UR5FFR

Радиолюбительские конструкции и программы
It is currently 31 May 2020, 15:06

All times are UTC + 2 hours




Post new topic Reply to topic  [ 16 posts ]  Go to page 1, 2  Next
Author Message
PostPosted: 16 Jan 2019, 23:35 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Есть такая топология полосовых фильтров

Attachment:
2019-01-17 at 00-14-25.png
2019-01-17 at 00-14-25.png [ 3.75 KiB | Viewed 7870 times ]


На практике применяется сравнительно редко, хотя на мой взгляд имеет некоторые премущества. Пример такого фильтра для диапазона 80м

Attachment:
2019-01-17 at 00-19-46.png
2019-01-17 at 00-19-46.png [ 96.22 KiB | Viewed 7869 times ]


Легким движением руки (с) этот фильтр превращается в эллиптический. Для этого надо дабавить два конденсатора параллельно катушкам

Attachment:
2019-01-17 at 00-20-12.png
2019-01-17 at 00-20-12.png [ 98.59 KiB | Viewed 7869 times ]


По графику АЧХ видно что подавление зеркального канала ощутимо выросло. Важным моментом является то, что катушка индуктивности всегда имеет некоторую паразитную емкость, которая в даной топологии фильтра улучшает подавление в полосе задержания.

Я не смог найти методики рассчета этих фильтров. Есть картинка с формулами от ARRL, но они неверные. Поэтому пришлось изобретать :) В атаче эксель-калькулятор для рассчета фильтров. Исходные значения надо вводить в ячейки желтого цвета


Attachments:
UR5FFR BPF calc.16.03.2020.xlsx.zip [50.08 KiB]
Downloaded 279 times
Top
 Profile  
 
PostPosted: 17 Jan 2019, 00:42 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Фильтры можно каскадировать для улучшения подавления за полосой пропускания. При этом фильтр будет содержать меньше элементов за счет объеденения их в центральном звене. На схеме ниже прототип для диапазона 14MHz

Attachment:
2019-01-17 at 01-36-08.png
2019-01-17 at 01-36-08.png [ 27.68 KiB | Viewed 7866 times ]


Результат соединения двух таких фильтров последовательно

Attachment:
2019-01-17 at 01-34-50.png
2019-01-17 at 01-34-50.png [ 23.19 KiB | Viewed 7866 times ]


Видно что в среднем звене катушка имеет удвоенную индуктивность, а конденсатор - в два раза меньшую емкость. В некоторых случаях применение различных номиналов индуктивности может быть невозможным или нежелательным. Фильтр работает и в случае если индуктивность в среднем звене будет равна остальным. При этом емкость будет несколько выше расчетной. Полоса такого фильтра получается больше

Attachment:
2019-01-17 at 01-33-56.png
2019-01-17 at 01-33-56.png [ 29.95 KiB | Viewed 7866 times ]


Top
 Profile  
 
PostPosted: 21 Jan 2019, 23:15 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Если мы посмотрим внимательно на конденсаторы в фильтре то очевидно что они образуют "звезду", которую легко преобразовать в "треугольник". Применяя известные соотношения получаем следующие схемы и формулы:

Attachment:
2019-01-22 at 00-06-30.png
2019-01-22 at 00-06-30.png [ 16.18 KiB | Viewed 7798 times ]


Такая транформация может быть интересна на ВЧ бендах для нивелирования влияния конструктивных емкостей монтажа.
На практике это выглядит следующим образом. Исходный T-образный фильтр для даипазона 80м

Attachment:
2019-01-22 at 00-11-04.png
2019-01-22 at 00-11-04.png [ 29.38 KiB | Viewed 7798 times ]


И его П-образный вариант с идентичной АЧХ

Attachment:
2019-01-22 at 00-12-52.png
2019-01-22 at 00-12-52.png [ 27.35 KiB | Viewed 7798 times ]


Обновил экселевский калькулятор для рассчета П-образной конфигурации


Top
 Profile  
 
PostPosted: 21 Jan 2019, 23:29 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
П-образную конфигурацию можно так же каскадировать, при этом индуктивность средней катушки увеличивается в два раза

Attachment:
2019-01-22 at 00-27-41.png
2019-01-22 at 00-27-41.png [ 29.8 KiB | Viewed 7798 times ]


Top
 Profile  
 
PostPosted: 03 Mar 2019, 02:22 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Практическая реализация вносит свои коррективы. Ниже приведены АЧХ фильтра 20ти метрового диапазона (частота 14МГц). Фильтр предназначен для использования в тракте с ПЧ 9МГц. Соответственно зеркальный канал расположен на частоте 32МГц. Имеет смысл рассчитывать фильтр исходя из критерия максимального подавления зеркального канала.

Индуктивности были намотаны на кольцах T50-6 (настоящий амидон с америки, не китай). Вначале фильтр с индуктивносями 2uH и 3uH был собран на макетке - АЧХ красной линией. После перенесения на печатную плату (зеленая линия) видно что частота бесконечного подавления сместилась с 31.7МГц до 35МГц. Тому виной конструктивные емкости макетки и печатной платы. При этом полоса пропускания не изменилась.

Видно, что фильтр получился достаточно "широким" - полоса по уровню 3дб составляет 3.5МГц. Чтобы его "заузить" были увеличены индуктивности до 3.6uH. Измеренная АЧХ - синяя линия. Видно что помимо сужения полосы пропускания улучшилось подавление в ближней зоне примерно на 10дб, но частота бесконечного подавления сместилась и стала равна 26МГц, что меньше чем частота зеркального канала.

Attachment:
20m mix.jpg
20m mix.jpg [ 250.23 KiB | Viewed 7483 times ]


Дальнейшее увеличение индуктивности приводит к еще большему заужению полосы пропускания и уменьшению частоты бесконечного подавления. Ниже приведена АЧХ трехзвенного фильтра с индуктивностями 6.8uH (стандартный дроссель) - черная линия. Видно что частота бесконечного подавления уменьшилась до 23МГц

Attachment:
20m 2.jpg
20m 2.jpg [ 376.9 KiB | Viewed 7483 times ]


Top
 Profile  
 
PostPosted: 16 Mar 2020, 00:36 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Топология, описанная в первом посте однозначно определяет значения элементов фильтра (емкости/индуктивности) и при попытке построения узкополосных фильтров мы будем получать достаточно большие значения для индуктивности, что не всегда приемлемо на практике. Чтобы уменьшить индуктивности фильтр необходимо рассчитывать для более низкого импеданса, а на концах делать трансформацию сопротивлений в требуемое. Пришлось основательно разобраться с математикой, но оно того стоило. В атаче экселовские таблицы с рассчетом фильтров по следующим схемам

Attachment:
2020-03-15 at 13-32-40.png
2020-03-15 at 13-32-40.png [ 14.16 KiB | Viewed 4552 times ]


При этом возможен вариант когда крайние конденсаторы отсутствуют.

Attachment:
2020-03-16 at 00-33-35.png
2020-03-16 at 00-33-35.png [ 7.79 KiB | Viewed 4552 times ]


Так же добавлен рассчет для трехзвенных фильтров

Attachment:
2020-03-16 at 00-56-58.png
2020-03-16 at 00-56-58.png [ 7.6 KiB | Viewed 4552 times ]


Attachment:
2020-03-16 at 01-05-47.png
2020-03-16 at 01-05-47.png [ 8.78 KiB | Viewed 4552 times ]


Во всех фильтрах используются индуктивности одинакового номинала. Есть варианты рассчета по заданной полосе пропускания и/или индуктивности катушки.
Все рассчеты переписаны и результаты проверены в симуляторе. Используются коэффициенты апроксимации Баттерворта

Литература
1. CRC Handbook of Electrical Filters
2. Series/Parallel RC Network Conversion Calculator


Attachments:
UR5FFR BPF calc.16.03.2020.xlsx.zip [50.08 KiB]
Downloaded 381 times
Top
 Profile  
 
PostPosted: 19 Mar 2020, 19:47 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Справа АЧХ рассчитанного фильтра с центральной частотой 11.45МГц и полосой 1МГц, слева измеренная АЧХ. Слева от полосы пропускания подавление соответствует рассчетному с погрешностью в пару дб. Справа подавление лучще, например на частоте 18.8МГц реальный фильтр имеет -52дб, а расчет -45дб. Связано это с небольшими собственными емкостями индуктивностей которые добавляют полюса бесконечного затухания справа от полосы пропускания и увеличивают подавление

Измерения проводились с помощью PicoNWT -несмотря на его простоту до -60дб АЧХ отображается вполне уверенно

Attachment:
2020-03-19 at 19-52-54.png
2020-03-19 at 19-52-54.png [ 3.34 KiB | Viewed 4418 times ]


Attachment:
2020-03-19 at 19-43-10.png
2020-03-19 at 19-43-10.png [ 80.33 KiB | Viewed 4419 times ]


Top
 Profile  
 
PostPosted: 20 Mar 2020, 10:38 
Offline

Joined: 20 Mar 2020, 10:33
Posts: 7
Позывной: ra0ahc
Хочу ваши Т образные повторить. Сегодня если успею свояю эксперимент.... два кольца рядом друг с другом...интересно сильно повлияет на параметры?


Top
 Profile  
 
PostPosted: 20 Mar 2020, 11:28 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 593
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Главное чтоб не совсем вплотную и кольца можно перпендикулярно другу другу чередовать


Top
 Profile  
 
PostPosted: 20 Mar 2020, 16:06 
Offline

Joined: 20 Mar 2020, 10:33
Posts: 7
Позывной: ra0ahc
да, я понимаю, но смысл именно рядом. возможно прокладку латунь между ними. Уже печатаю на 3д принтере кольца.


Top
 Profile  
 
Display posts from previous:  Sort by  
Post new topic Reply to topic  [ 16 posts ]  Go to page 1, 2  Next

All times are UTC + 2 hours


Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 5 guests


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Search for:
Jump to:  
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group