PDA

Просмотр полной версии : Использование широкополосных кварцевых фильтров для создания узкополосных трактов.



ex UK8CA
11.10.2013, 19:57
Данный материал не является руководством или рекомендацией по построению приемных трактов, а всего лишь одним из возможных вариантов использования кварцевых фильтров, имеющихся у радиолюбителей. На руках находится много фильтров от УКВ радиостанций, которые имеют достаточно хорошие характеристики , но широкую (15-25 кгц) полосу пропускания. Кроме того, многие имеют большое число резонаторов на одну частоту с параметрами, которые не позволяют создать на их базе хороший фильтр - обычно при этом достаточно крутой участок получается только с одной стороны АЧХ фильтра, или полоса пропускания получается широкой.
Кроме того, бывает необходимо получить несколько значений полосы пропускания приемного тракта , но в наличии нет необходимых фильтров.
Однако, при применении двойного преобразования можно построить приемный тракт с переменной полосой пропускания, имея в наличии два сравнительно широкополосных фильтра.
Построение тракта показано на рисунке.
152943


Для простоты расчетов частоты здесь взяты без дробных окончаний.

Сигнал радиочастоты с антенны или УВЧ частотой от 3 до 4 мгц поступает на смеситель СМ1, куда также поступает напряжение с ГПД частотой 7-6 мгц. В смесителе эти частоты суммируются, и на выходе получается сигнал ПЧ частотой 10000 мгц, который затем проходит через кварцевый фильтр ПФ1 с полосой пропускания10,0 -10,015мгц . Отфильтрованный сигнал частотой 10000 – 10015 кгц порступает на смеситель СМ2 , где смешивается с напряжением генератора Г-2, с частотой, перестраиваемой в диапазоне 20010 – 20000 мгц. В результате вычитания частот сигнала из частоты генератора на выходе получается инверсный сигнал 10015 -10000 мгц, который пропускается через фильтр ПФ-2, точно такой же , как ПФ-1. При этом «лишняя» часть сигнала попадает за пределы полосы пропускания фильтра ниже частоты 10 мгц, таким образом, результирующая полоса (при частоте генератора Г-2, равной 20010 кгц) получается уже 10 кгц, и форма частотной характеристики при использовании одинаковых фильтров получается симметричной – рабочими срезами здесь являются нижние края АЧХ фильтров.
Так как частота сигнала при втором преобразовании была инвертирована, то при изменении частоты Г-2 полоса пропускания устройства начинает сужаться. Например, при частоте Г-2, равной
20003 кгц, эта полоса становиться равной 3 кгц, так как все частоты выше 10003 кгц попадают ниже частоты среза фильтров (20003 – 10005=9998 кгц). Таким образом, изменяя частоту Г-2, мы можем менять полосу пропускания устройства.
Интересное использование для данного эффекта можно получить, используя приемник с двойным преобразованием и второй ПЧ в районе 24-36 кгц. В этом случае, используя простой лестничный кварцевый широкополосный фильтр с хорошим подавлением с одной стороны АЧХ в первой ПЧ и соответствующий ФНЧ во второй ПЧ, можно получить приемный тракт с регулируемой полосой пропускания и достаточно симметричной результирующей АЧХ.
В отношении практического применения данного способа – он был испробован на макетах и проверен с помощью ИЧХ. Все, что указано в данном материале, подтвердилось. В качестве фильтров использовались фильтры ФП2П от УКВ радиостанций «Лен» на частоту 10,7 мгц.
Создать приемник или трансивер на основании подобного устройства так и не удалось по независящим от меня причинам.

Владимир_К
11.10.2013, 20:23
Подавать на смеситель (в данном случае второй) 10 мгц и 20 мгц нельзя. Кроме разностного сигнала, F1-F2, который Вы хотите там получить, будет большое количество комбинационных частот. Надо менять расклад частот. Гляньте Бунина и Яйленко "Справочник радиолюбителя-коротковолновика" 1984 год, стр.32.

CADET
11.10.2013, 20:53
Почти принцип Юзвинского... Предложен в 1941-м году. Только маленько перекошенный, у изобретателя удобнее. Так, глядишь, и до "пустотного реле" доберёмся.

ex UK8CA
11.10.2013, 22:20
Подавать на смеситель (в данном случае второй) 10 мгц и 20 мгц нельзя. Кроме разностного сигнала, F1-F2, который Вы хотите там получить, будет большое количество комбинационных частот. Надо менять расклад частот.

