メーカー製スペアナはＩＦバンド幅が極めて多く切り替えできるようですが、アマチュアが作るスペアナの場合、このような構成を採用するのは大変困難です。第一、多種のＢＷのフィルタを集めるだけでも大変なのに、これを遅延平坦型（位相直線型）のフィルタにしないと、スイープ時に、要らぬ「お化け」に悩まされることになります。ここでは、いろいろなフィルタを「細工」して、そういった測定器に必要とされる特性を実現していこうと思います。これ以降、いろいろ実験しながら、フィルタを作ったり、集めていきます。しかし、出たとこ勝負で、目的に合ったフィルタが実現できなければ、その用途はさっさとギブアップするつもりです。ということで、第３Ｌｏは何個か発振器を持たないとだめかもしれません。だって、全部10.7ＭＨｚで揃いそうにないですから。

　できれば、この目的までは達成したいと思います。せっかく、第1ＬｏはＹＩＧ、第2/第3ＬｏはＸｔａｌを使ってＣ/Ｎを改善するのですから。このためには、1ｋＨｚ離れで、最低60ｄＢ、できれば80ｄＢの減衰量は欲しいところです。Ｂｗは0.3-0.5ｋＨｚといったところでしょうか？ＣＷフィルタが似たような特性ですが、遅延平坦型フィルタなんて、手に入るのでしょうか？。それならば、ということで作ってみます。着想は、以前、３バンドのＴＲＸを作ったとき、７素子+３素子のラダーフィルタを作ったのですが、そのときに、帯域内振幅特性がなだらかな山型になっていたので、何か条件が揃えば、遅延特性も平坦になるかもしれないと思ったからです。その後、構成素子に損失があると、やはり振幅特性がなだらかになる様子がわかったので（多分、遅延特性は平坦だろうとの読み）トライしたものです。

《１》予備実験

　フィルターを作るといっても、クリスタルフィルタでアマチュアが自作できるのは、ラダーフィルタだけです。これは、ＪＡ１ＡＣＢ難波田　大ＯＭがＳＳＢハンドブックにまとめた記事がオリジナルで、その後、ＪＡ６ＢＩ田縁（これまた）大ＯＭが熊本シティスタンダードで普及させました。ＨＡＭ　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｎｏ44に詳しい記事があります。その後のアクティビティは、全てこれらがベースと言えるようです。私も８年くらい前の作品で使ってみました。結果は、なかなか再現性も高くｇｏｏｄでした。今回もこれを使ってみます。

　水晶は、１年ほど前に、秋葉で10個１００円で７０個入手した9.8304ＭＨｚという表示のものです。メーカーは不明なので、なんとも怪しげです。ＴＯＣＲＹとはどこでしょうか？（ま、あまり気にしないで行きますけど）

水晶単体写真　
　



バルクの写真

（１）共振周波数と並列容量測定
　最近は、なにをやるにも面倒くささが先にたつので、これも一気に測れないと、やる気がすぐに減退します。いちいち、ＳＳＧをスイープするのはやめて、トラッキングジェネレータのお世話になりました。単に、水晶を直列にして、管面を見るだけです。ピークサーチで直列共振周波数を読んで、Δマーカーで飛ばして、並列共振を測ります。並列容量は定番の秋月の容量計キットの出番です。

測定の様子


　
　
直列共振と並列共振　


　

容量測定

（２）基礎データ
　直列共振周波数の分布を下図に示します。８素子なら、4-5本くらいは構成できそうです。Ｂｗが500Ｈｚなら、+/-20Ｈｚくらいに収めたいものです。直-並列共振周波数差は平均で22.5ｋＨｚでした。端子間容量は平均4.5ｐＦで、ほとんどばらつきません。これが測定できればSSBハンドブック/ＨＪ44の有名な式で、簡単に計算できます。

