| Roofing Filter |
しばらく、スペアナのフィルターを作っているうちに、すっかりフィルターづいてしまいました。ついでといっては何ですが、フィルタの勘がにぶらないうちにＨＦ-50ＭＨｚＴＲＸ用のルーフィングフィルタをいじることにしました。まだ、アップコンバージョンに決めたわけではないのですが、昔、真空管式アップコンバージョンで玉砕したときに、このフィルタで苦労したので、細かく特性の見えるスペアナが使えるようになったのを機会に、少し遊んでみたくなったのです。
上の写真は昔、池田電子で入手したフィルタで、どうも2素子のＭＣＦが2枚入っているようです。そのうち、中身をばらしますが、ローインピーダンスでは整合できなかったので、ちょっくら厄介です。
上：真空管式ＵＰコンバージョン機のもの
下：ＲとＣで整合させようとしたもの
いきなり特性図ですが、昔、真空管式（そのあとＦＥＴ）で遊んだときのフィルタが残っていましたので、測ってみたのが上図です。構成素子は、最初の写真にある、45Ｎ17ＣＢです。中心の45ＭＨｚ+/-1ｋＨｚで+0.8/-1.2ｄＢとあまり感心できる性能ではありません。ロスも50Ω系で3.6ｄＢと多めです。同じ図のぐちゃぐちゃの特性はＶＲとＶＣで整合しようと何度かあがいた跡です。入出力インピーダンスも不明、インピーダンスブリッジも無いので、ほとんど手探り状態です。
ＭＣＦと整合回路
まだ、このＭＣＦの使い方に関して完全に理解できていないのでここでは控えますが、同調回路で整合させると比較的良好な特性が得られるようです。とはいってもＦＣＺ50みたいな普通のコイルでは整合できません。また、50Ω系に整合させるには一工夫いるようですが、とにもかくにもでっち上げた結果を下に示します。
スパン200ｋＨｚと50ｋＨｚの特性
このように、うまく調整すると、通過帯域内特性を完全フラットにできます。45ＭＨｚ+/-1ｋＨｚで+/-0ｄＢです。また、肩の特性もスムーズで、これなら整合できていると言ってもいいと思います。ただし、若干フロアが甘いようで63ｄＢくらいしか取れません。4素子なら、あと10ｄＢ以上はとれそうなので、配置/結線の最適化が必要でしょう。また、この手のＭＣＦに必ず出るスプリアスは-30ｄＢ位なのですが、45.910ＭＨｚ（第二ＩＦのイメージ）には何もないので、問題にはならないと思います。ちなみにロスは50Ω系で1.8ｄＢでした。これならＧｏｏｄです。
＜群遅延時間特性＞ 【2003.11.30】
実は、ある時期にオークションで、ＴＲ4172を落札したとき、特性のチェックがてらルーフィングフィルタの群遅延時間特性を図ってみました。下図がその様子です。
上が振幅特性、下が群遅延時間特性
別にどうということはないのですが、整合されているなら、遅延特性の「つの」も左右対称になるはずなので、その様子を録ろうと思ったのです。予想どおりきれいな特性でした。多分、この特性であれば整合には問題が無いのでは？と考えて居ます。
これを測ったＴＲ4172は、残念ながら一部の機能が不全（悪いことに私の最も多用する領域の機能がＮＧ）であることが判明したために、出品者に引き取っていただきました。しかし残念だなあ・・・・・・・・！
| フィルタの歪み |
| Ｒoofiig filterの歪み |
【2003.7.27】
ＶＣＯというか自励発振器の実験をしていて、すこしＲｏｏｆｉｎｇ Ｆｉｌｔｅｒのことが気になりました。いまのところアップコンバージョンをあきらめずに検討してるのですが、Ｃ/Ｎの良好なＶＣＯができたところで、トップに近いフィルタの特性が「へろへろ」では、またまた方式変更になってしまうからです。しかしながら、まあ、こうやって実験しながらあっちへふらふら、こっちへふらふらするのも結構たのしいのですけど・・・・・・・・。
さて、お決まりのごとく、ＳＧ２台とＨＹＢとスペアナでＩＭ測定です。
ＳＧ1---
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ＨＹＢＲＩＤ------ＤＵＴ-----ＳＰＥＣＴＲＵＭ ＡＮＡＬＹＺＥＲ
