Поскольку вход у нас низкоомный и должен быть согласован с 50-омным волновым сопротивлением коаксиального кабеля, выбор пал на схему усилителя с общей базой на транзисторе Т1, обладающую на высоких частотах известными преимуществами перед схемой с общим эмиттером.
Переменный резистор R2 позволяет выставить желаемый коэффициент передачи ДПФов в пределах 0 — 6 дБ. Входное сопротивление устройства при этом составляет величину 53-65 Ом, в зависимости от положения регулятора, что для приёмной аппаратуры находится во вполне допустимом диапазоне.
Приемлемые динамические характеристики входного усилителя достигаются 3-мя инструментами:
1. достаточно высоким током покоя транзистора Т1;
2. введением катушки (дросселя) L1 для притягивания напряжения коллектора Т1 к нулевой точке;
3. уходом от традиционных 50-омных характеристических сопротивлений фильтров в пользу более высоких значений, что позволяет транзистору работать на более высокоомную нагрузку, что в свою очередь определяет и лучшие динамические показатели.
Выходное сопротивление первого каскада определяется номиналом резистора R7 и составляет 470 Ом. Исходя из этой величины, и следует рассчитывать характеристические сопротивления полосовых фильтров.
Уход от 50-омной схемотехники позволяет, помимо всего прочего, и снизить требования к параметрам катушек, входящих в состав фильтров, и обратить свой взор в сторону маленьких китайских дроссельков.
Выходному каскаду живётся, с одной стороны легче, чем входному, ведь на его вход поступает уже отфильтрованный сигнал и, соответственно, меньшей амплитуды, но с другой стороны работает он на 50-омную нагрузку, и простым увеличением тока покоя транзистора не удастся обеспечить приемлемого значения ДД (вернее удастся, но значение этого тока составит неприличную величину). Именно поэтому, в качестве выходного и был выбран двухтактный каскад на комплементарных транзисторах.
Расчёт полосовых фильтров будем производить с помощью таблицы ссылка на таблицу.
Глядя на схему, закрадываются смутные сомнения в необходимости дросселя L1, ведь с функцией подтягивания коллекторного напряжения Т1 к нулевой точке прекрасно должны справиться катушки, входящие в состав фильтра.
Правильно закрадываются! Отлично справятся, поэтому, если не будут раздражать щелчки во время переключения диапазонов — смело выкидывайте.
В качестве переключателя диапазонов вполне можно использовать и механические устройства, и диоды шоттки, и электронные ключи, но куда правильнее для этих целей будет задействовать радиочастотные реле, с замыканием незадействованных фильтров на землю.
Приведём результаты расчётов.
| Диапазон (МГц) | L2 (мкГн) | L3 (мкГн) | L4 (мкГн) | С5 (пФ) | С6 (пФ) | С7 (пФ) |
| 1,70 — 2,50 | 10,5 | 107 | 10,5 | 569 | 56 | 569 |
| 2,50 — 3,70 | 7,2 | 71 | 7,2 | 380 | 38,5 | 380 |
| 3,70 — 5,60 | 5,1 | 45 | 5,1 | 240 | 27,2 | 240 |
| 5,60 — 8,10 | 3 | 34 | 3 | 182 | 16,3 | 182 |
| 8,10 — 12,1 | 2,3 | 21,3 | 2,3 | 114 | 12,1 | 114 |
| 12,1 — 18,2 | 1,54 | 14 | 1,54 | 75 | 8,2 | 75 |
| 18,2 — 30,0 | 1,2 | 7,2 | 1,2 | 39 | 6,4 | 39 |
Представленные диапазонные фильтры полностью перекрывают КВ диапазон, обеспечивают неравномерность АЧХ внутри диапазона не более 0,5 дБ и крутизну спада вне полосы пропускания — 43 дБ/октаву.
