Band pass filter

 

   Теории тут не будет, только вариант конструктивного исполнения и результаты работы. Всё как обычно - радиостанция с несколькими рабочими местами на разных диапазонах. Использование готовых наборов BPF было исключено сразу - дорого. Поэтому принято решение - каждое рабочее место имеет свой комплект BPF. Именно комплект, а не один фильтр из набора. Этому простое объяснение - существенно упрощается коммутация вход-выход между рабочими местами, улучшается ВЧ-развязка межу рабочими местами. Модульное и идентичное исполнение обеспечивают более простую замену и ремонт.

  Управление переключением нужных реле сделано через восьмиканальную ULN2803A, что просо и надёжно. Поэтому потребуются обе ножки обмотки реле для управления. На одной ноге всегда +12, на другую уже подаётся минус в зависимости от диапазона.

 Конструктивно BPF выполнен в корпусе 19 дюймов шириной и занимает 2 юнита. В корпусе помещается 3 комплекта для 3 рабочих мест. Управление BPF в автоматическом режиме через Ethernet и контроллер на Arduino внутри. В ручном режиме - кнопками на передней панели (up + down). Отображение рабочего диапазона и режима на ЖК-экране передней панели.

  Изначально в конструкции были использованы кольца, указанные в первоисточнике (см.ссылку на статью в конце материала). Но трезвый разум вынудил применить колечки несколько большего диаметра, так как мощность они должны всё таки держать 100 ватт гарантировано и без нагрева. Поэтому с Т50 пришлось поставить Т80, купленные у китайских товарищей. Забегая вперед, скажу - брать можно. Что не скажешь про китайские керамические конденсаторы на напряжение 1-2-3 кВ. Они очень плохо работают на ВЧ (уже заметно после 10 МГц). Полученные АЧХ имели не лучшие характеристики, затухание в полосе пропускания было от 4 до 10 дБ. Что не приемлемо. Попытка перейти хотя бы для настройки на SMD тоже не принесла ожидаемого результата. Даже с типом диэлектрика NPO, да и возни много с SMD при настройке и подборе. Решение пало на горсть древних КСО-2 с рабочим напряжением 500 В. Что и следовало ожидать, всё сразу стало на свои места. Лишь ёмкости 10-15 Пф, остались китайскими.

  Фильтры были собраны на макетной плате. Измерения проводились с помощью NanoVNA. Результаты даны ниже. Схема скорректирована с учётом полученных значений конденсаторов. Индуктивность на схеме указана из первоисточника. Она явно будет незначительно отличаться. Для финальной настройки иногда достаточно раздвинуть или сдвинуть обмотки на колечке. Оптимальный результат получался при полном заполнении кольца проводом, а не намотка в определенном небольшом секторе.

  Финальные намоточные данные будут скорректированы, так как есть смысл с более тонкого обмоточного провода перейти на более толстый (нет в наличии) для увеличения добротности.

Конструкция полосового фильтра взята из William E. Sabin, W0IYH, “Narrow Band-Pass Filters for HF,” журнал QEX, страницы 13-17, SEPT/OCT, 2000 г.

 

BPF-160 m

 

L1 и L2 намотаны на кольце Т80-2, красного цвета, 20,5 мм диаметром. 53 витка. Провод диаметром 0,55 мм. Длина провода 130 см. Заполнение кольца в секторе 330 градусов.

Полученная резонансная частота - 1,866 МГц.

Полученная добротность - 4,13.

Полоса пропускания (-3дБ) - 451 кГц.

 

BPF-80 m

L1 и L2 намотаны на кольце Т80-2, красного цвета, 20,5 мм диаметром. 31 виток. Провод диаметром 0,55 мм. Длина провода 65 см. Заполнение кольца в секторе 330 градусов.

Полученная резонансная частота - 3,534 МГц.

Полученная добротность - 3,93.

Полоса пропускания (-3дБ) - 900 кГц.

 

BPF-40 m

L1 и L2 намотаны на кольцах Т80-6, желтого цвета, 20,5 мм диаметром. 21 виток. Провод диаметром 0,9 мм. Длина провода 50 см. Заполнение кольца в секторе 300 градусов. Кольца будут заменены на другие, большего диаметра.

