ФНЧ

ДПФ. ФСС, КФ, Pi-network, L-match
Post Reply
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2187
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

ФНЧ

Post by UR5FFR »

Казалось бы что можно придумать нового в проектировании ФНЧ? Берем RFSimm и считаем чебышева нужного порядка.
Вот например для частоты среза 10МГц по уровню 3дб получаем такой фильтр
lpf_chebyshev_10mhz.png
На частоте третьей гармоники 40ка метрового диапазона 21МГц подавление 42дб. Return loss в полосе пропускания вроде как бы нормальный, но -16.6дб - это КСВ 1.34. Упс. Согласно моим исследованиям это 25% потеря мощности.
lpf_ur5ffr_minswr_medium_10mhz.png
Этот фильтр так же имеет частоту среза 10МГц. Идеально плоскую АЧХ в полосе пропускания (нет колебаний свойственных Чебышеву) и меньший КСВ 1.06. При этом подавление на частоте 21МГц ухудшилось всего на 2дб до 40дб.

Такой фильтр был реализован практически на кольцах T68-2 и промерян. На частоте 21МГц подавление оказалось даже несколько лучше чем расчетное и составило 43дб.
LPF 7MHz min swr.jpg
Фильтр нагружен на эквивалент нагрузки 50ом, входной импеданс и ксв измерен с помощью векторного анализатора. На графиках синий - R, зеленый - X, красный - КСВ. Результаты полностью соответствуют расчетным
LPF 7MHz min swr Z.jpg
Для настоящих пуристов можно еще больше уменьшить КСВ в полосе пропускания. При этом подавление на частоте 21МГц снизится до 36дб. Это все еще на 3дб лучше чем у аналогичного фильтра с характеристикой Баттерворта.
lpf_ur5ffr_minswr_ultra_10mhz.png
Таким образом варьируя коэффициенты фильтра можно получить лучший КСВ в полосе пропускания ценой некоторого ухудшения подавления за ее пределами.

Для удобства расчетов сделал excel-таблицы

Литература
1. VSWR Conversion Table
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2187
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: ФНЧ

Post by UR5FFR »

А можно ли улучшить подавление в полосе задержания? Вполне. Если не увеличивать порядок фильтра то есть два пути - эллиптические фильтры и т.н. ультра-сферические фильтры (ultra-spherical filters). Дизайн последних есть в книге EMRFD [1]. Вот пример такого фильтра для диапазона 40м.
lpf_ultra-spherical_A_7mhz.png
Подавление на частоте 21МГц составляет 55дб. Расплата за это улучшение - узкополосность полученного фильтра.

Можно еще более увеличить подавление но фильтр становится слишком узкополосным - порядка 100-200кГц, что вызовет проблемы при реализации. Например на следующей схеме фильтр, который имеет подавление на частоте 21МГц 66дб
lpf_ultra-spherical_B_7mhz.png
Расчет таких фильтров так же добавил в excel-таблицы

Литература
1. Experimental Methods in RF Design by. Wes Hayward, W7ZOI; Rick Campbell, KK7B; and Bob. Larkin, W7PUA. Published by ARRL, 2003.
UR5FFR
Site Admin
Posts: 2187
Joined: 21 Apr 2012, 22:00
Позывной: UR5FFR
Location: Odessa

Re: ФНЧ

Post by UR5FFR »

Ультра-сферические фильтры, описанные выше, имеют ограниченное применение ввиду своей узкополосности. В [1] рассматриваются акроморфные ФНЧ, которые похожи на ультрасферические типа А, но более широкополосны. Параметром фильтра выступает максимальная неравномерность (провал) АЧХ в полосе пропускания. Важно что этот провал находится значительно ниже частоты среза фильтра, что в случае работы в узкополосных любительских диапазонах не критично. Для расчета можно выбирать величину неравномерности в диапазоне от 0 до 1дб. Для сравнения у ультрасферических фильтров типа А неравномерность достигает 3-4дб, а у типов B и C она еще больше.

Пример АЧХ акроморфного фильтра на диапазон 40 метров с максимальной неравномерностью 1дб
lvr 1 lpf.png
lvr 1 lpf.png (14.28 KiB) Viewed 1192 times
Добавил расчет этих фильтров viewtopic.php?p=1846#p1846

Литература
1. Dave Gordon-Smith, G3UUR, "Fifth-order Unequal-ripple Low-Pass Filter Design", QEX, November-December 2010
Post Reply