимой ширины АЧХ, при этом изменение полосы в реальном времени видно на экране компьютера, у меня она менялась от 5-6кГц до 200Гц, при этом более или менее ровная АЧХ была в пределах 1-3кГц, можно было выбрать любую полосу. Также можно легко реализовать переключение полосы, например, 1.8, 2.5, 3.3кГц. Кварцы можно использовать практически любые, исходя из необходимой величины ПЧ, которая может зависеть от возможностей гетеродина, емкости при этом придется подбирать экспериментальным путем.

Простой и дешевый фильтр для SSB

Воронцов А. RW6HRM предлагает в качестве альтернативы ЭМФ-ам применять простую и главное-дешевую схему кварцевого фильтра. Статья актуальна ввиду дифицита и дороговизны данных элементов.

В последнее время очень часто в Интернет-публикациях встречаются «слезы» начинающих радиолюбителей, мол, трудно достать ЭМФ, это дорого, кварцевый фильтр сделать сложно, необходимы приборы и т.п. Действительно, достать сейчас хороший новый ЭМФ достаточно проблематично, что предлагается на рынке – это глубокое б/у без гарантии нормальной работы, а сваять кварцевый фильтр даже на имеющихся в продаже кварцах на 8,86 МГц не обладая соответствующей контрольно-измерительной аппаратурой, «на глазок», невозможно. На первый взгляд ситуация не ахти…

Однако есть вариант сделать простой кварцевый фильтр для низкочастотного SSB-передатчика или трансивера достаточно простым и самое главное – недорогим. Достаточно пройтись по радиомагазинам и узреть в продаже «двухножковые» кварцы для пультов ДУ на частоты от 450 до 960 кГц. Данные детали делают с достаточно большими допусками на генерируемые частоты, что дает нам право выбора как используемой промежуточной частоты, так и полосы пропускания делаемого фильтра. Сразу оговорюсь: идея не моя, ранее её апробировал шведский радиолюбитель HARRY LYTHALL, SM0VPO, а я просто сообщаю об этом Вам (предварительно сделав несколько фильтров для себя).

Итак, что нам требуется для подбора кварцев – простой генератор типа «трехточка» и частотомер или радиоприемник с частотомером, перекрывающий любительский диапазон 160 метров. Из кучи кварцев нам требуется выбрать два с разносом генерируемых частот в 1 – 1,5 кГц. Если мы используем кварцы на частоту 455 кГц, то удобнее всего настраиваться на их четвертую гармонику (около 1820 кГц, добиваясь разноса в 4 – 4,5 кГц), а если 960 кГц, то на вторую (1920 кГц, разнос 2 – 2,5 кГц).

Контур CL1 в данном примере является нагрузкой предыдущего каскада УПЧ, это стандартный контур на 455 кГц из любого зарубежного раскуроченного АМ-приемника. Можно также использовать данные из радиолюбительской литературы для самодельных контуров на частоту 465 кГц, уменьшив количество витков на 5%. Точками обозначено начало катушек связи L2 и L3, им достаточно по 10 – 20 витков. Вполне возможно поставить фильтр сразу после смесителя, к примеру, кольцевого на четырех диодах. В этом случае уже получится трансформатор 1:1:1, который можно выполнить на кольце Ф600 с внешним диаметром 10 – 12 мм, количество витков скрученного тройного провода ПЭЛ-0,1 – 10 – 30. Конденсатор С в случае трансформатора, естественно, не нужен. Если второй каскад УПЧ выполнен на транзисторе, то резистор 10 кОм возможно использовать в токозадающей базовой цепи, тогда разделительный конденсатор 0,1 мкФ не нужен. А если этот фильтр использовать в схеме простого радиотракта , то и резистор можно исключить.

Теперь из оставшейся кучи кварцев нам надо подобрать подходящий для опорного генератора. Если к указанным на схеме номиналам мы подберем кварц на 455 кГц, то на выходе фильтра получим нижнюю боковую полосу, если на 454 кГц – верхнюю. Если кварцев больше не осталось, то вполне возможно собрать опорный генератор по схеме емкостной трехточки и, подбирая его частоту, настроить получившийся фильтр. При этом генератор должен быть выполнен с повышенными мерами в части его термостабильности.

Настройку можно производить даже на слух, по несущим радиостанций, но это удовольствие оставим для более-менее опытных «музыкантов». Для настройки хорошо бы иметь звуковой генератор и осциллограф. Подаем сигнал со звукового генератора частотой 3 – 3,3 кГц на микрофонный усилитель (предположим, что фильтр уже стоит в схеме передатчика), подключаем осциллограф на выход фильтра и сдвигаем частоту опорного генератора до тех пор, пока выходной уровень сигнала после фильтра не уменьшится минимально. Далее проверяем нижнюю границу пропускания фильтра, подавая на микрофонный вход частоту 300 Гц со звукового генератора. Кстати, для повышения нижней границы пропускаемой полосы микрофонного усилителя по звуковым частотам, достаточно установить переходные конденсаторы емкостью около 6800 пФ и менее, а для верхней границы в любом случае хорошо бы установить хотя бы однозвенный ФНЧ.

Вот и все. Как видите, вы не понесете больших затрат при изготовлении данного фильтра, а сигнал получится достаточно презентабельный. Конечно, из-за простоты применить его в передатчиках второй категории уже нежелательно, но для 1,8 – 7 МГц его будет более чем достаточно. По результатам измерений эта классическая конструкция полностью совпадает с описанным в справочниках (к примеру, Справочник коротковолновика Бунина и Яйленко) - нижняя часть характеристики несколько затянута. Затухание в полосе пропускания - около 1 - 2 дБ, оно зависит от качества примененных резонаторов. Но если вы найдете еще более дешевый способ выйти в эфир с SSB (кроме фазового) - сообщите

Улучшение АЧХ "Ленинградского" кварцевого фильтра

С. Попов RA6CS



Прежде чем приступать к изготовлению кварцевого фильтра, следует запастись кварцевыми резонаторами, по возможности, с некоторым запасом, так как их надо будет заранее проверить и отбраковать. Устанавливать в фильтр новые кварцы не рекомендуется - они как и другие детали подвержены старению. Наиболее интенсивно они меняют свою частоту в первый год после выпуска.

