Как настроить кварцевый фильтр трансивера

Кварцевые фильтры для трансиверов, приёмников и передат­чиков

Неотъемлемой частью любого однополосного (SSB) передатчика фильтрового типа является узкополосный (с полосой пропускания 2,1. 3 кГц) кварцевый или электромеханический фильтр (ЭМФ), выделяющий одну боковую полосу спектра выходного сигнала. Причём, если раньше наиболее распространённым решением было использование 200. 500 кГц ЭМФ, то за последнее время — 3. 9 МГц кварцевые фильтры практически полностью потеснили низкочастотные ЭМФ в современных конструкциях фильтровых передатчиков и трансиверов.
Какую выбрать частоту и структуру кварцевого фильтра, чтобы избежать сложностей при повторении и настройке, поговорим на этой странице.
Начнём со статьи «Кварцевые фильтры для трансивера» («КВ и УКВ» №12 1998г) под авторством уважаемого Александра Тарасова (UT2FW).

Что из всего этого перечня самое лучшее?
Для того чтобы получить приемлемую работу трансивера на всех девяти диапазонах, наиболее подходящими оказались фильтры на частоты 8,3. 8,6 МГц. При использовании фильтров на частоты ниже 6 МГц приходилось усложнять диапазонные полосовые фильтры, чтобы избавиться от ненужного «мусора» при передаче. Прямоугольности двухконтурного диапазонного полосового фильтра не хватает для требуемой селекции сигнала передатчика, особенно на 24 и 28 МГц.
Осторожно следует подходить к выбору фильтра на частоты, кратные 1 МГц. Так как гармоники «опорника», расположенного на плате контроллера синтезатора, имеют неприятную склонность — «расползаться» по всему трансиверу. И если одна из гармоник (например, пятая или девятая) попадает в полосу прозрачности кварцевого фильтра, избавиться от неё можно только заменой промежуточной частоты.
Неудачна ПЧ, близкая к 9.0 . 9,08 МГц и т.д. Вторая гармоника этой частоты находится в пределах любительского диапазона 18 МГц. При применении ПЧ около 9 МГц также возможны проблемы с приёмом в диапазоне 14 МГц. В результате комбинационных преобразований в смесителе, происходит приём вещательных станций диапазонов 11. 13 МГц.

В результате возник вариант, который показал неплохие результаты при многократном повторении. В качестве основного фильтра, работающего и на приём, и на передачу, применён шестикристальный лестничный фильтр из кварцев в корпусе Б1 (Рис.1).

Рис.1

Почему шесть кварцев, а не принятое количество — 8, 10 и т.д.? Я очень сомневаюсь, что в одноплатной конструкции (без специальных мер экранирования) можно избежать «пролезания» сигнала с входа на выход, например, в десятикристальном фильтре. Цифры в 50. 70дБ удаётся получить, и это подтверждает практика. Шестикристальный фильтр обычно имеет не менее 60 дБ затухания за полосой прозрачности. Этого достаточно для формирования качественного SSB-сигнала и селекции по соседнему каналу, чтобы не перегружались следующие за фильтром каскады усиления.
Немаловажное преимущество у такого фильтра — меньшее затухание в полосе прозрачности, и тем самым удаётся улучшить чувствительность приёмника. При этом худшая прямоугольность оборачивается выигрышем при формировании SSB. Однозначно, сигнал формируется более качественный, нежели при применении фильтра с крутыми скатами.
Фильтр следует изготавливать на полосу прозрачности по уровню -6 дБ 2,45. 2,55 кГц, тогда при приёме уже не возникает ощущение «широких ворот», как с ЭМФ 3,1 кГц (Р399А, Катран), и на передачу SSB-сигнал ещё не будет заужен по полосе.

Предусмотрено дополнительное сужение полосы пропускания фильтра в CW-режиме. Для этого параллельно крайним резонаторам реле подключают дополнительные конденсаторы. При этом характеристика фильтра искажается, верхний скат приближается к нижнему. Таким способом можно получить полосу пропускания 0,6. 0,7 кГц на кварцах с разносом частот параллельного и последовательного резонансов 10. 20 кГц. Если будут применены кварцы с более узким промежутком резонансов, можно надеяться на лучшие CW-характеристики.