　　　　Ｂｗ/Ｂｓｐ＝ｘ＝1/（1+Ｃｂ/（２Ｃａ））

　　　　Ｚ=1/(2πＦｓＣｂ）

ただし　Ｂｗ：設計帯域幅　Ｂｓｐ：直並列共振周波数差　ｘ：比率（ＳＳＢハンドブックより）
　　　　　Ｃｂ：装荷容量　Ｃａ：水晶の端子間容量　Ｆｓ：直列共振周波数　Ｚ：終端インピーダンス

その他、いろいろパラメータを振りたいので、2ｋや800Ｈｚくらいのものも作ってみます。

　直列共振周波数の分布
（周波数は9825.あるいは9826.以下10Ｈｚ単位であり、０〜は9826.00ｋＨｚを表す。）

《２》構成例

（１）ＢＷ＝３ｋＨｚ程度
　ラダーフィルタは８年ぶりなので、まず、ウォーミングアップに、２-3ｋＨｚくらいのものを作ってみます。
ＢＷ＝３ｋＨｚ　　　Ｃｂ＝58.5（60）ｐＦ　　　Ｚ＝288Ωで組みました。
３素子からはじめて５素子に増やすことで帯域幅はすこし狭まり、帯域外減衰量が増加する様子を下の図に示します。５素子では意外と帯域外減衰量も取れているようです。70-80ｄＢは確実です。実はコンデンサにセラミックを使っています。いい加減に作ってこの特性ですから、期待が持てそうです。これを一気に８素子に拡大してみます。このとき、-3/-6/-60　（ｄＢ）の帯域はそれぞれ、2.08/2.60/4.77　（ｋＨｚ）でした。6/60ｄＢの形状比は1.83で良好です。遊んでいたら、なんかＳＳＢ用のまともなフィルタができてしまいました。実際はもう少し狭いほうがいいでしょうが・・・・。 設計値より、若干帯域が狭まるようです。帯域外減衰量は80ｄＢくらいに見えますが、実はＺ＝288Ωを整合するために２２０ΩのＲをシリーズに入れていて、測定系のダイナミックレンジに「損失」が出ています。これを差し引くと、次に示すように90ｄＢ近い値が得られるはずです。５０Ω系でまともに使う1：4のステップアップ/ダウントランスが必要ですね。

３素子と５素子の減衰量の違い（SPAN=20kHz)



実装の様子（3,5,8素子で特性取得）




8素子の特性　（SPAN=10kHz)

（２）ＢＷ＝１ｋＨｚ程度
　つぎに、少し帯域を狭めて見ます。
ＢＷ＝１ｋＨｚ　　　Ｃｂ＝１９３（200）ｐＦ　　　Ｚ＝８３．８Ωで組みました。
スパンは5ｋＨｚなので、けっこう狭いフィルタです。-3/-6/-60　（ｄＢ）の帯域はそれぞれ、650/815/1620　（Ｈｚ）でした。やっぱり、設計帯域より若干狭くなります。中心から1ｋＨｚ離れで、75ｄＢも減衰しています。また、帯域外減衰量も-88ｄＢと90ｄＢ近く取れています。以前に、第2ＩＦフィルタを110ＭＨｚ帯で測定したときは、測定ＢＷが大きく（＝残留雑音が大きい）、ここまで測れませんでしたが、今回は90ｄＢ程度のダイナミックレンジがありそうです。　通過帯域内は振幅平坦と遅延平坦の中間的特性です。形がいびつなので、遅延特性がいいのか解りませんが、バターワースのように角張っていないので、少しは気休めになります。ちなみにこのコンデンサは贅沢にＳＭを使っています。もっとも、あとで、これはセラミックに替えて、どの程度特性が変わるか試してみます。（水晶が一個１０円なのに、３００円もするコンデンサをこんなに大量に使えません！）

　８素子の特性（SPAN=5KHz)