Так, кварц на 9 МГц за первый год может изменить свою частоту на 180 Гц, что весьма ощутимо. За последующие 2...4 года относительный уход частоты не скажется на работе фильтра. Старению подвержены и конденсаторы, поэтому, как и кварцы, они должны вылежаться несколько лет (от 3-х до 5-ти).

Кварцевые резонаторы следует покупать из одной партии, так как в ее пределах разброс параметров невелик. Для получения хороших параметров фильтров разброс частот последовательных резонансов кварцев не должен превышать 0,1 от полосы пропускания фильтра, для получения отличных - 0,01. Например, для полосы пропускания 3000 Гц разброс не должен превышать плюс-минус 150 (15) Гц, от среднеарифметического значения частот Fs всех кварцевых резонаторов.

Определение электрических параметров кварца.

Генератор Г4-102 лучше не применять, так как у него плохая форма сигнала и не очень стабильная амплитуда при перестройке частоты генератора, вместо ГСС и ВЧ-вольтметра лучше применить измеритель частотных характеристик Х1-38.

При отсутствии приборов, вместо ГСС можно использовать генератор шума плюс радиоприемник (рис.2). Вообще говоря, хороший RX - это универсальный прибор, который можно использовать самым разнообразным способом. В RX включается АРУ и по показаниям S-метра. Если его нет, на выходе УНЧ можно включить тестер.


На частоте последовательного резонанса Fs кварц эквивалентен последовательному колебательному контуру, следовательно, показания ВЧ-вольтметра или RX будут максимальны.

На частоте параллельного резонанса Fp кварц эквивалентен параллельному колебательному контуру - показания приборов минимальны.

PНо этот момент можно обойти, т.к. кварц описывается тем же уравнением, что и последовательный колебательный контур. Требуется лишь частотомер, позволяющий измерять частоту с точностью до 10 Гц и два эталонных конденсатора. С1 и С2, емкость которых известна с точностью до 0,1...1%. Для частот порядка 3...10 МГц С = 39 пФ и С2 = 20 пФ. Если нет возможности точно измерить величину емкости, то эталонные конденсаторы можно сделать самому.

Для этого берутся 5... 10 конденсаторов емкостью в 5. .10 раз меньше необходимой и соединяются параллельно. Дело в том, что кривая разброса погрешностей подчиняется закону нормального распределения Гаусса, она симметрична, и разброс величин в большинстве случаев гораздо меньше указанной величины допуска.

Точность эталонного конденсатора будет заведомо лучше 1%. ТКЕ (температурный коэффициент емкости) должен быть равен нулю. Пусть в нашем случае имеются конденсаторы с ненулевым ТКЕ.

Общее правило таково: - ТКЕ х С = +ТКЕ х С. У нас имеются С = 6,2 пФ, ПЗЗ - 3 шт, С = б,2 пФ М47 - 2 шт. и С = 6,2 пФ МП0 -1 шт. Получим; 6,2 х (+33) х 3 + 6,2 х 0 х 1 + 6,2 х (-47) х 2 = 6,2 пФ (+ 99 - 94) = 6,2 пФ П+0,03

Это означает, что при изменении температуры на 10°С, величина емкости возрастет на 3x10 -5 % (0,000003%). Сэт = 6,2 x 6 = 37,2 пФ П + 0.03. Аналогичным образом изготавливаем Сэт №2.

Чтобы измерить Fs, собирается схема на рис 4 из (2] - это схема мультивибратора с эмиттерной связью, в которой кварц возбуждается вблизи Fs Сначала пронумеровываемое кварцы.

Для каждого кварца измеряется Fso Данные измерений заносятся в таблицу. Затем последовательно с каждым кварцем включаем конденсатор С1 и производим измерения Fs1. Данные заносим в таблицу. Аналогично измеряем Fs2. После чего находим среднеарифметические значения Fs0, Fs1, Fs2. Для расчета кварцевых фильтров нам необходимо знать величину индуктивности кварцевых резонаторов, которую мы находим методом трех частот.

Lк = 1 /2665 x 10 10 (Fs2-Fs1)/ , (1) где LK - в Гн; С1 и С2 - в пФ; Fs0, Fs1, Fs2 - в Гц,

Погрешность расчета по формуле (1) не превышает 2,5 %, Ниже будут приведены необходимые данные для расчета 4, 6 и 8-ми кристальных фильтров с Чебышевской характеристикой для приема SSB и с характеристикой Баттерворта - для приема телеграфных сигналов, они меньше "звенят", но обладают меньшим затуханием за полосой пропускания и худшим коэффициентом прямоугольности Кп, рис.5.


Кп представляет собой отношение полос пропускания кварцевого фильтра при заданном уровне ослабления к поносе пропускания на уровне 0,7 (-ЗдБ).

Например, Кп 1,7 по уровням -60 дБ/-3 Дб = 4,25/2,5 = 1,7. Фильтры рассчитаны для неравномерности АЧХ = 0,28 дБ, но на практике из-за неизбежной неточности изготовления, она получается несколько больше.