Теперь, что касается владельцев SDR-ов и приёмников прямого преобразования. Для них важен параметр подавления паразитных каналов приёма на нечётных гармониках. Приведу эти цифры для SSB радиолюбительских диапазонов.
| Диапазон | Подавление приёма на 3-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 40-метровый | 53 | 68 | 78 |
| 30-метровый | 50 | 65 | 74 |
| 20-метровый | 47 | 63 | 72 |
| 15-метровый | 40 | 56 | 65 |
| 10-метровый | 50 | 65 | 74 |
С учётом того, что и сам смеситель обеспечивает меньший уровень передачи гармониковых сигналов децибел на 10-15, в принципе, получается приличное подавление.
Ну а для обладателей ключевых смесителей с динамическим диапазоном 110-115 дБ цифры эти могут показаться недостаточными — им подавай как минимум 80 дБ.
Ну и ничего страшного, даже количество катушек не придётся увеличивать, просто заменим полосовые фильтры на ФНЧ 7-го порядка. 
Рис.2
Расчёт фильтров нижних частот проведём с помощью другой таблицы ссылка на таблицу.
| Диапазон (МГц) | L2 (мкГн) | L3 (мкГн) | L4 (мкГн) | С5 (пФ) | С6, С6_1 (пФ) | С7 (пФ) |
| 1,70 — 2,50 | 37,6 | 40,2 | 37,6 | 235 | 357 | 235 |
| 2,50 — 3,70 | 25,4 | 27,2 | 25,4 | 159 | 241 | 159 |
| 3,70 — 5,60 | 16,8 | 18 | 16,8 | 105 | 160 | 105 |
| 5,60 — 8,10 | 11,6 | 12,4 | 11,6 | 73 | 110 | 73 |
| 8,10 — 12,1 | 7,8 | 8,3 | 7,8 | 49 | 74 | 49 |
| 12,1 — 18,2 | 5,2 | 5,5 | 5,2 | 32 | 49 | 32 |
| 18,2 — 30,0 | 3,1 | 3,4 | 3,1 | 20 | 30 | 20 |
| Диапазон | Подавление приёма на 3-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 5-й гармонике (дБ) |
Подавление приёма на 7-й гармонике (дБ) |
| 80-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 40-метровый | 89 | 121 | 142 |
| 30-метровый | 86 | 118 | 140 |
| 20-метровый | 83 | 115 | 136 |
| 15-метровый | 76 | 108 | 129 |
| 10-метровый | 86 | 118 | 140 |
Если и этого мало — прямая дорога к эллиптическим фильтрам Кауэра ссылка на таблицу.
Теперь, что касается элементов.
Если нет особого желания ковыряться с подстроечными конденсаторами и высокочастотным АЧХ-ометром, рекомендую обзавестись недорогим китайским измерителем емкостей и индуктивностей и подобрать номиналы элементов в фильтрах с точностью 3-5%. Параллельные и последовательные соединения никак не возбраняются.
К дросселю L1 следует отнестись с определённой долей уважения — его индуктивность должна значительно превышать индуктивности катушек L2, а собственная ёмкость быть значительно ниже значений конденсаторов С5.
Готовым дроссельком здесь не обойтись, поэтому намотать его придётся самостоятельно на низкочастотном тороидальном феррите М2000. Количество витков 10-15, рассчитывается в программе Coil32 в зависимости от размеров кольца.
Настройка схемы сводится к установке токов покоя транзисторов в пределах 15мА. Делается это подбором соответствующих резисторов — R6 и R11.
Если выходное напряжение в точке соединения R15 и R16 будет сильно отличаться от указанного на схеме — придётся поиграться номиналом резистора R10 или R13.
Диапазонные входные фильтры многие современные приемники и приемные тракты трансиверов, выполненные по схеме “с преобразованием наверх”, имеют относительно широкополосные входные цепи, заметно упрощающие их коммутацию при смене диапазонов. Между тем усложняющаяся каждый день помеховая обстановка в эфире требует улучшения селективности приемных трактов до того, как поступающие с антенны сигналы достигнут активных узлов (усилителей радиочастоты и смесителей).
Введение на входе такой аппаратуры дополнительных диапазонные входные фильтры может устранить помехи от радиостанций, частоты которых лежат вне пределов любительских диапазонов. Распространенные методики расчета подобных многорезонаторных фильтров (по заданной неравномерности в полосе пропускания) не позволяют минимизировать потери в полосе их пропускания. Однако, если эти потери будут заметными, это приведет к уменьшению чувствительности приемного тракта.