実装の様子（ＳＭコンデンサは後でセラミックに交換？）

（３）ＢＷ＝0.5ｋＨｚ程度
　ここまで、設計値より、実際は帯域が狭くなってしまうので、６ｄＢ　ＢＷ＝400-500Ｈｚを狙って、650Ｈｚ程度で設計してみます。
ＢＷ＝０．６５ｋＨｚ　　　Ｃｂ＝３０２．５（300）ｐＦ　　　Ｚ＝５３．６Ωで組みました。
まずは、５素子で様子をみます。

５素子の特性（SPAN＝10ＫＨｚ）

-3/-6/-60　（ｄＢ）の帯域はそれぞれ、370/490/1960　（Ｈｚ）でした。中心はそれなりに狭いですが、スカート特性がやはり甘いようです。しかし、帯域外減衰量は90ｄＢちかく取れているようです。これを、８素子化したのが、下の図です。-6/-60　（ｄＢ）の帯域はそれぞれ、400/1160　（Ｈｚ）でした。ＳＦは2.9とちょっと甘めです。これは、素子に損失がありすぎるときにスカートが甘くなる感じがします。セラミックＣはちょっと考え物かもしれません。しかし、中心から1ｋＨｚ離れで87.5ｄＢも減衰しているので、ＳＳＢのＩＭＤ特性は楽勝で測定できるはずです。

8素子の特性（SPAN＝10ＫＨｚ）



８素子の実装の様子

　ここまでは、トラッキングジェネレータがあれば、大量の水晶から選別することで、だれでも実現できそうです。問題は、これらのフィルタのロスと遅延特性のトレードオフを考えにといけないのですが、とりあえず、このままでも、スペアナのフィルタとして使えそうな気がしています。今後、時間があれば、（２）と（３）の中間的特性に持っていこうと思っています。

　2003.1.18

　この用途にはＦＭ放送受信用のセラミックフィルタが適任です。昔から千石や鈴商で集めていたフィルタをジャンクボックスから取り出してみました。

左から、�@、�A、�B、�C　

　左から２番目のＭＣＦは今回直接関係ないですが、ついでに特性を取っておこうと思っただけです。以下に特性をあげておきます。トラッキングジェネレータの送り出しは5ｋΩのＶＲで、試料の受けはバッファーをかましてみました。

�@	�AＭＣＦ（21.4ＭＨｚ）
�B	�C

　上図より、21.4ＭＨｚのＭＣＦは単に抵抗結合では整合できないようで、「角」が生えています。この整合法については、あるノウハウがあるのですが、これは別の機会に書くことにします。ざっと見ると箱型�Cの中心周波数がかなりずれていました。こんなこともあるのですね。この中では、茶色の３端子�Bの中心周波数付近のなだらかさは抜群なので、縦列につないでみることにします。以下はその様子です。

シールドあり　２個シリーズ	特　性　図 -3/-6/-60　（ｄＢ）　帯域幅は　186/240/660　（ｋＨｚ）
シールドあり　３個シリーズ	特　性　図 -3/-6/-60　（ｄＢ）　帯域幅は　134/180/530　（ｋＨｚ）
シールド無し　３個シリーズ	特性図

　上の写真を見比べてみると、２個シリーズでかなりの特性が得られます。帯域外減衰量も-80ｄＢ程度取れています。これが３素子になると3ｄＢくらい向上しますが、今度は通過帯域から減衰域にかけてのの振幅ディップが出てきています。また、このフィルタは５-６ｄＢの損失があるので、３個も並べると、フィルタ間にアンプが要ることになりそうです。　しかし、まあ、２個使いか３個使いのいずれかを選ぶことになると思われます。

　また、フィルタ入力のシールドを外すと、減衰域の特性が15ｄＢくらい劣化します。水晶を並べたラダーフィルタと異なり、入出力の距離が近いために迷結合が生じているのでしょう。