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ＳＧ2---
以下に結果を示します。
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帯域内の特性 出力0ｄＢｍ×2 ＳＧ１：44.995ＭＨｚ ＳＧ2：45.005ＭＨｚ Ｌｏｗ側ＩＭ：-61ｄＢ Ｈｉ側ＩＭ：-63ｄＢ 平均：-62ｄＢ ＤＵＴのＬｏｓｓ：約2ｄＢ よって入力側ＩＰ3：33ｄＢｍ |
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帯域外の特性 帯域外の減衰域（-50/-100ｋＨｚ離れ）に入力信号を設定し、帯域内の45ＭＨｚに生じるＩＭ積を測定した。 ＳＧ１：44.95ＭＨｚ ＳＧ2：44.90ＭＨｚ ４５ＭＨｚに生じるＩＭ（左図の中心成分）は-66ｄＢ よって入力側ＩＰ3：35ｄＢｍ ちょっとフィルタの特性が前の写真に比べてひしゃげているのはご愛嬌です。 |
どうも、上図をみると、入力ＩＰ３は30ｄＢｍ以上は取れているようなので、いままでのミクサーやアンプを使って「そこそこ」の特性のＴＲＸはできそうです。また、逆にアップコンバージョンをする場合、こういった、パッシブ素子のＩＭ特性で全体のＩＭが決まってしまうのは、ある程度予想はしていましたが、逆に「一点豪華主義」が通じない（＝無意味になる）ので、全体をまとめるには「センス」も必要なのだな・・・・・と変に納得しています。（ＶＮ66ＡＦＤのミクサーなんて、「まったく、意味が無い〜〜〜by John Lenoso」になってしまう・・・・うう、悲しい（笑））
＜う〜〜ん、残念＞ 【2003.7.29】
Ｉ様から、通過帯域内のＩＭ特性はどうなってるのか教えて欲しいとのメールをいただきました。２信号が+/-5ｋＨｚでは、ＩＭ積はフィルタの減衰の影響を受けませんか？とのご指摘です。ごもっともなので測ってみました。
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ＳＳＧ1：45.000ＭＨｚ ＳＳＧ2：45.002ＭＨｚ 平均ＩＭ：-52.5ｄＢ よってＩＰ３（入力）＝28ｄＢｍとなります |
このフィルタは２素子（ＭＣＦ？）×2のようなのですが、多分、前の結果では前段で発生するＩＭ積が後段で若干減衰を受けていたようです。結果は微妙です。28ｄＢｍというと、ＭＩＸやＡＭＰの特性は楽勝なのですが、ルーフィングフィルタがボトルネックになるということでしょうか。しかし、まったくの「へろへろ」という特性でもない。・・・・しかし、ええい、9ＭＨｚのシングルコンバージョンに浮気してしまおうかな？？？？？？？という感じもしてきました（笑）。
パッシブ素子のＩＭって理論どおりきれいに1：3で変化するのかどうか測ってみました。下の図がその結果です。どうも、ある領域で1：2になったり、また1：3にもどったりと、なんとも「スカっと」しません。入力レベルの低いほうのＩＭ積から外挿すると、ＩＰ３はずっと低くなって18ｄＢｍ近辺です。一方、入力の高い領域のＩＭ積を外挿すると約10ｄＢ高い30ｄＢｍとなって、上記の結果とほぼ一致します。
Roofing FilterのＩＭ特性
希望する信号が微小で、隣にある大きな妨害信号群が大きく、それらのＩＭ積で微弱な希望信号が妨害される状況を考えると、どうも、希望波信号強度の低い領域に落ち込むＩＭ積の特性が重要になってくるように見えます。そう考えると、上記フィルタのＩＰ３としては18ｄＢｍと考えるのが正しいのでしょうか？この辺は、gatenではなくご意見をお伺いしたいところです。
＜追加実験＞ 【2003.8.4】
このところ、連日のようにＩＭチャートを作っています。こうなると、測定器の扱いも馴れたもので、だいぶ時間短縮ができるようになりました。実は、いろいろ、測定していくうちに、フィルタの振幅特性と、ＩＭ積に関連があるのではないかと思うようになりました。自作ラダーフィルタの特性が悪いのは、振幅特性がひしゃげているから、、当然、遅延特性もゆがんでいると思われます。これは伝送系の歪みがあるわけで、通過帯域内のＩＭ積の特性に影響を及ぼしているのでは？と考えてみました。