Изготовление кварцевых фильтров имеет некоторые особенности. Вариант, когда для фильтра изготавливается печатная плата из стеклотекстолита, представляется мне далеко не лучшим. Опыт показывает, что при установке кварца в стеклотекстолит добротность резонаторов чаще всего падает, что влечёт за собой увеличение затухания в полосе прозрачности фильтра. Кроме того, под каждый стеклотекстолит приходится индивидуально подбирать ёмкости фильтра. Самый простой и не худший вариант — это спаять кварцы между собой корпусами. Паять нужно быстро, чтобы не нарушилась герметизация корпуса, и припой не попал внутрь. Весь монтаж можно произвести на ножках кварцев. Конденсаторы нужно применять малогабаритные, хорошего качества, с минимальным ТКЕ, керамические. В дальнейшем собранный фильтр припаивается к металлизации, оставленной на плате, и накрывается коробкой из лужёной жести, хотя на практике наличие или отсутствие экранирующей коробки ни по приборам, ни на слух обнаружить не удавалось.

Похожий лестничный SSB кварцевый фильтр на частоту 9100 кГц был применён разработчиком коротковолнового трансивера Урал-84 Анатолием Першиным. Правда данный фильтр является восьмикристальным, а вдогонку дополняется ещё одним четырёхкристальным с изменяемой полосой пропускания. Вот как это выглядит:

Рис.2. Фильтр ZQ1

Фильтр ZQ1 имеет следующие параметры:
Полоса пропускания, кГц (на уровне —3 дБ). 2,3
Коэффициент прямоугольности. 1,8
Неравномерность в полосе пропускания, дБ, не более 1,5
Входное сопротивление. Ом. 270
Выходное сопротивление, Ом. 120

Если в фильтре ZQ1 будут использованы кварцевые резонаторы от радиостанции «Гранит» с частотами 9000…9150 кГц, то значения ёмкостей в схеме фильтра могут остаться без изменений.

Рис.3. Фильтр ZQ2

В фильтре ZQ2 полоса пропускания может изменяться. В режиме SSB она равна 2,3 кГц, а в режиме CW, когда параллельно кварцевым резонаторам включены конденсаторы величиной 68 пФ, полоса пропускания сужается до 800 Гц.

Применение двух кварцевых фильтров ZQ1 с полосой пропускания 2,4 кГц и ZQ2 значительно улучшило подавление сигналов вне полосы «прозрачности» фильтров, которое достигло 100 дБ.

Кварцевый фильтр в трансивере «Волна».

Трансивер «Волна «имеет два преобразования частоты и его первая ПЧ — фиксированная. Есть смысл, кроме имеющегося ФСС по первой ПЧ, дополнительно установить хотя бы простейший кварцевый фильтр. Дело в том, что полоса ФСС слишком велика (300 кГц), и все станции, находящиеся в этой полосе, проходят на усилитель первой ПЧ и на второй смеситель, затрудняя работу последнего.

Автор изготовил кварцевый фильтр на одном резонаторе с величиной первой ПЧ — 8800 кГц. Схема фильтра приведена на рис.1.

Входное и выходное сопротивления фильтра составляют около 75 Ом, потери и фильтре пренебрежимо малы. Нa рис.2 приведена АЧХ фильтра на фоне АЧХ ФСС трансивера. Полоca фильтра по уровню -3 дБ -около 10 кГц.

Конструкция фильтра показана на рис.3. Плата 1 изготовлена из одностороннего стеклотекстолита, на котором вырезаны контактные площадки. Плата закреплена фольгой вверх на уголке 2 из белой жести двумя винтами М2,5. Земляная шина платы спаяна с уголком для лучшего контакта и большей механической жесткости. Резонатор 4 крепится к вертикальной стенке уголка 2 проволочным хомутиком 5, выводами вниз. Фильтр размещен в зазоре между усилителем мощности с одной стороны и платами УРЧ и УПЧ-1 с другой стороны, на месте кабеля, соединяющего выход первого смесителя на плате УРЧ контакт 7) с входом ФСС на плате УПЧ -1 (контакт 8) (см. документацию на трансивер). Фильтр крепятся двумя винтами к тому же угольнику 7, к которому крепится верхняя крышка трансивеpa, для чего в угольнике сверлятся и зенкуются два отверстия, а на жестяном уголке фильтра припаиваются две гайки МЗ (6). Расстояние от поверxнoсти передней панели трансивера до ближнего края фильтра — 90 мм.