　【2003.2.7】

　さて、狭いのと比較的広いフィルタのめどが立ったので、中間的なやつにトライします。１５ｋＨｚくらいのフィルタは、１０．７ＭＨｚをＩＦにもつＦＭトランシーバがあれば、手にはいるような気がしていましたが、秋葉でもそんなものは見かけません。唯一、サトー電気で３端子のモノリシックフィルタが目に付く程度です。ジャンクボックスからも、ずっと昔に手に入れた、この手のフィルタがあったので、これをいたずらしてみることにします。

この３端子のＸＦは＠４００円でサトー電気で売られています。仕様は一切不明。整合はカットアンドトライが要求されます。 二種類あるのは、購入時期の違いと思いますが、さて・・・

（１）２個使いの特性
　まず、上記のフィルタを整合させるために、ちょっといじってみます。下の図のようにＸＦの中間に小容量のＣで終端すると、帯域内特性もフラットで、なおかつ減衰域の大きなリップルも出ないで済みます。（このＣがないと高い周波数域に大きなリップルが出ます。）これでなんとか整合はできてるようです。

ＢＵＦＦはこれです

SPAN:100kHz	SPAN:500kHz

　ただし、帯域内は平坦でも、カットオフ域はかなり鋭く減衰量が変化しています。多分、遅延特性も極めて大きなピークがあると思われます。これは形はいいけど、スペアナのフィルタとしてはちょっと使いたくありません。帯域外のスプリアスは50ｄＢほどなので、まだまだ不十分です。

　ということで、ちょっと細工をするためにフィルタ間をアイソレートしてみました。2ＳＫ241と単同調リンクつきアンプでＸＦを切り離して整合を図りました。下図がそれです。

CF:10.7MHz SPAN:100kHz	SPAN:500kHz

　このようにすると、角張った振幅特性が、だいぶ丸みを帯びてきます。いい感じです。ただし、この手のＸＦ固有のスプリアスが、大きく見えてきました。これはなんとかしないといけません。幸いにも、この章のトップで示した、違う種類のＸＦ（10Ｍ15Ａと10.7Ｍ15Ａ　いずれも10.7ＭＨｚですけど）があるので、お互いにスプリアスの周波数が重ならなければ、もっと、抑圧できると思います。

(２）３個使いの特性
　10Ｍ15Ａを一個、10.7Ｍ15Ａを２個用いて、さらに途中にバッファアンプをいれて、バラックで作ってみたのが下の様子です。

３個使いの場合　　　各ＸＦをアイソレートしています。

バラック実験です

　実験のため、上図に示すごとくいい加減な配線ですが、得られた特性は意外とまともです。下図をご覧ください。帯域外のスプリアスも78ｄＢは取れていますので、まあ、なんとか使えるぎりぎりでしょう。ただし、帯域内の特性はもう少し調整がいるかもしれません。

CF:10.7MHz SPAN:100kHz	SPAN:500kHz

　このようにアンプを入れたりするとＩＭ特性が心配ですが、もともとこのフィルタの帯域内部に落ちるＩＭ成分は、基本波と団子になって分離できないので、問題にはならないのでは？と考えています。以前に所有していたＭＳ62ＢのＩＦ回路もＸＦが３−４段あって、その間にログアンプが入るような形式だったので、こんな構成でもいけるかもしれません。いずれにしても、最終的にＩＭに関しては調整（構成も含めて）が要るでしょう。

　ということで、500Ｈｚ，1ｋＨｚ、15ｋＨｚ、150ｋＨｚのフィルタができました。さて、あと何個用意すればいいのかなーーー？

　　【2003.2.14】

　フィルタを作っていて、使うコンデンサの種類によって特性が変化することに気づきました。そこで、コンデンサの「良さ」を測ってみることにしました。

　　【2003.2.21】

　スペアナ用フィルタのうち、フルスパン（ＤＣ-1.8ＧＨｚを想定）を測定するためのフィルタをＬＣで作ってみました。

　
　　【2003.4.18】

　2月ころに実験していたラダーフィルタのデータが出てきました。出来損ないですが、メモとしてアップしておきます。