Высокоомные ДПФ

ДПФ. ФСС, КФ, Pi-network, L-match
Post Reply
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2185
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Высокоомные ДПФ

Post by UR5FFR »

Иногда имеет смысл делать вход приемника достаточно высокоомным - порядка 2-5кОм. Классическим схемотехническим решением в этом случае являются ДПФ на параллельных контурах с емкостной связью. При этом на низкоомном входе подключение осуществляется через катушку связи, а на высокоомном - сигнал снимается полностью с контура. Но такой подход имеет существенный недостаток - эта топология ДПФ имеет ассиметричные скаты - крутой левый и очень пологий правый. С целью минимизации пораженных точек необходимо выбирать частоту гетеродина всегда большую чем частота приема. При этом частота зеркального канала больше частоты приема на удвоенную частоту ПЧ. В итоге при такой архитектуре ДПФ на параллельных связанных контурах плохо подавляет зеркальный канал.

Для улучшения подавления зеркального канала на правом скате АЧХ следует применять Т-образные ДПФ, но они сравнительно низкоомны. Добавление на выходе Г-образной цепи для повышения выходного сопротивления приводит к большим значениям индуктивности, что не всегда удобно конструктивно.

Пример такого фильтра диапазона 40м на схеме ниже
hiz bpf 01 40m T.png
hiz bpf 01 40m T.png (6 KiB) Viewed 1742 times
При индуктивности 2uH T-образный 50тиомный фильтр имеет полосу 4МГц. Но трансформирующая цепь на выходе 7uH+70pF не только повышает сопротивление до 2кОм, но и уменьшает полосу пропускания фильтра до 2МГц (по уровню 3дБ). При практической реализации индуктивности 2uH и 7uH объединяются в одну с номиналом 9uH.

На частоте зеркального канала для ПЧ=9МГц фильтр имеет подавление 60дБ. График АЧХ этого фильтра
hiz bpf 02 40m T.png
hiz bpf 02 40m T.png (7.82 KiB) Viewed 1742 times
Фильтр имеет коэффициент передачи по напряжению +16дБ (в реальности немного ниже из-за конечной добротности индуктивностей). Это происходит из-за трансформации сопротивлений. Работает стандартное правило что отношение напряжений равно корню квадратному из отношения сопротивлений.

Чтобы улучшить подавление зеркального канала необходимо уменьшить полосу пропускания. На следующей схеме Т-образный фильтр расчитан на полосу 2МГц, после трансформации сопротивлений она уменьшается до 1.6МГц (6.2МГц..7.8МГц по уровню 3дБ)
hiz bpf 03 40m T.png
hiz bpf 03 40m T.png (6.45 KiB) Viewed 1742 times
При этом подавление зеркального канала вырастет до 67дБ
hiz bpf 04 40m T.png
hiz bpf 04 40m T.png (7.78 KiB) Viewed 1742 times
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2185
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: Высокоомные ДПФ

Post by UR5FFR »

При увеличении выходного сопротивления рассмотренно ранее Т-образной топологии увеличивается индуктивность в трансформирующем звене. Так например при выходном сопротивлении 5кОм Г-образная цепочка будет иметь номиналы 11uH+44pF, а результирующая вторая индуктивность получится равной 15uH - 55 витков на кольце T50-2. Это почти впритык - придется мотать достаточно тонким проводом.

Другой вариант - использовать классический фильтр второго порядка в котором первое звено - последовательное, а второе - параллельное. В RFSim мы можем посчитать такой фильтр для случая одинакового входного и выходного импеданса
hiz bpf 05 40m 2nd order chebyshev.png
hiz bpf 05 40m 2nd order chebyshev.png (17.76 KiB) Viewed 1742 times
Чтобы получить высокий выходной импеданс между первыи и вторым звеном поставим трансформатор сопротивлений. Он может быть реализован как катушка с отводом либо как емкостный делитель.
hiz bpf 06 2nd order Z transform.png
hiz bpf 06 2nd order Z transform.png (7.37 KiB) Viewed 1742 times
При такой трансформации номиналы параллельного звена изменяются - индуктивность увеличивается, а емкость уменьшается.