Фильтры рассчитаны по методике приведенной в , но входные и выходные емкости (С2,3) из последовательных пересчитаны в параллельные, т.к. фильтры неудобно согласовывать, потому что влияет емкость монтажа, образовывая к тому же емкостный делитель, уменьшающий полезный сигнал на 8...15%.

Чтобы уменьшить влияние емкости монтажа в 8 кристальных фильтрах, Т-звенья пересчитаны в П-звенья. Согласовывать кварцевые фильтры лучше всего с помощью колебательных контуров (не имеющих ферромагнитных сердечников, чтобы не ухудшить динамику приемной части), они улучшают соотношение сигнал/ шум в корень квадратный из нагруженной добротности.

Расчет (SSB) кварцевых фильтров с Чебышевской характеристикой и неравномерностью АЧХ в полосе пропускания 0,28 дБ.

Четырехкристальный фильтр, рис 6.

С1.2 = 33354/(Fs0 + П/2) x Lк х П (пФ), где

  • Fs0 - среднеарифметическое значение (кГц),
  • LK - индуктивность кварца, рассчитанная по формуле (1) (Гн).
  • П - полоса пропускания фильтра (кГц).

    • С2.3 = 1.149 х С1,2; С1 = 0,419 x С1,2

    Сопротивление нагрузки фильтра

    Rф = 8.63 х Lк х П (Ом), где Lк в Гн, П в Гц.


    Шестикристальный фильтр, рис7.

  • С1 =39 пФ и С2 = 20 ПФ.
  • С1,2 = 35383/ (Fs0+ П/2) x Lк x П, пФ
  • С1 = 0,439 х С1.2;
  • С2,3=1,213 x С1,2.
  • С3,4=1,344 x С1,2;
  • С = 3,907 х С1,2
  • Rф = 7,715xLк x П.

    • Восьмикристальный фильтр, рис 8.

  • С1.2 = 36007/(Fs0 + П/2) x Lк x П, пФ,
  • С1 = 0,578 х С1,2;
  • С2,3 =1,227 x С1,2;
  • С3,4 = 1,357 х С1,2;
  • С4,5 = 1,297 x С1,2
  • С2 = 0,832 x 01,2;
  • С3 =1,471 x С1,2;
  • С4 = 0,525x C1,2,
  • Rф = 8,862 х Lк х П

    • Как видно из приведенных формул, чтобы получить например, телеграфный фильер с Чебышевской характеристикой достаточно в рассчитанном SSB фильтре увеличить все величины емкостей в число раз, равное Пssb/Пcw/ Rф уменьшится во столько же раз. Этим приемом можно воспользоваться, если П изготовленного SSB кварцевого фильтра оказалась меньше требуемой из-за малого резонансного промежутка используемых кварцев. Для получения требуемой полосы пропускания в соответствующее число раз уменьшаем все емкости фильтра. Но если попались некачественные кварцы, этот способ не сможет помочь.

    Расчет телеграфных (CW) кварцевых фильтров с характеристикой Баттерворта.

    (Обозначения аналогичны приведенным на рис 6-8).

    Четырехкристальный кварцевый фильтр.

  • С1,2 = 30125/(Fs0 + П/2) х Lк х П, пФ, (кГц, Гн)
  • С1 = 0,22 7x
  • С1,2; = C2,3 = 1.554 x C1,2;
  • Rф = 9,62 х Lк х П. (Гн, Гц) Ом

    • Шестикристальный фильтр.

  • С1,2 = 21670/(Fs0 + П/2) x Lк x П
  • С1 = 0,173 x С1,2;
  • С = 1,795 x С1,2;
  • С2.3 = 1,932 х С1,2;
  • С3,4 = 2,258 x С1,2
  • Rф = 17,429 х Lк х П.

    • Восьмикриcтальный фильтр.

  • С1,2 = 16678/(Fs0 + П/2) x Lк х П.
  • C1 = 0,157 x С1,2;
  • C2,3 = 2,064 x C1,2;
  • C3,4 = 2,743 x C1.2;
  • C4.5 = 2,979 x C1 2
  • С2 = 0,583 x С1,2;
  • С3 = 0,359 x С1,2;
  • С4 = 0,625 x С1,2;
  • Rф = 17,429 х Lк х П

    • Для того, чтобы работать CW на той же частоте что и SSB надо использовать один и тот же опорный кварцевый генератор, но, чтобы прием CW не был слишком низкочастотным, надо полосу пропускания CW фильтра сдвинуть вверх на 400....700 Гц, тогда тон сигнала будет оптимальным и составит 0,8.....1,2 кГц. Подбирать кварцы имеющие Fs = 400...700 Гц не всегда есть возможность, да и делать отдельный CW фильтр дороговато. Лучше воспользоваться методом, предложенным EU1TT в .

    Конденсатор С2 включается последовательно с кварцевым резонатором и Fs вверх на 400. .700 Гц. Конденсатор С1 сужает резонансный промежуток образовавшегося эквивалентного резонатора Величина С2 рассчитывается по формуле:

    С2 = 0,0253302/Lк х (2Fs0 x f + f 2 ), пФ (2), где Lк в Гн, Fs0 и f в Гц. Fs = 400...700 Гц. С2 = 50...200 пФ и может быть подобран экспериментально. С1 по рекомендации UP2NV находится в пределах 20..70 пф, причем большей величине емкости соответствует меньшая полоса пропускания фильтра. Конденсаторы подключаются малогабаритными реле (например, РЭС-49). Т.е. одни и те же кварцы используются одновременно и в SSB и CW фильтрах.

    В правильно спроектированном приемнике между величиной затухания за пределами полосы пропускания Ао, динамическим диапазоном по блокированию ДД1, динамическим диапазоном по интермодуляции ДДЗ, усилением по промежуточной частоте RX Кус. ПЧ (все в дБ), существуют зависимости: Ао = ДД1, и До = ДД3 + Кус.ПЧ Применительно к трансиверу RA3AO это составит Ао = 140 Дб и Ао = 100 + 60 = 160 дБ.

