Записки программиста

Недавно мы рассмотрели схему полосового фильтра на радиолюбительский диапазон 2 метра, 144-146 МГц. Сообщалось, что бывают еще фильтры на спиральных резонаторах, но они громоздки и сложны в повторении. А вдруг все не так плохо, или помимо недостатков имеются и преимущества? Вот и проверим.

Для расчета фильтров на спиральных резонаторах есть онлайн-калькуляторы, например, на сайте Coil32. Однако я решил повторить уже рассчитанный фильтр из книги Владимира Полякова, RA3AAE «Радиолюбителям о технике прямого преобразования»:

Цитата из книги:

На рис. 51 показана конструкция двухрезонаторного полосового фильтра диапазона 144 МГц, рассчитанного на включение в 75-омную фидерную линию. Резонаторы смонтированы в прямоугольных экранах размерами 25x25x50 мм, спаянных из листовой меди, латуни или пластинок двустороннего фольгированного стеклотекстолита. Внутренняя перегородка имеет отверстие связи размером 6x12,5 мм. На одной из торцевых стенок закреплены воздушные подстроечные конденсаторы, роторы которых соединены с экраном. Катушки резонатора бескаркасные. Они выполнены из посеребренного провода диаметром 1,5…2 мм и имеют по 6 витков диаметром 15 мм, равномерно растянутых на длину около 35 мм. Один вывод катушки припаивается к статору подстроечного конденсатора, другой — к экрану. Отводы ко входу и выходу фильтра сделаны от 0,5 витка каждой катушки. Полоса пропускания настроенного фильтра немногим более 2 МГц, вносимые потери исчисляются десятыми долями децибела.

Я бы предпочел 50Ω-ый фильтр. Однако небольшое рассогласование не должно быть проблемой. Номиналы C1 и C2 не указаны. Но вспоминаем, что фильтр на спиральных резонаторах является лишь частным случаем двухконтурного ДПФ. Приходим к пониманию, что емкость C1 и C2 измеряется единицами пФ.

В моем исполнении фильтр получился таким:

Перегородки сделаны из листовой меди толщиной 0.5 мм. Она легко режется обычными ножницами для бумаги. Посеребренного провода не нашлось, поэтому катушки выполненны из обычного медного провода диаметром 2 мм.

Подстроечные конденсаторы самодельные. Каждый представляет собой пару дисков диаметром около 20 мм, вырезанных из той же меди. Расстояние между дисками регулируется при помощи винтов M3, как показано на фото.

Удалось получить следующую АЧХ:

Полоса по уровню -3 dB соответствует заявленной, чуть больше 2 МГц. Вносимые потери в моем экземпляре далеки от «десятых долей децибела». Тем не менее, для полосового фильтра, особенно такого узкополосного, результат приемлемый.

Вот его АЧХ (желтый трейс) в сравнении с АЧХ предыдущего фильтра:

Фильтр сложен в изготовлении. Медь является отличным теплоотводом, поэтому паять ее непросто. В процессе пайки весь фильтр нагревается целиком. Нужно думать, как его держать, чтобы не обжечься. Пока вы паяете один из углов, что-то может отпаяться в противоположном углу.

Также фильтр сложен в настройке. Просто держа его в руках, можно сдавить одну из перегородок, и это скажется на АЧХ. В то же время, это еще одна степень свободы, которую можно и нужно использовать при настройке. Винты и гайки M3 не обеспечивают надежного электрического контакта, когда контргайка не затянута (см фото). Проблему можно митигировать, надев на винты пружины. Однако у меня не нашлось подходящих пружин, поэтому пришлось обходиться без них. Наконец, конструкция чувствительна к всевозможным паразитным эффектам, в том числе паразитной емкости от рук человека. Настроить фильтр должным образом заняло у меня не один час.

Выяснилось, что фильтр чувствителен к вибрациям. Если постучать рядом с ним по столу, вибрации передаются в катушки индуктивности, и это сказывается на АЧХ. Если вы хотите сделать трансивер с таким фильтром, то необходим виброизолятор. Либо нужно фиксировать катушки, но это снизит их добротность.

Еще одна проблема заключается в том, что медь со временем окисляется. Наверняка это скажется на свойствах фильтра в долгосрочной перспективе.

Субъективно, конструкция не является практичной. Можно рекомендовать ее, как упражнение по художественной пайке. Но сомневаюсь, что когда-нибудь воспользуюсь данным фильтром по прямому назначению.

Дополнение: Фильтр на спиральных резонаторах, версия 2.0

Метки: Электроника.