SP-QRP - Content

Cel: budowa filtru kwarcowego, drabinkowego do transceivera dla modulacji USB z

rezonatorów kwarcowych 10 MHz w obudowach HC6-U.

Oczekiwania: uzyskany filtr o przyzwoitych parametrach:

- tłumienie pozapasmowe > 60 dB

- szerokość pasma przepuszczania = 2.5 kHz

- możliwie małe nierównomierności w paśmie przepuszczania

- duże nachylenie zboczy

Motywacja: niewystarczająca jakość filtru drabinkowego 4-kwarcowego (zastosowanego w konstrukcjach typu Aquarius/Taurus/Hybryda). Najbardziej dokuczliwe jest niewystarczające tłumienie poza pasmem przepuszczania.

Źródła informacji:

- „The ladder filter revived” by Lloyd Butler VK5BR (Originally published in Amateur Radio, March 1990) – patrz oryginalny artykuł

- info na temat pomiarów i dobierania rezonatorów kwarcowych - patrz rysunek 1 i opis na stronie Asshara Farhana

- Sweep generator – patrz strona JF10ZL

- Oprogramowanie WaveSpectra:

· WaveSpectra v. 1.31 download page

<>· WaveSpectra opis i rysunki (po japońsku)

Metoda pomiarowa:

Pomiar charakterystyki filtru IF w czasie rzeczywistym jest pewnym wyzwaniem. Najbardziej elegancką metodą jest zastosowanie kolejnych bloków:

- sweep generator (generator napięcia piłokształtnego przestrajający VCO)

- badany filtr (kwarcowy) z układami dopasowującymi impedancję na wejściu/wyjściu

- detektor logarytmiczny (np. AD8307)

- oscyloskop

Z braku detektora logarytmicznego pracującego w zakresie w. cz. postanowiłem dokonać pomiarów na częstotliwościach akustycznych z zastosowaniem karty dźwiękowej komputera PC i (darmowego) oprogramowania WaveSpectra. Zaletą tego programu jest możliwość oglądania uśrednionego przebiegu sygnału w funkcji częstotliwości. Cecha ta jest niezbędna aby oglądać charakterystykę filtru podczas pomiarów.

Po instalacji programu na moim komputerze program wyświetlał komunikaty (ikony) po japońsku. Po zainstalowaniu w Windows XP dodatkowych języków (azjatyckich) program zaczął wyświetlać komunikaty i opisy po angielsku. Nie pytajcie mnie dlaczego.

Inną cechą jest to, że program WaveSpectra nie pokazuje wiarygodnie częstotliwości powyżej 7 kHz.

Schemat blokowy układu pomiarowego:

Jako demodulator, generator kwarcowy LO i wzmacniacz m. cz. zastosowałem fragment odbiornika z transceivera Aquarius – wykorzystujący układy MC3362P i LM386.

W praktyce uzyskałem możliwość obserwowania charakterystyki filtru z zakresie 7 kHz. Po przesunięciu częstotliwości generatora LO (pełniącego rolę BFO w układzie Aquarius) mogłem obserwować charakterystykę w niewielkim przedziale poza pasmem przepuszczania filtru. Przesunięcie częstotliwości LO w zakresie 9995 kHz do 10004 kHz umożliwiło w praktyce obserwację charakterystyki filtru z przedziale 9987 kHz do 10012 kHz.

Parametry użytych rezonatorów kwarcowych:

Pomiary rezonatorów kwarcowych wykonałem dwiema metodami:

1. Uproszczoną – zgodnie z opisem na stronie Asshara Farhana

2. W układzie filtru dwukwarcowego (zgodnie z opisem m. in. w „Experimental Methods in Radio frequency Design”).

Parametry zastosowanych rezonatorów kwarcowych uzyskane z pomiarów metodą 1:

nr rezonatora

F1 (33pF)

F2 (zwora)

Różnica F

9999885

9997416

2469

9999897

9997420

2477

9999936

9997465

2471

9999948

9997473

2475

9999950

9997477

2473

9999905

9997479

2426

W praktyce pomierzyłem 30 rezonatorów i wybrałem z nich grupę 6 sztuk najmniej różniących się parametrami.

Parametry zastosowanych rezonatorów kwarcowych uzyskane z pomiarów metodą 2:

C1 = 33 pF

fo = 9998.3 kHz

f1 (-3 dB) = 9997.7 kHz

f2 (-3 dB) = 9998.9 kHz

różnica f (-3 dB)= 1.2 kHz = BW1

pożądane BW2 = 2.2 kHz

Z obliczeń: C2 = 9.8 pF, Ri = Ro = 1090 Om

Badane filtry i uzyskane wyniki:

Filtr 1

n = 4 (liczba rezonatorów)

Filtr obliczony w oparciu o wyniki pomiarów metodą 2. Niestety pomyliłem się w obliczeniach. Mimo to filtr ma całkiem przyzwoitą charakterystykę i to bez dobierania wartości kondensatorów (strojenia).