    Из двух величин выбираем большую. (У автора применено 8 кварцев в SSB фильтре. 6 в CW фильтре и 2 в подчисточном фильтре. Всего 8 + 6 + 2 = 16 кварцев). Лучше их распределить так: ФОС -13 шт, второй ФОС - 6 шт включенный между первым и вторым каскадами усилителя ПЧ, и в подчисточном фильтре SSB/CW фильтры. Это позволит реализовать высокую динамику приемного тракта трансивера и резко улучшить реальную избирательность


    Большое значение имеет правильное изготовление фильтров. Монтаж на печатной плате не подходит из-за влияния емкостей монтажа и вносимых потерь. Лучше всего навесной монтаж на выводах кварцев Удачную конструкцию предложил UY50N в , рис 9.

    Вид на фильтр со стороны монтажа (снизу), со стороны выводов кварцевых резонаторов (в металлических корпусах). Расположение резонаторов - вертикальное. Монтаж аккуратный, проводится непосредственно на их выводах. Устанавливаются на плату из 2-х стороннего фондированного стеклотекстолита. Отверстия в фольге разенковываются.

    Все эти узлы следует выполнять в экранированных корпусах, соединяя корпус смесителя с корпусом кварцевого фильтра в одной точке, а корпус усилителя промежуточной частоты с корпусом кварцевого фильтра также в одной точке, около выхода фильтра. Экран должен быть значительной толщины, чтобы через него не смешивались токи смесителя и усилителя промежуточной частоты. Реле для изменения полосы пропускания следует располагать рядом с кварцами и питание на них следует подавать через проходные конденсаторы и развязывающие LC цепочки.

    Кварцы следует разбить на пары с наиболее близкими Fs. Пары с минимальным разносом следует ставить, в крайние (ZQ1-ZQ8) звенья фильтра, пары с максимальным разносом ставить в центральные звенья (ZQ4-ZQ5), применительно к 8-ми кристальному фильтру. При измерении параметров изготовленного фильтра надо правильно подключать приборы, чтобы не исказить ФЧХ фильтра, рис.10. Если есть возможность, конденсаторы надо подобрать с точностью не хуже 1%, но и применение их с допуском 5 % слабо ухудшит параметры фильтра, и вполне допустимо.

    Применять надо малогабаритные керамические конденсаторы с минимальным ТКЕ Можно даже применять устаревшие конденсаторы КТ-1 от различной, приведшей в негодность аппаратуры. Они удобны еще и тем, что допускают подгонку емкости путем осторожного соскабливания скальпелем части обкладки с наружной стороны в сторону уменьшения величины емкости. Удаленное место для изоляции покрывается тонким споем клея БФ-2. От других типов конденсаторов можно отламывать кусочки, не забыв проверить подогнанный" конденсатор на отсутствие замыкания между обкладками.

    После установки в аппаратуру кварцевые фильтры должны быть обязательно согласованы (нагружены на требуемые величины сопротивлений), иначе АЧХ (амллитудно-частотная характеристика или форма полосы пропускания) будет далека от расчетной (ожидаемой). Величину входных емкостей фильтра (С2,3) следует уменьшить на величину емкости монтажа, она может сильно увеличить как неравномерность АЧХ в полосе пропускания фильтра, так и затухание в полосе пропускания фильтра. Правильно изготовленный и установленной фильтр не нуждается в на: тройке.

    Если не удалось подобрать требуемое количество кварцев с допустимым разносом Fs, то частоты можно подогнать, но не механически, а электрически, рис.10, что предложено также EU1TT. Можно также воспользоваться формулой (2), преобразованной к виду:

    С2 = 0.0253302/Lк x (Fs max - Fs I) (3)

    Имея осциллограф, можно создать систему, которая будет эквивалентна измерителю частотных характеристик. Для этого на вход трансивера или приемника нужно подать через аттенюатор сигнал от генератора, рис 4, а на цепи управления варикапом расстройки через переменный резистор 150 кОм подать пилообразное напряжение от осциллографа, выход которого выведен на разъем. Этот способ удобен тем, что мы наблюдаем АЧХ фильтра в том месте, где он и должен находиться. Если осциллограф низкочастотный, его можно включить на выход детектора. При таком способе наблюдения АЧХ в фильтре можно применять кварцы с большим разбросом по частоте, меняя их местами, добиваясь требуемой АЧХ. Но это менее надежно, более трудоемко, и не позволяет изготовить комплект кварцевых фильтров с идентичными АЧХ.

    По предлагаемой методике были изготовлены два комплекта 6 + 6 + 4 кварцевых фильтров на частоты 8,002 МГц и 5,503 МГц Разнос полос пропускания составил плюс/минус 50 Гц. т.е. следует рассчитывать с полосой пропускания шире на 100 Гц - не 2500, а 2600 Гц. Характеристики хорошо совпали с расчетными и фильтры не потребовали дополнительной настройки, а были только согласованы непосредственно в схеме. В данной статье обобщены результаты труда многих авторов и собственный многолетний опыт [б], .

    А Кузьменко (RV4LK)

    1, Радио, 1975 г. №3, Л. Лабутин "Кварцевые резонаторы".

    2. Инфотех, А. Каракаптан, UY50N "Методика изготовления кварцевых фильтров".

    3. Радио, 1982-1983 г.г. статьи В. Жалнераускаса, ex UP2NV.

    4. Радиолюбитель, 1991 г. №11. И. Гончаренко, EU1TT, "Совмещение полос пропускания SSB/CW в кварцевом фильтре с переменной полосой пропускания".