Полученная резонансная частота - 7,040 МГц.

Полученная добротность - 9,69.

Полоса пропускания (-3дБ) - 958 кГц.

 

BPF-20 m

L1 и L2 намотаны на кольце Т80-6, жёлтого цвета, 20,5 мм диаметром. 9 витков. Провод диаметром 0,9 мм. Длина провода 21 см. Заполнение кольца в секторе 330 градусов.

Полученная резонансная частота - 14,117 МГц.

Полученная добротность - 12,37.

Полоса пропускания (-3дБ) - 1,528 МГц.

 

BPF-15 m

L1 и L2 намотаны на кольце Т80-6, жёлтого цвета, 20,5 мм диаметром. 8 витков. Провод диаметром 0,64 мм. Длина провода 22 см. Заполнение кольца в секторе 330 градусов.

Полученная резонансная частота - 21,006 МГц.

Полученная добротность - 13,2.

Полоса пропускания (-3дБ) - 1,577 МГц.

 

BPF-10 m

L1 и L2 намотаны на кольце Т80-6, жёлтого цвета, 20,5 мм диаметром. 6 витков. Провод диаметром 0,64 мм. Длина провода 20 см. Заполнение кольца в секторе 240 градусов.

Полученная резонансная частота - 28,560 МГц.

Полученная добротность - 8,65.

Полоса пропускания (-3дБ) - 4,26 МГц.

 

BPF-XXX

Это свободная ячейка в конструкции. При необходимости может быть установлен фильтр на другой диапазон, например на WARC или на 50 МГц.

Bypass

Работает в режиме "обход". Используется при необходимости диагностики исправности любого диапазонного фильтра или же при работе в эфире на WARC диапазоне.

Подавление на соседних диапазонах

Таблица будет готова после финального измерения с учетом ёмкостей монтажа и контактов реле. Фактически, уже после полного изготовления конструкции. Но оценить можно по текущим графикам, там эта развязка видна в дБ.

Реле коммутации

Для коммутации я применил недорогие реле HK4100F-DC12V-SHG. Они позволяют коммутировать токи до 3 А. Первоначально было желание установить качественные SMD реле IM06 от Axicom. Они даже были закуплены. Но возникли всё-таки сомнения по использованию в цепях коммутации ВЧ на 100 W. Поэтому и установлены более мощные. Ток потребления у одной не более 15 мА, значит ключи коммутации ULN2803A выдержат ток двух реле, около 30 мА.

Проверка в рабочей схеме не выявила никаких паразитных емкостей и какого-либо влияния на АЧХ фильтров. Из их минусов можно назвать лишь не очень удобное расположение выводов обмотки (между группой коммутации), что усложняем печатную плату.

Печатные платы

Фильтры собраны на печатных планах. Как обычно, они нарисованы в Sprint Layout и изготовлены в PCBWay. Самый простой и дешевый вариант - это иметь три типа печатных плат. Первый - это диапазоны 160-80-40, второй - диапазоны 20-15-10 и третий тип - это обход, две пустых ячейки для установки первого или второго типа. Таким образом, имеем три платы размером 10х10 см.

Файлы в формате Sprint Layout я выкладываю. При необходимости повторить - можно воспользоваться. Если будут иные версии, они тут появятся несколько позже.

Файлы (герберы), которые я отправлял на PCBWay тоже делаю доступными для простоты повторения конструкции.


К сожалению версия сайта у меня free, поэтому нет возможности выкладывать даже архив тут. Поэтому воспользуемся Googe-Disk. Если файлы станут не доступны, сообщите мне пожалуйста, я исправлю доступ к ним.

Фото готовых плат после получения от производителя PCBWay. Три платы - это один комплект BPF.

Эти BPF (только для RX) на все диапазоны изготовлены были AD5GH, ссылка на его статью. Ниже представлены фото их исполнения.

rf-band-pass-filter-board.pdf
Adobe Acrobat Document 269.6 KB