Во первых, в принципе, подать можно. По простой причине - 20 мгц будет только тогда, когда полоса пропускания устройства будет равна 0, а все остальные комбинационные частоты будут лежать за пределами полосы пропускания. Нежелательно , чтобы частота генератора была ниже частоты ПЧ - в этом случае будет вторая гармоника лезть в тракт. Ну, а насчет подбора частот, там прямым текстом указано, что подобные цифры указаны только для удобства описания процесса.

Добавлено через 43 минут(ы):


Почти принцип Юзвинского... .

Ну, практически да. Основное назначение схемы Юзвинского - обеспечить возможность работы приемника при высоких значениях ПЧ (для фильтрации зеркального канала).
У него в классическом виде используется один гетеродин.

UT3EX
11.10.2013, 22:34
да не почти - а точно. Кстати широко применялся в нашей технике в 60-х годах

ex UK8CA
11.10.2013, 22:52
да не почти - а точно. Кстати широко применялся в нашей технике в 60-х годах
Ну, положим, широко он никогда не применялся - я занимаюсь радиолюбителством с 11 лет, первый детекторный приемник сделал в 1959 году, в 60х уже вовсю ходил в радиоклуб и ковырялся в военной аппаратуре - тогда как раз смена ее проходила , и нам ее вовсю давали на разборку, благо дивизия ВВС в городе стояла. Не помню, чтобы где-то в промышленной аппаратуре использовался.
Принцип Юзвинского - это когда входной сигнал преобразуется вверх, в результате чего ПЧ получается очень высокой, порядка 45-50 мгц, что дает высокую избирательность по зеркальному каналу, но получается плохая - по соседнему (трудно сделать узкую полосу на такой частоте). Юзвинский предложил с помощью дополнительного гетеродина и смесителя понизить частоту до такой величины, чтобы можно было на этой частоте сделать фильтр с достаточно крутыми склонами и узкой полосой пропускания, а затем вновь с помощью следующего преобразования и того же гетеродина вновь поднять частоту сложением отфильтрованного сигнала и того же гетеродина.
Главный смысл был именно в применении одного и того же гетеродина для снижения и повышения частоты - при этом компенсировался уход частоты этого гетеродина, достигалась повышенная стабильность работы устройства.
Потом оказалось, что в этом случае появляется зеркальный канал уже для этой пониженной частоты из спектра преобразованных сигналов, научились делать стабильные генераторы, и этот принцип вытеснили приемники с двойным преобразованием.
Здесь, так сказать, половинка принципа Юзвинского - после диапазонного преобразования не два, а одно, преобразования вниз нет, происходит только инверсия спектра. Так что здесь не совсем по Юзвинскому, но очень близко.

БГ
11.10.2013, 22:59
да не почти - а точно. Кстати широко применялся в нашей технике в 60-х годах

Обычно в ту пору их называли, кажется, гетеродинными фильтрами с переменной полосой пропускания.

ex UK8CA
11.10.2013, 23:54
152966

БГ
12.10.2013, 00:11
http://ra3ggi.qrz.ru/UZLY/921035.htm
http://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-sistem-polosovoi-filtratsii-s-vozrastnym-geterodinirovaniem

Коловрат
12.10.2013, 01:52
Shift хорошо выполнен в последних трансиверах Олега Красноперого. Но здесь предлагается другое - использование широкополосных кварцевых фильтров, которых предостаточно на рынке, что и ценно. Интересно, намного-ли увеличатся шумы ?

ex UK8CA
12.10.2013, 03:26
Shift хорошо выполнен в последних трансиверах Олега Красноперого. Но здесь предлагается другое - использование широкополосных кварцевых фильтров, которых предостаточно на рынке, что и ценно. Интересно, намного-ли увеличатся шумы ?
Если больше в тракте приема не будет преобразований и УПЧ будет работать на данной частоте, думаю, шумов будет не больше, чем у обычного приемника с двойным преобразованием, с условием нормальных смесителей.

Добавлено через 15 минут(ы):


http://ra3ggi.qrz.ru/UZLY/921035.htm
http://www.dissercat.com/content/sovershenstvovanie-sistem-polosovoi-filtratsii-s-vozrastnym-geterodinirovaniem
По первой ссылке стандартная схема Юзвинского,с одним гетеродином и двумя смесителями, и в данном случае требуется применение узкополосного кварцевого фильтра первой ПЧ с полосой 3-4 кгц на 9 мгц. При применении LC фильтра в первой ПЧ почти не даст никакого результата.
Упоминание о хороших результатах в Р-250 - глупость. Там приемник построен по интерполяционной схеме с двойным преобразованием, и подобное устройство вобще не может быть применено, так как первая ПЧ-переменная.
Разве что поднять вторую ПЧ с 215 до 500 кгц, затем понизить снова, но это значит ввести два дополнительных смесителя в приемник, где уже своих два есть. При этом один из склонов АЧХ получится все равно таким, как у родного УПЧ
На чтение диссертации не хватило сил, но прочитаю

Евгений240
12.10.2013, 09:23
ex UK8CA, ну и ещё неплохо пояснить для начинающих, что в данном случае, крутизна одного ската АЧХ фильтра будет определятся одним фильтром, а другого - другим. И коэффициент прямоугольности синтезированной АЧХ, будет не лучше, чем у одиночного фильтра.