Катушки L1и L2 наматываются на каркасе диаметром 5 мм с внутренним карбонильным сердечником М4. Число витков L2 — 30, ПЭВ-2 диаметром 0,15. После намотки L2 на нее накладывается один слой полихлорвиниловой ленты и наматывается 5 витков кaтушки L1 любым проводом. L3 представляет собой стандартный дроссель ДМ-1,2 5 мкГн. Кварцевый резонатор — в металлическом корпусе (тип Б).

После сборки узла фильтра он устанавливается в трансивер. Его вход и выход, включая проводники общей шины, соединяются соответственно с выходом смесителя (контакт 7 УРЧ) и входом ФСС (контакт 8 УПЧ-1). На вход тpaнсивера подается сигнал с ГСС, высокочастотный вольтметр или осциллограф подключается к контрольном точке КТ1 на плате УПЧ-1 и снимается готовая АЧХ. Емкостью СЗ добиваются максимального подавления в дальней зоне, на границе полосы пропускания ФСС.

Чтобы убедиться, что фильтр не вносит потерь, нужно его отпаять и восстановить исходную схему кусочком провода, принимая сигналы с антенны или от генератора. Если на передачу мощность с фильтром меньше чем без фильтра, надо подстроить сердечником L2 по максимуму мощности пли попробовать добавить один виток катушке L1.

Доработка существенно улучшает реальную избирателыюсть приемника. Для того чтобы убедиться в этом, на вход приемника подавался сигнал с ГСС и одновременно с антенны. Приемник настраивался на диапазон 40 метров, скажем на частоту 7055 кГц.

Источником второго сигнала служили радиовещательные станции, работающие выше 7100 кГц. Сигнал с генератора увеличивался, а его частота перестраивалось в пределах 7035 кГц и выше. При этом на частоте настройки приемника прослушивались продукты взаимной модуляции 3-го порядка генератора и «вещалок», образующиеся в обоих смесителях. Так вот, при работе с фильтром видно, что эти продукты возникают при гораздо большем напряжении с генератора, чем кoгдa фильтра нет. Это говорит о том, что npoдукты перегружают 2-й смеситель, т.к. он работает при более высоком уровне сигнала.

Как настроить кварцевый фильтр трансивера

Попробовал поэкспериментировать с QER, о которых писал Morroc.
У меня было 10 кварцев на 10 МГц из них отобрал 6 у которых частоты по ближе друг к другу оказались (9,99787, 9,99789, 9,99782, 9,99783, 9,99785, 9,99794 МГц). Конденсаторы попробовал взять на 22 пФ под впечатлением от этой темы: http://dspview.com/viewtopic.php?f=19&t . b22ef34fa5 .

АЧХ какая-то не ровная получилась:

Причем, это уже после попыток подобрать сопротивление источника (резистор последовательно с генератором) и сопротивление нагрузки (параллельно выходу). Без них АЧХ еще страшнее: пики выше, провалы ниже.

Что я делаю не так и куда еще экспериментировать? На что именно влияют ёмкости этих конденсаторов?
Кстати, в соседней теме скинули ссылку http://ra3ggi.qrz.ru/UZLY/up2nv_sogl.htm вроде как раз похоже на то что я наблюдаю.

Вложения:

Безымянный.jpg [143.53 KiB] Скачиваний: 741

QER 10 МГц 22 пФ 6 кристалов 440 470 Ом.png [34.97 KiB] Скачиваний: 684

Заголовок сообщения: Re: Что читать по теме фильтров?
Добавлено: Сб сен 28, 2019 22:31:40

Прорезались зубы

На что именно влияют ёмкости этих конденсаторов?

Влияют на полосу и входное-выходное сопротивление.
Чем больше конденсаторы, тем уже полоса.
Здесь довольно понятно про конденсаторы в сопротивление написано.
http://www.cqham.ru/x9.htm
Цитата из статьи .
Предположим полученная полоса равна 4 кгц, это много, увеличиваем емкости фильтра, рассчитываем заново резисторы и снимаем характеристику заново. После нескольких таких итераций получаем макет с полосой пропускания, наиболее близкой к требуемой.