総入歯じゃなかった、そういえば、45ＭＨｚのこのルーフィングフィルタも上記写真にあるように、ちょっとゆがんだ特性を気にせずに測ってしまっていました。 これを、最初の写真のようにきれいに整えて、測定しなおしてみました。それが以下の特性です。
45ＭＨｚルーフィングフィルタのＩＭ特性
このように、以前の特性に比べて、だいぶ特性がよくなっていることがわかります。これだと、「まあまあ、使えるかも」という感じでしょうか？フィルタも調整によって特性が大きく変わるので、まるで「生き物」のようですね。
多分、下のラダーフィルタの帯域内の歪みも、同じような理由によるものではないかと考えています。
この結果と下のＳＳＢフィルタの様子から勘案すると、中心周波数に対して、対称な形をしたきれいなフィルタの歪み特性が良好になるような気がしてきました。まだまだ、２例だけなので断定はできませんが。。。。。。
| 9ＭＨｚＳＳＢフィルタの歪み |
こうなると気になるのがフィルタの歪みです。ルーフィングフィルタの帯域内の特性は、なんとなく釈然としないので、もっと帯域の狭いＳＳＢ用のフィルタの特性についても、取得してみることにしました。ただ、このセクションはルーフィングフィルタのはずなのですが、あまり細かいことは気にしないことにします。
さて、まずマッチングですが、ＦＢ801にトリファイラで巻いた1：9のステップアップ/ダウントランスを使います。ＸＦは古（いにしえ）の八雲通信のＹＦ90Ｈ2.4という代物です。今はもう手に入らないのかもしれません。ちょっとびっくりしたのはその特性です。帯域内のフラットさと帯域外の減衰特性の素性のいいこと！こんないい特性だったとは思いませんでした。そういえば、このフィルタ、昔、８ｂａｎｄ-ＴＲＸに３個も使ったのですが、特性を取ったのは初めてのような気がします。
9ＭＨｚＳＳＢフィルタの特性
ＣＦ：9ＭＨｚ ＳＰＡＮ：5ｋＨｚと20ｋＨｚ
下図はＩＭ特性です。帯域内の特性を取っていて気がついたのは、すなおに1：3でＩＭが落ちていくことです。推定ＩＰ３は２６ｄＢｍです。このほかにも、ジャンクの帯域が17ｋＨｚのＸＦ（10.7ＭＨｚ）の特性取得をしましたが、45ＭＨｚのルーフィングフィルタと同様、ＩＭ積の様子は1：2になったり、ひどいところは1：1近くになってしまったり、とんでもない感じでした。
９ＭＨｚＳＳＢフィルタのＩＭ特性
帯域内は8999.5/9000.5ｋＨｚの２波 帯域外は9020/9040ｋＨｚの２波による測定
それに比べると、この特性は好感が持てます。また、帯域外の特性はさらに素直で、測定できる全帯域できっちり1：3になりました。これはＧｏｏｄです。帯域外の信号によるＩＰ３(?)は28ｄＢｍ程度になります。
いろいろ実験していて気がついたのですが、もし、狭帯域のＸＦをトップフィルタとして採用すると、主に、ＩＭは通過帯域外を考えればいいのではないかと思い始めました。2.4ｋＨｚの帯域は希望波を通過させるのに必要な帯域であって、妨害としては、ＸＦの通過帯域外の信号による相互変調積が、通過帯域に落ち込んで、希望信号を妨害することになるからです。45ＭＨｚのルーフィングフィルタの場合、そうはいきません。通過帯域が17ｋＨｚもあるため、この帯域に強大な妨害波が数波あって、ＩＭ積が第２ＩＦの通過帯域に落ち込むことだって、可能性としてはあります。したがって通過帯域内のＩＭ特性が重要になるわけです。
最初はかっこよさと「はやり」だったので、ルーフィングフィルタを用いたアップコンバージョンに触手が動きましたが、ＰＬＬの近傍雑音のことも考慮すると、あまり良い特性が望めないかもしれません。昔ながらのシングルコンバージョンが一番良さそうとは、ちょっとがっかりですが、事実なので仕方ありません。 さて、これからどうしようか・・・・・・・・・・・。
＜ラダーフィルタの場合＞ 【2003.8.3】
