Кварцевые полосовые фильтры, часть 3

10 февраля 2021

Метод изготовления кварцевых фильтров на 9 МГц, использованный нами в прошлый раз, работает неплохо. Но он имеет свои недостатки. Во-первых, ПЧ зафиксирована на 9 МГц. Может быть проблемой найти хорошие кварцы на эту частоту. Во-вторых, телеграфные фильтры оказались немного капризными. Фильтр «CW3» имел высокие вносимые потери и КСВ, и сделать его удалось не с первого раза. Фильтр «CW5» вовсе не получился. В связи с этим было решено опробовать еще один метод.

Воспользуемся следующей схемой:

Схема полосовых фильтров для SSB и CW на кварцах 11-12 МГц

В верхней части у нас фильтр для SSB, в нижней — для CW. С указанными номиналами конденсаторов схема будет работать с кварцами на 11.0592 МГц или 12 МГц. Пакетик со 100 кварцами на одну из этих частот стоит 5-6$ на eBay вместе с доставкой. Предположительно схема должна работать с кварцами и на другие частоты из интервала 11-12 МГц.

CW-фильтр аналогичен тому, что мы делали ранее. Фильтр примечателен лишь емкостью конденсаторов, которая неплохо работает для кварцев на разные частоты. При этом обеспечивается полоса менее 500 Гц и импеданс фильтра около 50 Ом. Могут быть использованы конденсаторы большей емкости, до 470 пФ. При этом полоса фильтра сужается, но также увеличиваются и вносимые потери.

Фильтр для SSB выглядит интереснее. Такая топология мне впервые встретилась в схеме uBITX. Расследование показало, что топология называется QER filter, где QER расшифровывается как Quasi-EquiRipple. Судя по обрывкам информации, что удалось собрать, схему придумал Dr. Dave Gordon-Smith, G3UUR. Это тот же G3UUR, который придумал метод G3UUR измерения кварцевых резонаторов. Топология была описана в статье «Further Thoughts on Crystal Ladder Filter Design», которая вошла в выпуск журнала The QRP Quarterly за весну 2010 года.

Увы, найти данную статью не удалось. Но кое-какие сведения о QER-фильтрах были найдены «The ARRL Handbook» издания 2011-го года. Характерно, что в современных изданиях QER-фильтры уже не упоминаются. Фильтр работает как фильтр из шести последовательно соединенных кварцевых резонаторов. Благодаря еще двум параллельно соединенным кварцам на входе и выходе обеспечивается более ровная АЧХ. Последовательных кварцев может быть больше шести, и они не обязаны быть на 11-12 МГц. LTspice подсказывает, что схема работает ничем не хуже с кварцами на 9 МГц, только емкость конденсаторов нужно увеличить до 120 пФ. Фильтр при этом сохраняет форму АЧХ и импеданс около 200 Ом. Увеличивая емкость конденсаторов, можно сузить полосу фильтра. Но при этом возрастают вносимые потери.

Fun fact! Из статей Измеряем параметры кварцевых резонаторов и Генератор переменной частоты Super VXO нам известно, что два параллельно соединенных кварцевых резонатора работают эквивалентно одному кварцу меньшей добротности.

Приведенная схема была опробована с кварцами как на 11.0592 МГц, так и на 12 МГц. Первые были куплены на eBay и оказались довольно неплохи:

C0 = 3 pF
Lm = 20.437 mH
Cm = 10.139 fF
Rm = 14.2 Ohm
Q = 100_000

Кварцы на 12 МГц у меня уже были. Напомню их параметры:

C0 = 2.5 pF
Lm = 18.183 mH
Cm = 9.678 fF
Rm = 11.3 Ohm
Q = 120_000

Фильтры с кварцами на 11.0592 МГц получились такими:

Фильтры для телеграфа и SSB с кварцами на 11.0592 МГц

АХЧ и возвратные потери SSB-фильтра:

АЧХ и возвратные потери SSB-фильтра с кварцами на 11.0592 МГц

То же самое для телеграфного фильтра:

АЧХ и возвратные потери CW-фильтра с кварцами на 11.0592 МГц

А такими вышли фильтры с кварцами на 12 МГц:

Фильтры для CW и SSB с кварцами на 12 МГц

АХЧ и возвратные потери SSB-фильтра:

АЧХ и возвратные потери SSB-фильтра с кварцами на 12 МГц

… и CW-фильтра:

АЧХ и возвратные потери телеграфного фильтра с кварцами на 12 МГц

Те же результаты в виде таблицы:

      Filter   Ins.Loss [dB]   Bandwidth [Hz]     SWR
 SSB-11.0592             3.7             2030    1.0+
  CW-11.0592             6.2              470    1.5+
 SSB-12.0000             2.2             2130    1.1+
  CW-12.0000             4.7              450    1.1+

Качественно фильтры аналогичны тем, что ранее были сделали с кварцами на 9 МГц. Только теперь мы не завязаны на конкретную ПЧ. Все фильтры получились с первого раза. Также выяснилось, что приведенные схемы неплохо работают даже со случайными (не подобранными) кварцами. Таким образом, метод лишен проблем, озвученных в начале статьи.

Метки: , , .