    5. Радио, 1992 г. №1, И. Гончаренко, EU1TT, "Лестничные фильтры на неодинаковых резонаторах".

    6. Радиодизайн, 1996 г, №3, А. Кузьменко, RV4LK, ex UA4FON, "Определение, параметров кварцевых резонаторов для расчета и изготовления кварцевых фильтров".

    7. Радиолюбитель, 1993, №6, А. Кузьменко, RV4LK, ex UA4FON, "Определение параметров кварцевых резонаторов для расчета лестничных фильтров"

    Накопилась интересная информация от радиолюбителей, которые изготовили основные платы “Портативного TRX” ну и конечно от “повторятелей” - немного необоснованных претензий - “почему оно не работает так, как работает FT-1000MP?”.

    Ещё раз заостряю внимание читателя на том, что “за всё требуется платить” и трансивер, который задуман как подобие импортных “мыльниц”, тем более без тщательнейшей настройки и отладки - никогда не покажет даже тех параметров, о которых написано в разделе “Портативный TRX”. Ещё раз напоминаю - чем проще схемотехника - тем тщательнее потребуется “вытягивать” максимальные параметры буквально из каждого каскада. А если вы приобрели комплект кварцевых фильтров за 10$, неизвестного происхождения и с неизвестной АЧХ, впаяли пластмассовые транзисторы неизвестного производства и к тому же с теоретически прогнозируемыми параметрами (в основном со слов торговца на радиорынке у которого они и куплены), да ещё катушки-трансформаторы намотали на феррите 100-летней давности из “мусора” - что же можно ожидать от такого “монстра”? Предлагаю посмотреть на характеристики основной платы №3, которую мне прислал Олег(US5EI) из Днепропетровска. Он рискнул пойти по пути, на первый взгляд дешёвому и наиболее оптимальному, с его точки зрения, а получилось до наоборот - “раньше было плохо, а теперь всё хуже и хуже…”. Плату он делал сам и “немного” (по его мнению) изменил конфигурацию дорожек под те кварцевые фильтры, которые он приобрёл готовыми. Вариант 4+4 или 6+4 кристаллов в фильтрах он посчитал за не заслуживающий внимания - применил “стандартный” радиолюбительский вариант - 8+4. Остальные железки на плате применены из старых запасов (читай - хлама). Всё “это” было запаяно на самодельную плату, ну а в дальнейшем - получилось “как всегда”. Попытки оживить “монстра” окончились - “обращением к автору”…..

    Самая главная задача при изготовлении приёмника - обеспечить чувствительность и селекцию сигнала. Без качественного кварцевого фильтра эту задачу в TRX с одним преобразованием решить нельзя.

    Сколько раз уже было об этом писано-переписано в радиолюбительской литературе??? Но мне снова приходится возвращаться к этому вопросу. За более чем 20 лет практически постоянного КВ - конструирования и что немаловажно, стольких же лет работы в эфире (т.к. есть конструкторы, которых в эфире практически никто и никогда не слышал - что можно сказать о их “навыках и подходах” к реалиям любительского эфира???) сделал для себя вывод - нельзя экономить на фильтре основной селекции - если хотим построить достаточно качественное “Радиво”. ФОС должен иметь затухание в полосе задерживания не менее 70-80Db при минимальном затухании в полосе пропускания. Максимальные цифры задерживания нам необходимы на низкочастотных диапазонах. Как правило, уровни там сейчас 59+20-40 Db, т.е. при затухании фильтра в 80Db и при принимаемом сигнале +40Db можем предположить его “пролезание” на 2-3 балла по шкале S-метра. Такие уровни уже не смогут повлиять на работу каскадов следующих за XTAL ZQ. А вот если появится сосед на этом же диапазоне уровнем +80Db - ситуация изменяется не в “нашу” сторону. Но не будем брать за основополагающий параметр приёмника - работу на одном диапазоне одновременно с соседом, т.к. скорее всего и ему такая работа будет “не в радость”, да и для “борьбы с такими уровнями” существует радикальный метод - аттенюаторы.

    В тех сотнях кварцевых фильтров, которые за эти годы пришлось сделать, затухание за полосой пропускания характеризовалось примерно в 10Db на кварц. С небольшим отличием в ту или другую сторону в зависимости от качества и размеров кварцев. Имею в виду кварцевые фильтры по лестничной схеме. Основной недостаток таких фильтров - это затянутый нижний скат АЧХ. Шестикристальный фильтр из кварцев в Б1 военного производства (не путать с генераторными!) имеет затухание за полосой пропускания не менее 70Db. К сожалению, про такие кварцы нужно забывать - старые запасы на исходе и “больше такого не будет”…. На сегодня самый доступный (но не наилучший!) вариант - покупаем маленькие кварцы на 8,867MHz на радиорынке и пытаемся из них что-нибудь ваять. Следует обратить пристальное внимание на тип и качество кварца. Их предлагается десятки типов и конструкций, но не из всех можно делать фильтры. Самые качественные позволяют изготавливать вполне “сносные” фильтры. По крайней мере - не хуже, чем из генераторных кварцев в Б1 старого образца. Восемь кристаллов дают не менее 80Db затухания за полосой, что, как отметил выше, вполне достаточно для трансивера предназначенного для “обычной” работы в эфире. Можно сделать один восьмикристальный фильтр и “успокоиться”, но получим маленький фильтр (имею в виду из маленьких современных кварцев), у которого между входом и выходом 3,3см, затухание в полосе от 2 до 4Db и неравномерность до 4-6Db. Устанавливаем его в “основную плату” и в итоге получаем “пролезание” минуя фильтр в лучшем случае -60Db, а в варианте основной платы Олега US5EI -40Db. Как делать сам фильтр - уже расписывал в описании “КВ трансивера”. Всякие “красивые” варианты печатных плат под кварцами, “элегантных” коробочек и т.д. - опасны как ухудшением добротности кварцев (когда втыкаем ножки кварца в стеклотекстолит) так и “пролезанием” сигнала минуя сами пластинки кварцев. Если и делать фильтры в коробочках - то нужно корпуса кварцев обязательно землить на коробок, который лучше всего изготовить из тонкого лужёного металла, а весь монтаж внутри выполнять на ножках кварцев. Посмотрите - таким образом выполнены все заводские фильтры. Принимаю вариант изготовления самодельной платы и фильтра на ней только с сохранением фольги со стороны установки деталей под общую “массу”, с дальнейшим припаиванием корпусов кварцев на неё и затем ещё можно сверху накрыть фильтр экранирующей коробкой из луженой жести с припайкой всех сторон на фольгу платы. Да, согласен - так не очень красиво, технологично, быстро и т.д. но только таким способом можно максимально избежать “пролезания”. Да и за что в первую очередь “боремся” - за “под фирменный вид” или за сохранение максимально достижимых параметров самого фильтра? Это решает для себя каждый конструктор сам, индивидуально…