В 1959 г. Сеймур Коэн опубликовал статью в которой предложил методику расчета многорезонаторных фильтров с минимальными потерями на средней рабочей частоте фильтра при заданной добротности резонаторов и полосе пропускания. Эта методика достаточно широко применяется для расчета полосовых СВЧ фильтров, но она, разумеется, носит общий характер.
Используя эту методику, сконструировал полосовые четырехконтурные входные фильтры для приемника на все девять любительских КВ диапазонов. Схема фильтра для одного из диапазонов показана на рис. В нем использована простая в реализации емкостная связь между контурами. Входное и выходное сопротивления фильтра — 50 Ом. Настройка контуров катушек диапазонные входные фильтры на рабочие частоты осуществляется подстроечными конденсаторами. Данные конденсаторов и катушек для всех девяти КВ диапазонов и основные характеристики фильтров (полоса пропускания и вносимые потери) приведены в таблице.
В этой таблице N — это число витков контурных катушек; L — их индуктивность; С — суммарная емкость конденсаторов контуров (включая и емкость подстроечных конденсаторов, С1+С2 и т. д.); С’ — емкость конденсаторов связи (СЗ, С6, С9); Q—добротность катушек.
Катушки фильтра для обеспечения высокой добротности, что необходимо для уменьшения потерь в полосе пропускания, намотаны на кольцевых магнитопроводах. В конструкции были использованы магнитолроводы американской фирмы Amidon, изготовленные из карбонильного железа. В принципе, здесь можно применить и отечественные кольцевые магнитопроводы из феррита марок 20ВН и ЗОВН (20ВЧ и ЗОВЧ), соответственно уменьшив число витков катушек для получения необходимой индуктивности и число витков катушек связи.
Катушки диапазонов 80 и 160 метров намотаны на магнитопроводах Т-68-2 (внешний диаметр — 17,5 мм, начальная магнитная проницаемость — 10), диапазонов 20—40 метров — на магнитопроводах Т-68-6 (внешний диаметр — 17,5 мм, начальная магнитная проницаемость — 8), а остальных диапазонов—на магнитопроводах Т-50-10 (внешний диаметр — 12,7 мм, начальная магнитная проницаемость — 6). Катушки связи диапазона 160 метров имеют по 8 витков, диапазона 80 метров—по 5 витков, диапазона 10 метров — по 3 витка, а всех остальных диапазонов — по 2 витка. Катушки диапазона 160 метров намотаны проводом 0,25 мм в эмалевой изоляции, катушки диапазона 80 метров—проводом диаметром 0,35 мм в полиэтиленовой изоляции, катушки всех остальных диапазонов—диаметром 0,6 мм в полиэтиленовой изоляции.
Настройка четырехзвенного диапазонные входные фильтры в любительских условиях без осциллографа и генератора качающейся частоты многим представляется нереальной. Однако существует несложная методика вполне приемлемой настройки подобных фильтров, не требующая их применения и известная еще с 50-х годов прошлого века. Ее иллюстрирует рис.
На вход диапазонные входные фильтры подают сигнал от генератора (выходное сопротивление — 50 Ом) с частотой, соответствующей средней частоте полосы пропускания фильтра для данного диапазона. Высокочастотный вольтметр подключают к первому контуру фильтра, а второй контур временно закорачивают. Подстроечным конденсатором С1 (показан на рис. 2,а стрелкой) добиваются максимальных показаний вольтметра. Затем закорачивающую перемычку снимают со второго контура и переносят ее на третий контур. Подстроечным конденсатором С4 добиваются минимума показаний ВЧ вольтметра (рис. 6).
На следующем этапе закорачивающую перемычку переносят на четвертый контур и подстроечным конденсатором С7 добиваются максимума показаний ВЧ вольтметра (рис.в). Наконец, закорачивающую перемычку удаляют совсем и подстроечным конденсатором С10 добиваются минимальных показаний вольтметра (рис. 2,г). На этом настройка фильтра завершается. При проведении такой настройки фильтр должен быть нагружен резистором сопротивлением 50 Ом.