Заголовок сообщения: Re: Что читать по теме фильтров?
Добавлено: Вс сен 29, 2019 16:23:43

Причем, это уже после попыток подобрать сопротивление источника (резистор последовательно с генератором) и сопротивление нагрузки (параллельно выходу). Без них АЧХ еще страшнее: пики выше, провалы ниже.

Что я делаю не так и куда еще экспериментировать? На что именно влияют ёмкости этих конденсаторов?

По вертикали логарифмическая шкала или линейная ( не совсем понял ) ? Выглядит страшновато. По лодочкам точно не помню, а у кварцев в HC-49 при полосе 2-3кГц вх/вых сопротивление QER в районе 100-200 Ом. Почему у вас на выходне сопротивление параллельно — детектор высокоомный ? Если и генератор и входная часть 50 Ом, то оба сопротивления последовательно, удобно просто подстроечные 470 Ом поставить. У меня кривулины получались когда конденсатор какой то не тот попадался и один раз из за одного кварца — как такой искать не знаю, я методом тыка исключил.

Накопал картинок с АЧХ

Вот это АЧХ двух последовательно включенных фильтров дешевых на 45 МГц (они прям комплектом в паре идут) https://i.imgur.com/5KJCrOP.jpg
Это АЧХ тоже последовательно включенных самодельных QER с полосой ~2.7 кГц (вот таких https://i.imgur.com/PU4tg6J.jpg) https://i.imgur.com/U5QNkPB.jpg. Включение их друг за другом скруглило углы на АЧХ.
А вот АЧХ самого «красивого» ЭМФ который мне попадался https://imgur.com/bOwjWWS динамический диапазон правда мал — согласован тоже резисторами, но я не это смотрел, а прямоугольность и ровность верхний полки. Это rft 200+e-0310/4 от аппаратуры уплотнения каналов телефонной связи, жаль он на 200 кГц — если только с КФ применять вместе (с 2мя ПЧ). Вот это его же вроде, но с масштабом 5 или 6 Дб по вертикали https://i.imgur.com/tlQrn5R.jpg

_________________
«Вся военная пропаганда, все крики, ложь и ненависть исходят от людей, которые на эту войну не пойдут !» / Джордж Оруэлл /
«Война — это,когда за интересы других,гибнут совершенно безвинные люди.» / Уинстон Черчилль /

Кварцевый фильтр трансивера.

На 50ом пролезание сигнала мимо фильтра меньше и согласующие контуры то же портят картину
по этому все правильно-нужно согласовывать и подгонять характеристику емкостями или
дополнительными L Но все равно это лестница и все равно при малом количестве звеньев он
косой.

• InvisibleKid
• Сообщений: 264
• Зарегистрирован: Пт май 09, 2008 13:21:38

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Пт ноя 29, 2019 16:24:13

Полез тестить кварцы на ~40 и 60 МГц и они оказались гармониковыми. Я правильно понимаю что такие кварцы не годятся для фильтра?

• Джин.
• Сообщений: 680
• Зарегистрирован: Ср мар 31, 2010 05:59:14
• Сайт

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Пт ноя 29, 2019 16:46:53

гармониковыми. Я правильно понимаю что такие кварцы не годятся для фильтра?
Сам не пробовал.
http://radiowiki.ru/index.php?title=%D0 . vu&page=19

• Adagumer
• Сообщений: 2076
• Зарегистрирован: Чт ноя 15, 2012 20:47:59
• Откуда: Крымск

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Пт ноя 29, 2019 17:20:33

InvisibleKid писал(а): кварцы на ~40 и 60 МГц и они оказались гармониковыми.

Ну вообще кварцы полноценные больше 20МГц не бывают, всё что выше гармониковые!

• int4880053
• Сообщений: 1604
• Зарегистрирован: Пт дек 12, 2008 21:12:14
• Откуда: Moscow
• Сайт

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Пт ноя 29, 2019 21:20:14

На гармониковых работает и диф-мост и лестница сам проверял.

• k1zmt
• Сообщений: 2
• Зарегистрирован: Сб апр 18, 2020 00:55:17

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Сб апр 18, 2020 01:40:43

Ребята, прошу помощи в понимании работы конденсаторов в схеме кварцевого фильтра.
У меня вроде бы получаются красивые пики в АЧХ, но слишком высокая нелинейность.