Relayer
12.10.2013, 09:36
На руках находится много фильтров от УКВ радиостанций, которые имеют достаточно хорошие характеристики , но широкую (15-25 кгц) полосу пропускания.
две проблемы предлагаемого построения тракта:
1) прямоугольность и как следствие подавление боковой
2) динамика будет хромать ввиду широкополосности тракта
если со вторым можно смириться, то первый пункт может быть критичен

Коловрат
12.10.2013, 11:51
Пока одни предположения, а реально кто-нибудь применял? Всё-таки, очень заманчиво!

ex UK8CA
12.10.2013, 13:52
ex UK8CA, ну и ещё неплохо пояснить для начинающих, что в данном случае, крутизна одного ската АЧХ фильтра будет определятся одним фильтром, а другого - другим. И коэффициент прямоугольности синтезированной АЧХ, будет не лучше, чем у одиночного фильтра.
Не совсем так. Если применить одинаковы фильтры, АЧХ получается симметричной - потому что для переднего (нижнего) и заднего (верхнего) срезов используется один и тот же склон частотки фильтров, а именно, в данном случае, нижний. Поэтому можно применять фильтры , у которых один из склонов имеет не очень большую крутизну, то есть, несимметричные фильтры.


две проблемы предлагаемого построения тракта:
1) прямоугольность и как следствие подавление боковой
2) динамика будет хромать ввиду широкополосности тракта
если со вторым можно смириться, то первый пункт может быть критичен
Прямоугольность проверял на макете (2 смесителя и фильтры, вместо Г-2 ГСС, частотку смотрел на ИЧХ), все нормально, потому что используются только нижние скаты АЧХ обоих фильтров, частотка симметричная.
Насчет динамики - не проверял, но в принципе должна быть нормальной, если принять обычные меры. Не буду утверждать это, правда.


Пока одни предположения, а реально кто-нибудь применял? Всё-таки, очень заманчиво!
Только на макете, с проверкой на ИЧХ. Вроде все работало. Сегодня попробую нарисовать диаграммы работы устройства.

БГ
12.10.2013, 15:04
По первой ссылке стандартная схема Юзвинского,с одним гетеродином и двумя смесителями, и в данном случае требуется применение узкополосного кварцевого фильтра первой ПЧ с полосой 3-4 кгц на 9 мгц.

В данном случае требуется применение двух фильтров с полосой пропускания большей, чем минимально необходимая. И всё. Выбор конкретных частот и полос, типы фильтров и так далее - это всё технические детали, определяющие конечный результат, но на идею регулировки полосы гетеродинным способом не влияют никак.

Я из дискуссии выбываю из-за её бессмысленности. На последок рекомендую ещё познакомится с конструкциями Кости Попова (UA1GF) - они опубликованы...

ra6foo
12.10.2013, 15:19
Для начала можно расчитать, есть ли в этом смысл.
Если К прямоугольности фильтров по -20/-3 дб и -60/-3 дб известны,
например 1,3 и 1,8 у фильтра 18 МГц, то получив по -3 дб полосу 3 МГц
или в 6 раз меньше, мы будем иметь Кп в 6 раз хуже или 7,8 и 10,8.
Т. е совсем никудышние.