Вольтметр должен иметь высокое входное сопротивление и малую входную емкость. В любом случае подключать вольтметр надо через конденсатор емкостью несколько пикофарад, чтобы свести к минимуму его влияние на настраиваемый фильтр.
Амплитудно-частотная характеристика диапазонные входные фильтры для диапазона 40 метров приведена на рис. (сплошная кривая — средняя частота фильтра 7050 кГц, прерывистая кривая — 7020 кГц).
| А. Темерев,UR5VUL temer (at) 360.com.ua |
В [3] было опубликовано описание несложного однодиапазонного трансивера с кварцевым фильтром ("Аматор-160"). В данной статье рассказывается, как с применением основной платы этого трансивера собрать конструкцию для работы на нескольких любительских диапазонах.
Основные параметры трансивера следующие:
- рабочие диапазоны – 1.8, 3.5, 7, 14 МГц;
- чувствительность, не менее 1 мкВ;
- выходная мощность не менее 5 Вт.
Описание
Для того, чтобы основную плату трансивера [3] использовать в многодиапазонном варианте, её необходимо доработать. Элементы входного двухконтурного полосового фильтра (ДПФ) на основной плате трансивера удаляются, вместо них устанавливаются новые элементы согласно рис.1.
Фильтр-пробка L’C’ настраивается на частоту ПЧ и предотвращает проникание помех с этой частотой на вход приёмного тракта. Широкополосный трансформатор Т’ 1:4 обеспечивает согласование низкоомной входной нагрузки с высокоомным входом микросхемы. При использовании ШПТ можно применить идентичные ДПФ, имеющие 50-омное входное и выходное сопротивления на входе и выходе основной платы. При необходимости можно обойтись одним набором ДПФ, коммутируя их в режиме приёма и передачи соответствующим образом.
В дальнейшем в позиционных обозначениях деталей трансивера вначале указывается номер блока (напр. 2С1).
Функциональная схема многодиапазонного трансивера не отличается от однодиапазонного, только вместо однодиапазонных ГПД, ДПФ и усилителя мощности используются многодиапазонные. Переключение диапазонов осуществляется подачей напряжения +12В на соответствующие входы управления переключателем S2.
Схема соединений трансивера приведена на рис.2.
Рис. 2. Трансивер "Аматор-КФ". Схема соединений. (Щелкните мышкой для получения большего изображения.)
В режиме приёма высокочастотный сигнал с антенного разъёма поступает в блок УМ, оттуда через контактную группу реле 5К1 в блок приёмных полосовых фильтров и далее-на основную плату. Работа основной платы подробно описана в [3]. Для перевода в режим передачи необходимо включить кнопку S1 “Упр”. При этом срабатывает коммутационное реле 5К1. Одна группа контактов реле коммутирует напряжение +12В, вторая группа – антенну.
Высокочастотный сигнал с основной платы через плату ДПФ передатчика подаётся на вход усилителя мощности и далее- в антенну.
Схема диапазонных двухконтурных полосовых фильтров приведена на рис.3.
Рис.3. Блок ДПФ. Схема электрическая принципиальная (Щелкните мышкой для получения большего изображения.)
На этом рисунке с целью упрощения показаны только два фильтра из четырёх. Коммутация фильтров осуществляется с помощью диодов [2]. На вывод 3 платы ДПФ постоянно подано напряжение +12В. С делителя 2R1 2R2 на катоды диодов подаётся запирающее напряжение около +6В. Для подключения соответствующего полосового фильтра на один из контактов 6. 9 необходимо подать отпирающий потенциал +12В.
При этом диоды соответствующего ДПФ окажутся открыты, а сам фильтр подключён между входом и выходом платы. Схемы входного приёмного ДПФ и выходного ДПФ передатчика идентичны.