Для проверки использую прибор NWT70. Для согласования пробовал резисторы в 1к. Пробовал с переменными резисторами, но лучшего результата не добился.

Посоветуйте, как добиться ровной АЧХ.

• Anuvsenahren
• Сообщений: 183
• Зарегистрирован: Пт сен 16, 2005 02:55:33
• Сайт

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Сб апр 18, 2020 04:32:47

А как кварцы подбирали?
Их же штук 50 нужно минимум для подобного фильтра, что бы отобрать одинаковые.
Кварцы можно подбирать также с помощью NWT70. Где то на форуме тема про подобный подбор кварцев для фильтра была.
Просто соединяешь два кварца в параллель и смотришь совпадение резонансных частот. В данном случае в первую очередь обращать внимание на частоту последовательного резонанса кварца.
И т.д. к этим двух одинаковым подбираешь следующий.
Если кварцы не подбирали, то придется смириться с полученным результатом.

• int4880053
• Сообщений: 1604
• Зарегистрирован: Пт дек 12, 2008 21:12:14
• Откуда: Moscow
• Сайт

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Сб апр 18, 2020 04:53:18

Там если лестница то емкостями и согласованием вход/выход подогнать можно
но если ставить на вход-выход контуры то пролезание мимо фильтра
возможно и по этому ставим контур на выход лестницы на частотах
довольно низких(до 5мгц)
так как емкости там небольшие то подстроечникам заменить можно.
Можно резонаторы поменять местами, можно их паралельно включать
(все зависит от полосы. К резонатору можно емкость добавить, можно
индуктивность последовательно. По картинке видно-добротность
резонаторов довольно велика и по этому нужно пробовать паралельно
И по скольку они все разные то это в каждом случае вещь в себе.
У меня получилось все ровно только один скат кривой ну так как лестница
все же но я резонаторы из одной коробки брал около 9мгц и
все нормально выравнивалость подстроечниками на 25пф
на выходе затвор полевика и резистор на землю. Вот меняя этот
резистор и то же помогает.

• k1zmt
• Сообщений: 2
• Зарегистрирован: Сб апр 18, 2020 00:55:17

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Сб апр 18, 2020 11:48:19

Для кварцев я собрал небольшой генератор и отобрал их по частоте генерации. Они все уложились в интевал в 30 герц.
Я пробовал несколько альтернативных вычислений, но это лучшая характеристика из всех.

Есть подозрение, что вход NWT 50 ом. Из-за этого и вылазят косяки.

• int4880053
• Сообщений: 1604
• Зарегистрирован: Пт дек 12, 2008 21:12:14
• Откуда: Moscow
• Сайт

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Сб апр 18, 2020 17:51:27

Есть подозрение, что вход NWT 50 ом. Из-за этого и вылазят косяки.

Для получения правильных результатов необходимо включать фильтр
между каскадами чтобы согласовать входное и выходное
сопротивление. Так как это значение значительно больше чем 50ом и
если на входе еще можно применить резистивный делитель то на выходе -истоковый повторитель.
50ом на входе и на выходе у фильтров типа ПАВ.

• Adagumer
• Сообщений: 2076
• Зарегистрирован: Чт ноя 15, 2012 20:47:59
• Откуда: Крымск

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Вс апр 19, 2020 04:56:19

k1zmt писал(а): Есть подозрение, что вход NWT 50 ом.

Дык он и есть 50 Ом, и согласовывать надо, и желательно LC Г-образной цепочкой!
Я для настройки фильтра делал платку с двумя параллельно расположенными кроватками для микросхем, расстояние между контактами кроваток было равно расстоянию между ножками кварца. На платке снизу распаял конденсаторы полученные расчётом, а между кроватками ставил отобранные кварцы. Смотрел на NWT полученный результат, переставлял кварцы местами и опять смотрел. Все кварцы предварительно нумеровал, при положительных результатах записывал последовательность карцев в фильтре.
Вот порылся на компе и нашёл картинку с моими фильтрами, это два основной (фиолетовый) и подчисточный (красный), оба девятикристальные! Вложения out.pdf (16.29 KiB) Скачиваний: 199

• 1en2
• Сообщений: 2804
• Зарегистрирован: Вс фев 02, 2020 09:12:37

Re: Кварцевый фильтр трансивера.

Вс апр 19, 2020 05:22:32