    Ранее изготавливал, подражая общей радистской “тенденции”, одиночные восьмикристальные фильтры. Но после того, как стали заканчиваться всё чаще и чаще кварцы в корпусе Б1, с которыми намного удобнее работать - пошли в ход и запасы кварцев в маленьком корпусе - на них написано РК169. И вот тут и “вылезла” тенденция сложности получения минимальной неравномерности в полосе пропускания и “пролезания” минуя фильтр в восьмикристальных ZQ. Последовали соответствующие попытки “победить возникшие проблемы”…. Что и привело к варианту построения четырёх и шестикристальных фильтров. Ещё более утвердила это решение информация о фазовых характеристиках фильтров - чем более “длинный” фильтр (чем больше в нём звеньев) тем больше получаем фазовый “дребезг” фильтра. Так как каждое звено имеет индивидуальные фазовые характеристики, которые, скорее всего, не совпадут с характеристиками других звеньев - это и приводит к “звону”. Такое явление мы можем отчетливо слышать своими ушами в узкополосных многозвенных фильтрах. Хотя в фильтрах для SSB этот “звон” практически невозможно услышать - некоторые одарённые “слухачи” даже по сигналу в эфире могут определить - работает ЭМФ или узкий кварцевый фильтр (по моему мнению - это конечно вопрос “философский” - читай - спорный). При практической реализации намного легче обеспечить плоскую вершину АЧХ в шестикристальном и почти “автоматически” неравномерность менее 1Db получается в четырёхкристальном фильтре. Затухание в полосе пропускания 6-ти кристального ZQ чаще всего не превышает 2-3Db, а у 4-х кристального до 2Db. Но так как затухания в полосе задерживания у таких фильтров недостаточно для КВ трансивера - пришлось разработать основные платы №3 и №4. Т.е. устанавливаем фильтры “паровозиком” с согласующими между ними активными каскадами. Реальные измерения сквозной АЧХ такого варианта построения показаны на рис. №1 .

    Измерения проведены на анализаторе СК4-59. Сигнал подавался на первый каскад VT1 основной платы №3 и снимался с обмотки связи катушки в стоке VT4 (при отсоединённом детекторе). Основная плата №3, изготовленная Олегом (US5EI), показала затухание в полосе задерживания примерно 45Db при неравномерности в полосе до 8Db рис.№2 .

    Возможно, мне удастся сфотографировать экран СК4-59 с АЧХ сквозного тракта платы US5EI и “стандартной” платы №3 с двумя 4+4 кварцевыми фильтрами для наглядного сравнения - пока могу предложить только срисованные картинки. Неравномерность в полосе пропускания первого 8- ми кристального фильтра достигает 7Db, а затухание за полосой пропускания немногим превышает 40Db.

    Рис №2. АЧХ платы US5EI восьмикристальный фильтр + черытёхкристальный

    Рис3. АЧХ 6-кристального фильтра измереная Х1-38 (шкала линейная)

    Рис4. АЧХ 6-кристального фильтра измереная СК4-59 (шкала логарифмическая)

    Рис5. АЧХ 6+4-кристального фильтра измереная Х1-38 (шкала линейная)

    Рис6. АЧХ 6+4-кристального фильтра измереная СК4-59 (шкала логарифмическая)

    Основная плата №3 изготовленная US5EI

    Отчего и напрашивается вывод - есть ли смысл вообще применять “серьёзные” кварцевые фильтры в одноплатном варианте трансивера? Скорее всего - да, чем нет. Но до какого-то определённого уровня затухания за полосой пропускания, потому что в одноплатной конструкции всё равно “пролезания” не избежать. Привожу для примера “срисованные” с экрана СК4-59 две АЧХ основной платы №3 - первая с 4+4 фильтрами, вторая 6+4 фильтры (рис.№1). Второй 4-х кристальный фильтр в этой “лабораторной работе” не менялся, поэтому сквозная АЧХ 6+4 варианта оказалась немного уже, чем хотелось бы, из-за небольшого несоответствия центральных частот этих фильтров - они сдвинуты друг относительно друга на 200Hz. Но даже в таком варианте применения - когда “ворота” фильтров не в “створе” - отличие общей АЧХ в лучшую сторону. Как по коэффициенту прямоугольности (Кп =1,96 варианта 4+4 и Кп =1,78 варианта 6+4) по уровням -10Db и -60Db, так и по затуханию за полосой пропускания - примерно 75Db у варианта 4+4 и более 80Db у варианта 6+4. Следует отметить, что уровни более 70Db сложно точно измерить прибором (шкала проградуирована в десятках Db) не прибегая к дополнительной манипуляции ручками аттенюаторов и выходных-входных уровней. При “растягивании” картинки АЧХ вверх - наблюдается перегрузка входных усилителей прибора - верхняя “планка” АЧХ становится плоской - наблюдается ограничение. Если же “растягивать” вниз - там просто уже нет калиброванной сетки на экране ЭЛТ. Что творится в полосе пропускания АЧХ сквозных трактов - удобнее посмотреть при помощи X1-38, у этого прибора градуировка АТТ в единицах Db и экран намного больше и нагляднее. Жаль только, что он обеспечивает только линейный режим работы. Неравномерность в полосе пропускания вариантов 4+4 и 6+4 фильтров, которые дополнительно подстроены в самой плате, не превышает 2Db. Неравномерность АЧХ в плате US5EI составила почти 10Db.