Рис.4. ГПД. Схема электрическая принципиальная (Щелкните мышкой для получения большего изображения)
ГПД (рис.4) содержит два идентичных по схеме задающих генератора..Генераторы выполнены на двухзатворных полевых транзисторах 4VT1 и 4VT2 по схеме индуктивной трёхточки, один предназначен для работы в диапазонах 1.8, 3.5 и 7 МГц, другой – в диапазоне 14 МГц. При таком построении узла несложно получить необходимое перекрытие по частоте на каждом из рабочих диапазонов. Включение соответствующего генератора производится путём подачи положительного напряжения смещения на второй затвор транзистора – при этом его крутизна увеличивается и генератор начинает вырабатывать колебания соответствующей частоты.
Понижение диапазона рабочих частот первого генератора по отношению к максимальной генерируемой частоте (диапазон 7МГц) производится путём подключения соответствующих “утягивающих” конденсаторов с помощью герконовых реле РЭС55А. Диоды 4VD1 и 4VD5 осуществляют стабилизацию амплитуды колебаний генераторов. На транзисторе 4VT3 собран буферный широкополосный каскад, который имеет два выхода – для подачи на основную плату и на цифровую шкалу. Перестройка ГПД по частоте осуществляется двухсекционным КПЕ с воздушным диэлектриком.
Рис.5. Блок усилителя мощности. Схема электрическая принципиальная (Щелкните мышкой для получения большего изображения)
В состав блока УМ (рис.5) входят собственно усилитель мощности, диапазонные ФНЧ передатчика, индикатор выходной мощности и коммутатор “приём-передача”.Усилитель мощности трансивера – трёхкаскадный. Падение напряжения на диоде 5VD1 задаёт начальное смещение на транзисторе оконечного каскада 5VT3. Для расширения полосы рабочих частот каждый из трёх каскадов усилителя мощности охвачен отрицательной обратной связью по переменному току. В таком включении оконечного транзистора усилитель развивает мощность не менее 5 Вт на любом из диапазонов . В режиме приёма первый и второй каскады усилителя обесточены, напряжение на диоде 5VD1 отсутствует. При отсутствии напряжения смещения транзистор оконечного каскада 5VT3 заперт. С коллектора транзистора 5VT3 сигнал через согласующий трансформатор подаётся на ФНЧ передатчика. Выбор необходимого ФНЧ осуществляется с помощью реле типа РЭС 49. На выходе передатчика включен простейший детектор для индикации выходной мощности трансивера в режиме передачи.
Конструкция и детали:
В конструкции трансивера использованы постоянные конденсаторы типа К10-17, КМ.
Подстроечные конденсаторы 4С6, 4С8 – типа КТ2-19 или аналогичные с воздушным диэлектриком. С1 – двухсекционный КПЕ с воздушным диэлектриком от бытового радиоприёмника. Переключатель диапазонов S2 типа ПГ3. Реле 4К1 и 4К2 – РЭС55А с сопротивлением управляющей обмотки 1880 Ом. Хотя реле с таким сопротивлением обмотки расчитаны на рабочее напряжение 27 В, практически все экземпляры, имеющиеся у автора, надежно работают и при напряжении 12 В. Реле 5К1 – РЭС47 с сопротивлением обмотки 650 Ом, реле 5К2-5К9 РЭС49 с сопротивлением обмотки 270 Ом.
Постоянные резисторы – типа С1-4, С2-23, МЛТ.
Параметры катушки L’ такие же, как и у 1L5 основной платы. Широкополосный трансформатор T’ изготавливается на кольце К7х4х2 магнитной проницаемостью 600-1000 НН и содержит 2х20 витков провода диаметром 0.25мм.
В качестве каркасов для катушек ДПФ использованы экранированные каркасы от радиостанции «Лён». При отсутствии вышеуказанных катушки можно выполнить на любых имеющихся каркасах диаметром 5-8 мм ( печатную плату блока необходимо будет соответственно изменить).При отсутствии p-i-n-диодов в качестве 2VD1 – 2VD8 и 3VD1-3VD8 можно применить высокочастотные диоды КД514, КД503 или аналогичные. Дроссели 2L1 и 2L18 – стандартные типа ДМ-0,1, 5L1 типа ДМ-3.
Параметры элементов ДПФ приведены в таблице 1.
