バラックの実験回路
| Band Pass Filters |
夏のような日差しがまぶしく、家にこもって無線工作なんて「不健康」なことをやる気が起きません。しかし、なんとか進めないと・・・・何時まで経っても次のテーマに進めない・・・・。 そこで、思いっきり汗を流すと、少しははんだのにおいが恋しくなりました。
さて、受信トップ/送信ミクサー後の帯域制限用ＢＰＦに進むことにします。今まで、送信側は４連のバンドパスフィルタをよく使っていたのですが、どうも再現性があまりよくありません。他の方法が無いかと思って、ＷＥＢをぶらついてると、ありました。ここに良さそうな設計法があるではないですか。早速、進藤ＯＭにメールして、ソフトを送っていただきました。まずはトレーニングに、簡単な３連ＢＰＦを作ってみました。データ等はそのうちアップしますが、びっくりしたのは、損失が少なく、かなり急峻なフィルタができることです。
バラックの実験回路
いつもの空中配線です。これは19-21ＭＨｚの通過帯域を狙って、インピーダンスは50Ωで計算してみました。
特性図
ＣＦ：20ＭＨｚ ＳＰＡＮ：50ＭＨｚ
損失は1.2-1.5ｄＢで10ＭＨｚ離れで-60ｄＢです。拡大すると、通過帯域は驚くほどフラットです。帯域外は80ｄＢまで減衰します。ちょっと設計値より下側の周波数にパスバンドが来てしまいましたが、どこをどのようにいじればいいのか、シミュレーションしてみようと思います。しかし、このＢＰＦは再現性によっては、かなり手強い武器になりそうです。
＜ＢＰＦモジュールとして組んでみる＞ 【2004.6.12】
さて、上記のＢＰＦですが、シミュレーションをする前に、何個か作り始めてしまいました。いつもの悪い癖です。
えいやっとばかり４つも作ってみる
これで、特性を測りながら、ＬＣの感受性？を見ていきました。オリジナルの回路を拝見すると、直列共振回路をＣで結合しているように見えるので、シリーズになっているＬＣがそれぞれのの共振周波数をもち、ＢＰＦの特性を決めているのだろうと考えました。接地されてるＣは結合量を決めるのかなと勝手に解釈して、あまりいじるのは止めてみました。回路をにらんで勝手に想像したので、まったく見当違いかもしれませんが。・・・・・シミュレーションをすれば一発ですが、今回は時間の関係でパスです。
やってみると、思ったとおり、シリーズになってるＬＣで特性が大きく変わります。もともと、Ｃの誤差は写真のようなセラミックコンデンサを使えば+/-20％くらいはありそうなので、表示値をうのみにしても、きれいな特性は実現できません。ＴＧ/スペアナを見ながら職人的なカットアンドトライを要求されます。Ｌはトロイダルを使えば、かなり正確なので、Ｃを増減するわけです。Ｃメータで図って、計算値にあわせたＣを数個で合成してもいいのでしょうが、肝心のＣメータの誤差がどのくらいあるか分からないので、これもあてになりません。
ということで、８つばかり、いろいろ固定Ｃをとっかえひっかえトライしましたが、やっぱりトリマーコンデンサで調整するのが良さそうです。
こんな感じでトリマーでやってみる
下の写真は、9-11ＭＨｚはトリマーで追い込んだ場合（左）で、19-21ＭＨｚは出たとこ勝負でＣをとっかえひっかえした場合（右）です。トリマーの損失が大きいとＮＧかと思いましたが、別段フィルタとしての損失は大きくないようです。（実は、この特性は最後に示すＢＰＦジュールに組んだあとで、リレーで選択した場合の特性図です。）この場合、大きくても損失は2ｄＢ以下、通常は1.5ｄＢ以下です。下図の21ＭＨｚ帯は0.8ｄＢくらいしかありません。また、トリマーを使ったほうが、素直な特性に仕上げられるようです。
特性図 左：9-11ＭＨｚ 右：19-21ＭＨｚ
ＣＦ：20ＭＨｚ Ｓｐａｎ：40ＭＨｚ
上記のごとく、感覚がつかめたので、１０バンド分をくみ上げてみました。①3.5-5ＭＨｚ ②5-7ＭＨｚ ③7-9ＭＨｚ ④9-11ＭＨｚ ⑤11-13ＭＨｚ ⑥13-15ＭＨｚ ⑦15-17ＭＨｚ ⑧17-19ＭＨｚ ⑨19-21ＭＨｚ ⑩50-52ＭＨｚ の１０バンドです。なお、個々の設計値はBＰＦ設計ツールに所要の値を入れれば出てくるので、ここであえて記載するのは止めておきます。50ＭＨｚは、まだ、並列共振タイプになっていますが、そのうち交換します。リレーは例のごとく80円で大量に仕入れたやつです。同軸リレーのような高級なものではありません。
１０バンドＢＰＦモジュール
こいつの特性の一例を以下に示します。実は、このＢＰＦにカットオフが60ＭＨｚ近辺の定Ｋ型１段ＬＰＦをかませてあります。当然ですが、リレーがいい加減なので、100-130ＭＨｚ近辺でフィードスルーが若干あり、その低減に必要だったからです。このＬＰＦはＨＦ-50ＭＨｚまでロスがほとんどゼロなので、まったくＢＰＦ本体の特性に影響はありません。
広帯域のＢＰＦモジュール特性（19-21ＭＨｚ選択時）
ＣＦ：100ＭＨｚ Ｓｐａｎ：200ＭＨｚ
ちょっと不思議なのは40ＭＨｚ帯に鋭いスプリアスがあります。バンドによって、出たり出なかったりなので、ちょっと厄介ですが、時間の余裕があれば追求してみます。（このまま放置する可能性が大きいが・・・）
通常の並列共振タイプのＢＰＦを、このようないい加減なリレーで切り替えると共通インピーダンスによる結合で、フィードスルーがたいへん大きくなります。ところが、直列共振型のこのＢＰＦは帯域外減推量も大きく、結合が少ないようです。４００円もする同軸リレーを使わないでも、１０バンドのＢＰＦモジュールが構成できるので、これはすばらしい設計法ではないかと思います。
最後に一応ＩＰ３も測っておきました。いい加減なセラコンをたくさん通るので、もしかしてＩＭ劣化があるかと心配になったからです。ルーフィングフィルタのＩＭの測定に使った系で測定したら、ＩＰ3は40ｄＢｍ以上であることは確認できました（やれやれ）。