    Вывод.

    Он напрашивается сам собой из этих “лабораторных работ”. Любой самодельный кварцевый фильтр, не зависимо от количества кварцев в нём, “желает” дополнительной подстройки при установке в плату. Конечно, заманчиво купить за 10$ комплект фильтров, впаять их в плату, покрутить сердечники ближайших к фильтру катушек и усё - вперёд - микрофон “в зубы” - “всем, всем в Азии и Прибалтике”… Увы, придётся огорчить любителей “лёгкой жизни”. Во-первых, чего же можно ожидать от кварцевого фильтра стоимостью в 10 баксов? Будучи на “радиовыставке” во Фридрихсафене (Германия) специально занимался поиском комплектующих для TRX и удалось найти (из сотен предложений) за 30 марок фильтры на 9MHz от какой-то английской фирмы, но качество ентих изделий… Самые дешёвые кварцевые фильтры, которые уже похожи по своим характеристикам действительно на то, что нам нужно, стоили не один десяток марок. Ну, не будем пока здесь о грустном…

    Нужно помнить, что кварцевые фильтры, собранные по лестничной схеме, очень критичны к параметрам тех каскадов, между которыми будет включен фильтр. Любое (даже на первый взгляд) незначительное отклонение от номинальных R или С нагрузочных, которые были получены на стенде при изготовлении фильтра, вызывают изменения в АЧХ и, скорее всего не в “нужную” нам сторону. Да ещё приплюсуйте сюда “реактивности” ёмкостей и индуктивностей каскадов - в итоге получаем - “как всегда”… Яркий тому пример - слышим на низкочастотных диапазонах в вечернее время…..

    Как показывает опыт ситуация не настолько “страшная”, чтобы вообще отказаться от самодельных фильтров. При установке в плату придётся подобрать нагрузочные сопротивления (R8, R15) и по 1-2 крайних конденсаторов в фильтрах. Например, после каскада на полевике VT1 чаще всего последовательная ёмкость С7 на входе ZQ исключается и заменяется перемычкой, а следующий конденсатор С8 потребует уменьшения ёмкости. То же относится к двум кондёрам с другой стороны фильтра (С11,С10) - нужно их подобрать в конкретной схеме включения (читай - найдя определённый “консенсус” между требуемым качеством работы каскада на VT3 и АЧХ фильтра). Следует ещё отметить, что намного легче обеспечить плоскую вершину АЧХ в фильтрах с меньшим количеством пластин, нежели в многорезонаторных. Теперь вернёмся к количеству кварцев. В одноплатной конструкции основная задача - свести к минимуму “пролезание” сигнала минуя фильтры. Более 95-90Db не удаётся получить в вариантах плат “Портативного TRX”. Проверен был и вариант 6+6 ZQ. И не нужно “горько плакать” по сему поводу - посмотрите АЧХ трансивера, которая приведена в журнале Радиохобби 2/98г. стр.29 - Георгий UT5ULB проводил её измерение в самом “крутом” (в RA3AO) из советских аппаратов…. Руководствуясь накопленным опытом и рекомендовано применение 4+4 в таких платах. Для улучшения “общей прямоугольности” возможен вариант 6+4. Он уступает варианту 4+4 в бОльшем (на 1Db) затухании в полосе пропускания. Но заметно лучше как по крутизне скатов АЧХ, так и в большем затухании в полосе задерживания (на 10Db). Это достаточно хорошо видно на рисунке №1. Если предполагается работа на TRX в основном на высокочастотных диапазонах - более 8-ми кварцев использовать нет смысла - в этом варианте мы получаем почти плоскую вершину АЧХ (неравномерность даже при “ленивой” настройке фильтров не превышает 2Db) и минимальные потери полученного сигнала. Если же нам не нужен максимальный “нюх” трансивера, а предполагаем “бороться за место под солнцем” на низкочастотных диапазонах - тогда предпочтительнее вариант 6+4. Кстати, лишний раз убедился в верности применения “паровозиков” каскадов с фильтрами из меньших количеств пластин, чем восемь, при общении с Анатолием UA1OJ - одним из авторов программы по расчёту кварцевых фильтров. Вот его выводы - “Затухание фильтра в 2-3Db мне ни разу не встречалось. Чаще бывало 6,5-8Db. Даже демка (демонстрационная версия программы расчёта кварцевых фильтров, уточнение UT2FW) в этом помогает убедиться. А её результаты близки моим практическим измерениям”. Такие цифры затухания чаще всего получаются в 8-ми резонаторном фильтре из случайно выбранных, а точнее вообще не выбранных, а куплено то, что было предложено на радиорынке. Теперь представьте себе, если в погоне за пресловутой избирательностью по соседнему каналу установим “стандартный набор” (один 8-ми, а второй 4-х) из таких кварцев. На мой взгляд, совсем не в количестве кварцев в фильтрах нужно искать проблему “совместимости” соседних станций, а в качестве работы выходных каскадов передатчиков! Что толку с того, что будет установлен даже высококачественный фирменный мультибаксовый фильтр в трансивере - если включится сосед на двух “рогатых”, которые раскачиваются двумя ГК-71? Дело даже не в выходной мощности, а в бестолковости пользователя такого монстра - когда все ручки вправо до упора…. Можно использовать и две ГУ-84Б и не мешать ни ближним, ни дальним соседям. А можно и из выходного каскада на ГУ-29 - “в лёгком режиме при 300V на аноде - выжать пол ампера току” - работающие на низкочастотных диапазонах меня прекрасно поймут…. Ну это тема для другой статьи.