ついでといってはなんですが、手当たりしだいフィルタのＩＭを測り始めてしまいました。そのなかで面白かった特性を追加しておきます。ＳＳＢ用ではないですが、スペアナ用に遊んでいたフィルタがありましたので、コイツの特性を見てみます。ＢＷは約３ｋＨｚですので、上記と比較すると面白いと思います。
オリジナルでは抵抗で整合（ロス）させていましたが、これではトータル損失は15ｄＢにもなるので1：4のバイファイラー巻きトランスを付けて、ロスは3ｄＢ弱に抑えています。
ラダーフィルタ（８素子）のＩＭ特性
この特性をみると、極めて面白いです。帯域内のＩＭは1：1で減衰し、帯域外はほぼ１：3になっています。何が原因でこういう特性になるのか解りませんが、上記の八雲のＳＳＢフィルターに対して、帯域外のＩＰ３（？）は３２ｄＢｍと、良好な特性が得られています。これを見ると、ますます「迷い」が深まるばかりです。
| Roofing Filterの歪み（２） |
【2004.5.15】
車遊びも少し落ち着いたので、無線遊びに少し引き戻されてきました。
国際のＭＦをいじっていて、なんとなーくルーフィングフィルタが気になり始め、なんと６組も作ってしまいました。結果はは悪くないのですが、どうも行き当たりばったりで、誰かの仕事のやり方に良く似てるなぁ・・・・（マズイ！）
勢ぞろいの45Ｎ17ＣＢとマッチングさせたモジュール（５０Ω終端）
上の写真は、とりあえず整合させてみたモジュールです。どうせＩＭ特性はばらつくはずだから、なるべく多く作って選別しようと思いました。しかし、６個も作るとさすがに飽きたので、ここで小休止。 ところで、超高ＩＭ特性を誇るといわれている、Ｉ○○Ｍ社のＩＣ7800（伏字になってない！）のルーフィングフィルターは、どんなにごっついものを使ってると思いきや、こいつと大きさは変わらないような感じです。やっぱり、「選別するぞ」と、カタログにコメントがありました。
さてさて、ＩＭ特性を測るのに、ハイブリッドが要りますが、今回ＣＱ誌３月号の記事を参考に-6ｄＢＨＹＢを作ってみました。意外とＦ特性も伸びて、0.3-100ＭＨｚまで使えそうです。（ＦＴ50-43 ２個にバイファイラ１０回巻き）
-6ｄＢ ＨＹＢ
コイツの入力に6ｄＢｍ×２のＳＳＧ（8657Ｄ）出力をぶち込んで、0ｄＢｍ×2の信号を得ます。
３次のＩＭ特性（中央は45ＭＨｚ）
ＣＦ：45ＭＨｚ ＳＰＡＮ：50ｋＨｚ ＳＳＧ１：+10ｋＨｚ ＳＳＧ2：+20ｋＨｚ
左の２つのｓｕｐｕｒはＳＳＧのもの？
ごらんのように、３次の成分が-82ｄＢなので系のＩＰ３は41ｄＢｍになりますか・・・・。これとＤＵＴを通った信号をスペアナで見るわけです。ＤＵＴの損失が約3ｄＢです。10ｋＨｚ、20ｋＨｚ離れでは２波は減衰するので、２波が-3ｄＢで減衰するという仮定して、ＩＭ比を見ると、下図から約-69ｄＢ（表示の-71.6ｄＢｍから-3ｄＢｍを引いて）なので、入力ＩＰ３は約34ｄＢｍということになります。
ＭＣＦの帯域外ＩＭ特性例（+10/+20ｋＨｚ離れの妨害波による）。
このＩＭ成分絶対値を６個のＭＣＦについて見ると
-71、-72、-74、-75、-82、-86 （ｄＢｍ）
でした。それぞれ、ＩＰ３は
34、34.5、35.5、36、39.5、41.5 （ｄＢｍ）
になります。まあ、後半の２個は、系のＩＰ３を考えるとほとんど歪まないことが分かります。６番目のＩＭ絶対値で-86ｄＢｍというのはなにか系のＩＭとＤＵＴのＩＭで相互に打ち消し合ってこんな低い値になったのかも知れません。いずれにしても後半２個の発生する歪みは十分低いようです。これを下に示します。
ＭＣＦの帯域外ＩＭ特性例 ２ （+10/+20ｋＨｚ離れの妨害波による）
これにはちょっと驚いたのですが、低歪みの理由が素子の特性に起因するのか、マッチングの良さに起因するのか不明です。ちなみに上記例2の振幅遅延特性を下に示しますが、特にほめられたものでもありません。普通の特性です。
ＭＣＦの振幅−群遅延特性例
８０μＳ／ｄｉｖ ＳＰＡＮ：50ｋＨｚ
○○-7800がＩＰ＝40ｄＢｍと言ってるので、ＭＣＦは劣化要因にならないのかしら？と思いましたが、もし10ｋ/20ｋＨｚ離れで評価するなら、なんとなく専用設計の選別品なら実現できそうな気がしてきました。