Владимир_К
12.10.2013, 15:22
По простой причине - 20 мгц будет только тогда, когда полоса пропускания устройства будет равна 0, а все остальные комбинационные частоты будут лежать за пределами полосы пропускания.
Первый фильтр пропускает частоты 10000,0-10015,0 кгц. Давайте примем частоту второго гетеродина равной 20010,0 кгц. На выходе второго преобразователя получим полосу 9995,0 - 10010,0 кгц. Все что выше 10000,0 и до 10015,0 кгц пройдет через второй фильтр.
Возьмем к примеру частоту 10005,0 кгц, которая присутствует в полосе первого фильтра. Она после преобразования даст 10005,0 кгц, и, благополучно пройдет через второй фильтр.
Так вот, 10005,0 кгц мы получим не только в результате смешения 10005,0 кгц и 20010,0 кгц, но и в результате пролаза на выход частоты 10005,0 (это сигнал после первого фильтра), смешения 2f2-3f1=2*20010-3*10005=10005,0, 3*f1-f2=3*10005,0-20010,0=10005,0 и так далее. Я уже Вас отсылал к Бунину. Чтобы убедиться о чем речь, предлагаю Вам подать на смеситель два сигнала, один от кварцевого генератора, скажем 5 мгц, второй от синтезатора или от кварцевого генератора с уводом, чтобы частота регулировалась в пределах нескольких сот герц в районе 10 мгц. Потом узкополосный фильтр на частоту 5 мгц. И гляньте выход Вашего устройства осциллографом. Если засинхронизировать осциллограф по одной компоненте, (это скорее всего будет максимальная по амплитуде), можно увидеть и несколько других, когда частоты различаются ровно в два раза (но на несколько герц в стороне). Понятно, что отфильтровать их абсолютно нечем.
Так что проблема не только когда полоса пропускания равна нулю. И что самое печальное. Применение одинаковых фильтров, обусловливает чтобы частота второго гетеродина была в два раза выше частоты фильтра. То есть отношение частот 0,5 со всеми комбинационными частотами при таком раскладе. Наверное такой вариант построения тракта возможен, но если второй фильтр будет на другую частоту. То есть, надо уйти от соотношения 0,5.

ex UK8CA
12.10.2013, 18:38
Первый фильтр пропускает частоты 10000,0-10015,0 кгц. Давайте примем частоту второго гетеродина равной 20010,0 кгц. На выходе второго преобразователя получим полосу 9995,0 - 10010,0 кгц. Все что выше 10000,0 и до 10015,0 кгц пройдет через второй фильтр.


При уходе от соотношения 0,5 и фильтрах на разные частоты мы получаем обычный тракт с двойным преобразованием. Но в этом случае есть другой вариант (я вскользь упомянул в конце текста) - сделать вторую ПЧ на частоте несколько десятков килогерц, но выше, чем ширина полосы пропускания кварцевого фильтра, и основное усиление вести на ней.
Например, у нас ПЧ1 10 мгц, полоса фильтра 15 кгц. Подаем на второй смеситель частоту 9065 кгц и на выходе получаем частоты соответственно 35-50 кгц и соответствующую суммарную частоту, которая естественно, отфильтруется. Пропускаем эти частоты через ПФ с частотой 50 кгц (НБП), полосой 15 кгц (и можно даже просто на ФНЧ с частотой среза 50 кгц), получаем на выходе спектр сигнала 35-50 кгц. Если теперь частоту генератора понизить до 9060, полоса на выходе получится 40-55 кгц, частоты выше 50 кгц не проходят через фильтр, у нас получается полоса пропускания 40-50 кгц, то есть , 10 кгц, ну и так далее.
В трансивере по такой схеме для формирования тракта передачи можно применить фазовый метод формирования боковой на передачу на НЧ, с переносом на 10 мгц и далее в рабочий диапазон.
Как вам такой тракт? Я, в принципе, шел по этому пути, здесь, кстати, можно применить фильтры от старой аналоговой аппаратуры уплотнения линий связи, там были отличные ЭМФ на НЧ (16,20 и 24 кгц, по моему, сейчас уже не помню), но можно и просто LC фильтры. Не удалось довести до конца, начались переезды и так далее.

Добавлено через 53 минут(ы):

Блок схема и расклад частот будет выглядеть уже так:153041

Коловрат
14.10.2013, 13:40
Ну вот! Очередная тема заглохла. Хотя, сугубо по моёму пониманию, достаточно применить двубалансные смесители высокого уровня, чтобы всё работало на хорошо.

ex UK8CA
14.10.2013, 22:26
Вполне вероятно. Я выше уже писал, что при испытании на ИЧХ все выглядело вполне себе нормально, но до практической конструкции так и не дошел. Сейчас мне уже не до конструирования, другие проблемы, ну а заглохла тема, видимо, потому что уже не очень актуальна - никто не хочет заниматься конструированием и изготовлением аппаратуры, если есть готовая в продаже.

Коловрат
15.10.2013, 17:54
заглохла тема, видимо, потому что уже не очень актуальна - никто не хочет заниматься конструированием и изготовлением аппаратуры, если есть готовая в продаже
Согласен. Многим легче купить, чем вкючить паяльник.
При случае опробую ваше предложение, благо есть фильтры, а девать их, всё равно, некуда. Разве что-ли, разбомбить их на диффильтры с полосой 3 кГц. Правда, аккуратность требуется, а руки уже трястись стали. Поэтому и склоняюсь к вашему предложению.