Практическая реализация для диапазона 40 метров может выглядеть так
hiz bpf 07 2nd order Z transform L.png
hiz bpf 07 2nd order Z transform L.png (5.73 KiB) Viewed 1742 times
Так как в RFSim нет катушек с отводами то эмулируем катушкой и трансформатором. В реальной схеме отвод от 1/6 витков или катушка связи с соотношением витков 1:6. АЧХ этого фильтра
hiz bpf 08 2nd order Z transform L.png
hiz bpf 08 2nd order Z transform L.png (8.06 KiB) Viewed 1742 times
Подавление зеркального канала 53дБ несмотря на то что фильтр несколько уже и имеет полосу пропуская 1.1-1.2МГц (по факту). Это связано с тем, что одно из звеньев фильтра стало параллельным.

Фильтр с емкостной трансформацией сопротивлений
hiz bpf 09 2nd order Z transform C.png
hiz bpf 09 2nd order Z transform C.png (5.67 KiB) Viewed 1742 times
И его АЧХ
hiz bpf 10 2nd order Z transform C.png
hiz bpf 10 2nd order Z transform C.png (7.66 KiB) Viewed 1742 times
Подавление зеркального канала - 50дБ
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2185
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: Высокоомные ДПФ

Post by UR5FFR »

В рассмотренной ранее топологии 2го порядка с трансформацией сопротивлений первое звено (последовательны контур) можно заменить на ФНЧ с частотой среза выше полосы пропускания
hiz bpf 11 2nd order Z transform LPF.png
hiz bpf 11 2nd order Z transform LPF.png (3.81 KiB) Viewed 1742 times
Пример практической реализации для диапазона 40 метров
hiz bpf 12 2nd order Z transform LPF.png
hiz bpf 12 2nd order Z transform LPF.png (5.65 KiB) Viewed 1742 times
Видим что номиналы индуктивностей сравнительно небольшие.
АЧХ такого фильтра
hiz bpf 13 2nd order Z transform LPF.png
hiz bpf 13 2nd order Z transform LPF.png (7.81 KiB) Viewed 1742 times
Подавление зеркального канала всего 44дБ. Казалось бы это существенное ухудшение и топология не имеет перспективы. Но если в ФНЧ добавить один конденсатор то мы получим фильтр-пробку которую легко можно настроить на частоту зеркального канала и существенно улучшить его подавление
hiz bpf 14 2nd order Z transform LPF eliptic.png
hiz bpf 14 2nd order Z transform LPF eliptic.png (4.48 KiB) Viewed 1742 times
Для предыдущего фильтра и частоты ПЧ=9МГц такая емкость составляет 40pF
hiz bpf 15 2nd order Z transform LPF eliptic.png
hiz bpf 15 2nd order Z transform LPF eliptic.png (6.34 KiB) Viewed 1742 times
На АЧХ фильтра появляется точка бесконечного подавления на частоте зеркального канала (25МГц)
hiz bpf 16 2nd order Z transform LPF eliptic.png
hiz bpf 16 2nd order Z transform LPF eliptic.png (7.97 KiB) Viewed 1742 times
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2185
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: Высокоомные ДПФ

Post by UR5FFR »

Файлы моделей ДПФ в формате RFSim
HiZ_BPF_UR5FFR.zip
(4.9 KiB) Downloaded 181 times
В файле "40m 2nd order.cct" различные топологии ДПФ на 40ка метровый диапазон, рассмотренные выше.
В файле "HiZ BPF2.cct" - ДПЯ для диапазонов 40 и 20 метров с выходным импедансом 2кОм и 5кОм
hiz bpf 17 2nd order Z transform LPF eliptic 20 40 2k 5k.png
Экселовская таблица для расчета рассмотренных ДПФ доступна тут http://www.ur5ffr.com/viewtopic.php?p=1846#p1846
Post Reply