Charakterystyka filtru 1 z LO = 9996 kHz.

Niestety nie widać co dzieje się po stronie górnego zbocza. Program WaveSpectra nie pokazuje wiarygodnie częstotliwości powyżej 7 kHz. Daje się zauważyć małe tłumienie poza pasmem przepuszczania po stronie dolnego zbocza oraz szerokie pasmo przepuszczania filtru wynoszące ponad 3 kHz.

Filtr 2

n = 6

Filtr obliczony w oparciu o wyniki pomiarów metodą 2. Niestety powtórzyłem błąd w obliczeniach.

Charakterystyka filtru 2 z LO = 9995.1 kHz. Całkiem przyzwoite tłumienie choć szerokie pasmo przepuszczania.

Filtr 3

n = 6

Filtr poprawnie obliczony w oparciu o wyniki pomiarów metodą 2 dla założonego pasma przepuszczania BW2 = 3 kHz.

Niestety nie mam zdjęć charakterystyk. Pamiętam, że były jednoznacznie nieakceptowalne.

Filtr 4

n = 6

Jest to Filtr nr 3 po regulacjach (dostrojeniu kondensatorów).

Uzyskałem różne charakterystyki filtru w zależności od wartości pojemności Cs2.

Charakterystyka filtru 4 z LO = 9997.1 kHz. Cs2 = 47 pF

Charakterystyka filtru 4 z LO = 9995.1 kHz. Cs2 = 47 pF

Przykładowa charakterystyka filtru 4 z LO = 9995.1 kHz. Cs2 dobierany (trymer 5–80pF)

Filtr 5

n = 6

Jest to Filtr nr 4 po instalacji na płytce odbiornika Aquarius i po regulacjach (dostrojeniu kondensatorów).

Pomiary zostały wykonane wobulowanym sygnałem w paśmie 14 MHz podanym na wejście odbiornika.

Charakterystyka filtru 5 przy LO = 9997.1 kHz. Wartości kondensatorów Cs1 = Cs2 = 57pF.

Charakterystyka filtru 5 przy LO = 9995.1 kHz. Widać oba zbocza. Wartości kondensatorów jak poprzednio: Cs1 = Cs2 = 57pF.

Filtr 6

n = 6

Jest to filtr w układzie odbiornika Aquarius/Hybryda II dostrojony (diodami pojemnościowymi) dla pasma przepuszczania 1.8 kHz.

Pomiary zostały wykonane wobulowanym sygnałem w paśmie 14 MHz podanym na wejście odbiornika.

Charakterystyka filtru 6 w odbiorniku Aquarius/Hybryda II. Szerokość pasma 1.8 kHz jest kompromisowa - trochę wąsko jak dla SSB ale tak jest lepiej dla CW.

Charakterystyka odbiornika Aquarius/Hybryda II z filtrem nr 6 i włączonym dodatkowym filtrem aktywnym m. cz. odbioru CW. Filtr aktywny zawiera 3 wzmacniacze operacyjne w typowym układzie.

Wnioski:

Filtr złożony z sześciu rezonatorów zapewnia lepsze tłumienie poza pasmem przepuszczania niż filtr złożony z czterech.

Uzyskanie optymalnych parametrów wymaga:

- pomiarów i doboru rezonatorów kwarcowych

- dobrania wartości elementów (kondensatorów) i pomiarów charakterystyki

- zadbania o właściwą impedancję na wejściu/wyjściu filtru (szczególnie na wejściu)

- właściwego ekranowania (aby sygnał nie „omijał” filtru)

Spore nierównomierności (rzędu 10 dB) w paśmie przepuszczania nie przekładają się wprost na charakterystykę odbiornika (nie wiem dlaczego, może popełniłem błąd systematyczny przy pomiarach charakterystyk?).

Nierównomierności w paśmie przepuszczania filtru można w znacznym wyrównać dobierając (zmiejszając) impedancję zamknięcia po stronie wejścia. Moze nie widać tego na zamieszczonych wyżej charakterystykach ale tak jest.

Vy 73, do Piotr SP9ODL

W dziale Pliki -> Projekty jest do pobrania wersja PDF powyższego atyukułu.

Opublikowane: 2006-01-10 (19475 odsłon)

[ Wróć ]