Друзья, привет!
Последний фильтр моего простого CW-трансивера с возможностью приема SSB, это фильтр выходного каскада передатчика. Вообще, фильтрам я уделяю особое значение неспроста. Выжать сколь-нибудь приличные параметры из простой конструкции можно лишь путем тщательной настройки. Тут действует известное правило - чем проще конструкция, тем сложнее настройка. Поэтому так много исследовательской работы с отдельными компонентами.
Ранее я уже рассказывал о диапазонном полосовом фильтре и фильтре телеграфных сигналов. Именно их я использую в схемотехнике своего трансивера. Сегодня рассказ пойдет о выходном фильтре передатчика, благодаря которому будет получен чистый, аккуратный и достаточно мощный (хоть и QRP) сигнал.
Общие соображения
Выходной фильтр передатчика решает две основных задачи:
- Согласовать выходное сопротивление усилителя мощности и входное сопротивление антенны;
- Подавить побочное излучения передатчика (гармоники сигнала).
В конструкции zotos, которую я взял за основу своего проекта (ссылка ведет на ветку с обсуждением синтезатора, трансивер с 24-й страницы), выходной каскад передатчика выглядит так (оставил только существенные элементы).
Выходной фильтр, который нас интересует выполнен на двух конденсаторах 510 и 420 пФ и дросселе 1 мкГн. Как элемент согласования он обеспечивает отдачу в антенну до 3 Ватт мощности при мощности, рассеиваемой на транзисторе около 0,8 Ватт. Как элемент фильтрации он обеспечивает подавление гармоник практически прямоугольного сигнала, поскольку транзистор работает в ключевом режиме. И вот в этом качестве его характеристики мне не очень понравились. Вот что пишет автор.
Вторая гармоника сигнала передатчика давится на 15дБ, т.е. до уровня 0,1Вт.
Мне показалось, что этот уровень подавления недостаточен. Хотя, если предположить, что сигнал имеет идеальную прямоугольную форму, то сам по себе уровень его 2-й гармоники будет незначительным. Гораздо выше будет уровень 3-й гармоники, которая, если грубо проинтерполировать, будет задушена до 30 дБ. Опыта построения передатчиков у меня нет, но все же я решил, что если делать, то делать хорошо и не мешать соседям слушать радио. Поэтому попробуем-ка мы применить фильтр более высокого порядка.
Теперь к вопросу согласования. Автору удалось поднять мощность передатчика до 3-х Ватт с использованием 1-Ваттного транзистора. Это тоже заслуга фильтра, который осуществляет трансформацию сопротивлений. При этом предполагается, что выходное сопротивление транзисторного каскада составляет 25 Ом, а сопротивление антенны - 50...75 Ом. Косвенное подтверждение этих оценок я нашел в более ранней схеме того же автора (многократно им отработанной). Вот как она выглядела.
От каскада предварительного усиления автор отказался, поскольку мощности синтезатора частоты хватило для раскачки КТ646 непосредственно. И цитата:
34Vp-p=12Vrms=3W легко получаются с помощью одного КТ646. При этом на нем рассеивается 0,8W - штатный режим.
То есть размах сигнала в антенне 34 Вольта, соответствующий 12 Вольтам действующего значения, что дает 3 Ватта в нагрузке (12*12/50). Здесь наиболее интересным является значение выходного сопротивление каскада - 25 Ом. Буду использовать его как референсное при расчетах, тем более, что оно подкрепляется практическим опытом. Хотя, по-правде, при теоретических расчетах у меня такого сопротивления не получалось. Выходило от 40 до 70 Ом. Полагаю, что существенного изменения сопротивления при переходе от частоты 7 МГц (базовый вариант трансивера) к 14-ти не произойдет, поскольку емкостями переходов транзистора на этих частотах все еще можно пренебречь.
Проектируем и изготавливаем фильтр
Итак, я решил увеличить порядок фильтра с 3-го до 5-го. базовый расчет был произведен при помощи калькулятора на сайте markimicrowave.com.
Форму АЧХ выбрал Чебышевскую и подобрал частоту среза так, чтобы подъем АЧХ пришелся на нужный участок диапазона 14...14,3 МГц. Входное сопротивление установлено на 50 Ом (вначале решил спроектировать по своим оценкам). Если проектировать от 25-Омного сопротивления значения индуктивностей становились совсем небольшими. Такие сложнее настраивать. Поэтому попробую обойтись подстройкой емкостей.
Индуктивности я хотел было намотать на тех-же колечках от Синтез-ПКЖ, на которых делал диапазонный полосовой фильтр, но в качестве эксперимента решил попробовать использовать кольца из высокочастотного феррита. Материал этот менее термостабилен (это для ФНЧ не так важно), но обладает большей магнитной проницаемостью, а значит меньше витков мотать. Да и продается он в Чип-Дипе свободно. В результате получились вот такие колечки.
Катушки содержат по 8 витков провода диаметром 0,4 мм. Острые края подточил бормашинкой с алмазной фрезой. Можно и шкуркой. Обмотки получились немного разными, но индуктивности очень близки - около 600 нГн. Измерял при помощи NanoVNA. Под эти индуктивности провел моделирование в RFSim. Получилась следующая характеристика.
Тут уже все с учетом сопротивлений.
Макетирование на отдельной плате я не проводил. Поскольку общая схемотехника уже определена. Сразу изготовил печатную плату для трансивера и экспериментировал на ней. Подробнее про схемотехнику и особенности изготовления я еще расскажу. И чертежами поделюсь. Пока получилось так.
Конденсаторы SMD. Иногда приходится напаивать параллельно этажеркой, если подходящего номинала нет. Средний так и сделан.
Результат оценки характеристик при помощи NanoVNA.
При 50 Омах на входе и выходе потери на основной частоте составили около 1 дБ. Затухание 3-й гармоники составило 52 дБ по напряжению или более 100 дБ по мощности. Вторая, более слабая гармоника задавлена примерно на 60 дБ. Соседи и не заметят!
Спасибо, что читаете-смотрите Terrabyte! Подписывайтесь, если вам интересна радиолюбительская тематика, микроконтроллеры, мини-ПК, необычные компьютерные решения и инновационные разработки! Спасибо всем, кто поддерживает меня своими советами, комментариями и лайками!
Группа ВК: https://vk.com/terrabyte
Канал на VK-Video: https://vk.com/video/@terrabyte/all
Интересные и полезные радио-самоделки: