Простой диплексер по схеме bandpass-bandstop

28 сентября 2020

Как мы выяснили в рамках статьи о диодном кольцевом смесителе, выход диодного смесителя богат нежелательными сигналами. Притом, мы не можем избавиться от них при помощи обычных фильтров. Фильтры отразят эти сигналы обратно в источник, что в случае со смесителем ничем хорошим не закончится. Поэтому необходимо использовать диплексер. Нам ничто не мешает сделать полноценный диплексер, но по возможности хотелось бы обойтись схемой попроще. Об одном из вариантов упрощенного диплексера далее и пойдет речь.

Соответствующая схема:

Схема bandpass-bandstop диплексера

В книге Experimental Methods in RF Design это называется bandpass-bandstop diplexer. Диплексер приводится между делом, чуть ли не как сноска. Но схема показалась мне интересной, и было решено изучить ее повнимательнее.

Бывалые радиолюбители, конечно же, вмиг узнают полосно-пропускающий фильтр в верхней части схемы и полосно-подавляющий в нижней (он же трап). L и C были взяты мной с потолка на резонансную частоту 7 МГц:

>>> from math import pi, sqrt
>>> C = 470/1000/1000/1000/1000
>>> L = 1.1/1000/1000
>>> 1/(2*pi*sqrt(L*C))
6999626.393813315

На этой частоте верхний контур работает как КЗ, а нижний — размыкает цепь. В итоге весь сигнал уходит на R1. Чем дальше от резонансной частоты, тем больше ситуация меняется на противоположную, и все большая часть сигнала уходит на резистор R2.

Характерно, что о согласовании импеданса беспокоиться не приходится. Источник будет видеть импеданс нагрузки, каким бы он ни был.

LTspice предсказывает следующие АЧХ:

АЧХ простого диплексера, рассчитанная в LTspice

Здесь красным цветом изображена АЧХ одного диплексера, зеленым — двух последовательно соединенных диплексеров, а пурпурным — трех. На частоте 21 МГц видим -9 дБ, -18 дБ и -27 дБ соответственно. Таким образом, всегда можно добиться требуемой аттенюации.

Давайте проверим, так ли все работает на самом деле:

Простой самодельный диплексер

Катушки были намотаны медной проволокой без изоляции диаметром 1 мм на каркасе 20 мм. Калькулятор Coil64 подсказал, что понадобится около 8 витков. Измеренная индуктивность получилось чуть меньше требуемой, около 1.05 мкГн, но это не страшно.

Катушки я расположил перпендикулярно для минимизации взаимоиндукции. Экранирующая перегородка, которую вы видите на фото, как выяснилось, особо ни на что не влияет. Она была добавлена уже после всех измерений в качестве эксперимента.

Анализатор спектра согласен с LTspice с поправкой на тот факт, что резонансная частота контуров попала чуть выше 7 МГц:

Анализ простого диплексера при помощи DSA815-TG

Антенный анализатор EU1KY говорит, что КСВ в порядке:

КСВ простого диплексера

То есть, нежелательные сигналы будут гаситься на R2 вместо того, чтобы отражаться в источник. Само собой разумеется, R2 должен иметь низкую паразитную индуктивность.

Вот такая простая, но полезная схема.

Метки: , , .