    Для конструирующей публики будет небезынтересно посмотреть внутренности и современного буржуинского ТРХ. Привожу фото основной платы RX-TX вместе с блоком синтезатора (экранированная коробочка с тремя катушками, крышку снял для обозрения внутренностей) FT-817, который использую в качестве контрольного приёмника. Он раскрыт и работает 0,1-156Мгц, 420-470Мгц. Понятно, что как паяющему аматеру, мне было интересно исследовать его характеристики. Если коротко - АЧХ приемного тракта с фильтром от фирмы muRata CFJ455K примерно соответствует АЧХ “Портативного ТРХ” с основной платой №2. Немного выше прямоугольность у фирменного фильтра со стороны нижнего ската - это заметно и при прослушивании эфира. Но попробуйте поинтересоваться стоимостью такого фильтра - и только потом делать выводы, что лучше, а что хуже….

    FT-817от фирмы Yaesu.

    Выходная мощность у этого аппаратика заявлена фирмой 5Вт, реально в режиме SSB 2,8Вт поэтому много в эфире на нём не наработаешь. Неспешно готовлю законченную конструкцию внешнего ШПУ с Рвых до 200Вт под такие ТРХ. В одной коробке размером 1:1 как “Портативный ТРХ” располагаются ШПУ, СУ, КСВ-метр, БП. Информация о готовности появится на моём сайте и, скорее всего в журнале “Радиохобби”, как наиболее оперативно готовящем публикации. А возможно, если будет на это время и желание и обзорная подробная статья - чего ж енто за “мыльница” такая FT-817 и с чем её нужно “потреблять”??? Тем более, что была возможность в течение некоторого времени проводить реальные сравнения FT-817 с FT-100D, TS-870 и выводы (по крайней мере, для себя J), конечно, были сделаны.

    Некоторые “повторятели” отмечали “неподавленную” нерабочую боковую полосу в варианте 4+4, особенно накрутив максимально ограничение сигнала. В этом нет ничего удивительного с применением таких фильтров. Нижний скат у лестничных фильтров затянут и часть нерабочей боковой полосы “пролезает”. Вопрос только в подавлении её в зависимости от отстройки по частоте. На рис.№1 вертикальной чертой показано примерное расположение частоты опорного генератора (как правило, 300-400Гц ниже точки на нижнем скате по уровню -6Дб) на нижнем скате фильтра - Fop. Нужно иметь настолько крутой нижний скат АЧХ, чтобы он обеспечивал подавление хотя бы на 50Db на частоте опорного генератора (это как раз те мультибаксовые фильтры о которых написано выше) - если вы поставили себе задачу одним махом подавить “все мыслимые и немыслимые боковые”. В варианте 4-х резонаторного фильтра подавление в районе частоты опорника составляет 18-20Db, а в 6-ти резонаторном 22-30Db. Поэтому, если мы накрутим максимальное ограничение сигнала и пропустим его через 4 кварца, да ещё такой сигнал усилим лампой ГУ81М (в “лёгком” режиме - при 1500В на аноде! L) - соседи будут в “восторге”… Об этом уже предупреждал в описании “Портативного ТРХ”. Ниже даю теоретически рассчитанные “картинки” одного шестикристального ZQ и совмещённые АЧХ на одном графике трёх-четырёх-шести-кристальных фильтров.

    Речь должна идти не “просто” о подавлении нерабочей боковой, а о подавлении её в зависимости от расстройки относительно частоты опорного генератора. Понятно, что подавление будет разное при отстройке вниз от частоты опорника, например, на 500Гц или на 3Кгц. Примерно середина виртуальной полосы пропускания (представьте себе зеркальную АЧХ фильтра слева от частоты опорника) “неподавленой” боковой будет ниже частоты опорного генератора на 2Кгц - это в теоретически рассчитанном 6-ти кристальном фильтре частота 8860,5Мгц - затухание на ней составляет -70Дб, что вполне достаточно для такого класса трансиверов. Конечно, в реалии получается чаще всего хуже, что связано как с качеством изготовления самих фильтров, так и с качеством изготовления и настройки основной платы. Кстати, если вы хотите просчитать и увидеть АЧХ фильтров из тех кварцев, которые были по случаю приобретены на радиорынке и нет никакого желания их предварительно делать (т.к. - и лень, да и приборов толком нету) для этой цели - рекомендую обратить пристальное внимание на программу расчёта кварцевых фильтров, демонстрационную версию которой мне во время подготовки этой статьи любезно предоставил Анатолий UA1OJ. Программа составлялась не просто программистом, отдалённо представляющим себе “чего енто такое за маленькие железные коробочки?”, а под бдительным оком радиста не понаслышке знающего как собираются такие “коробочки”. Хотя мне ближе по духу практическое изготовление и проверка АЧХ на приборах реальной конструкции фильтра, нежели “теоретизирование” при помощи кнопок компьютера…..

    Сквозная АЧХ ТРХ RA3AO, измеренная Георгием UT5ULB -