Полосовой фильтр на спиральных резонаторах для диапазона 145МГц

После появления в нескольких километрах от моего дома ретрансляционной вышки для вещания FM-радиостанций и телевидения (как аналогового, так и цифрового), прием радиолюбительских сигналов в 2-метровом диапазоне на радиостанцию Baofeng UV-5R и сигналов от спутников на RTL-SDR «свисток» стал невозможен из-за низкого динамического диапазона этих недорогих устройств. Их приемники стали блокироваться мощными внеполосными сигналами. Возникла потребность в фильтрации приходящих в антенну сигналов.

В 2020 году, размышляя над решением проблемы, я наткнулся в сети Интернет на описание конструкции диапазонного полосового фильтра с низкими потерями от радиолюбителя Mile Kokotov (Z33T). Конструкция мне показалась интересной и простой для повторения.

Конструкция и сборка фильтра

Данная статья не является руководством к действию, а лишь описывает мой опыт изготовления данного фильтра. Перед сборкой фильтра рекомендую ознакомиться с авторской статьей. В ней, кроме описания и результатов измерения, так же присутствует множество фотографий от людей, повторивших конструкцию.

Чертеж фильтра УКВ 145МГц
Схема-чертёж фильтра

Фильтр представляет из себя медную или латунную коробку размерами 120x90x50 мм, в которой расположены две катушки индуктивности и два конденсатора с воздушным диэлектриком.

В авторском варианте катушки выполняются из медного провода сечением 6мм2 (диаметр провода — 2,6мм). Такого провода я в местном магазине не нашел и использовал тот, что был в продаже — сечением 2,5мм2 (диаметр провода — 1,78мм).

Обкладки конденсаторов выполняются из медной фольги. Для этого вырезаются четыре круга диаметром от 31до 32мм. Судя по фотографиям от людей, повторивших фильтр, в качестве обкладок какой материал только не используют. От нержавейки до фольгированного стеклотекстолита.

Главное не забывать, что для снижения потерь и повышения добротности необходимо использовать материалы с как можно меньшим сопротивлением. Наверное, одним из доступных решений было бы серебрение катушек, обкладок конденсаторов, регулировочных ботов и гаек. Правда повышение добротности так же повлияет и на полосу пропускания фильтра.

Диаметр катушек — 23мм. Я по своей простоте душевной принял этот диаметр за диаметр каркаса, на который стоит наматывать катушку. Для этого как нельзя лучше подошёл кусок полдюймовой трубы-вставки, используемой для соединения труб после снятия на поверку бытового счетчика воды. Не повторяйте моей ошибки!!! При таком диаметре катушек попасть в диапазон 145МГц не удастся!!! Проверено, как говорится, электроникой.

После осознания ошибки, самым доступным каркасом, как ни странно, оказался обычный аккумулятор типоразмера 18650.

Так как медной или латунной коробки у меня не было, было принято решение делать «коробку» из фольгированного стеклотекстолита. Наверное, лучше было бы использовать двухсторонний стеклотекстолит для лучшего экранирования и меньших потерь. Но я использовал односторонний.

В качестве ВЧ-разъемов были выбраны BNC, так как их у меня было достаточное количество. Так же имелись необходимые переходники и удлинители под эти разъёмы.

Вырезаю из фольгированного стеклотекстолита стенки корпуса будущего фильтра и проделываю необходимые отверстия.

Составные элементы фильтра
Заготовка элементов для сборки фильтра

На следующем изображении можно увидеть как крепятся катушки и оси конденсаторов в стенках фильтра.

Стенки фильтра с гайками
Стенки корпуса фильтра с припаянными гайками

Для крепления катушек припаиваются небольшие гайки к фольге стеклотекстолита. Центр отверстий гаек должен совпадать с осью катушек. Затем, уже в собранной коробке корпуса, катушка припаивается к гайке.

Примерка положения катушки в фильтре
Примерка положения катушки

ВЧ-разъёмы так же припаиваются к будущим стенкам корпуса фильтра. С дешёвыми китайскими разъемами из неизвестного вспененного диэлектрика нужно быть осторожным, так как этот самый диэлектрик очень легкоплавкий и может сдеформироваться.

Припаянные разъемы BNC
Припаянные разъемы BNC

Для осей конденсаторов сверлятся сквозные отверстия в стеклотекстолите. Сами оси конденсатора выполнены из болтов, свободно перемещающихся по резьбе в направляющих гайках, припаянных на стенку фильтра. Фиксация настройки осуществляется еще одной гайкой с обратной стороны корпуса.

После того, как гайки и разъемы припаяны, собираем сам корпус фильтра, пропаивая стыки.

Собранный корпус фильтра на спиральных резонаторах
Сборка корпуса фильтра

Далее припаиваем катушки и обкладки конденсаторов. Для согласования фильтра с сопротивлением 50 Ом необходимо подключить отводы от катушек к центральным контактам ВЧ-разъемов на расстоянии одной четверти длины витка катушки, как показано на схеме-чертеже фильтра в начале статьи.

Собранный фильтр показал, что минимальная частота его настройки оказалась выше 145МГц. Причиной этому была уже упомянутая ошибка с диаметром катушек. Пришлось наматывать катушки заново, используя в качестве каркаса аккумулятор 18650.

Не смотря на изменение диаметра катушек индуктивности, диапазон регулировки все-равно оказался смещённым в сторону более высоких частот. На фотографиях видно расстояние между обкладками конденсатора для центральной частоты в полосе пропускания фильтра — 145.500 МГц. Очевидно, что ни на 110МГц, ни на 120МГц этот экземпляр настроить не удастся.

Для завершения конструкции, припаиваю по контру корпуса полоску медной фольги.

Затем, крышка припаивается к медной фольге, полностью закрывая корпус. Фильтр готов.

Собранный полосовой УКВ фильтр 145МГц
Собранный фильтр

Измерение характеристик фильтра

Характеристики собранного фильтра получились следующие:

  • полоса пропускания по уровню -3дБ составила 5МГц (у автора — 8МГц);
  • затухание на резонансной частоте — 0,49дБ (у автора — 0,3дБ в полосе 5МГц).
АЧХ диапазонного полосового фильтра 145МГц
АЧХ фильтра в диапазоне частот 90-220МГц

Если сравнивать с графиками, представленными в авторской статье, то фильтр получился более узкополосным, менее прямоугольным и с бОльшими потерями в полосе пропускания.

Ещё одной особенностью собранного фильтра является его очень острая настройка. Буквально малейшее изменение положения регулировочных винтов сильно изменяет АЧХ фильтра. В авторском видео всё происходит намного более плавно, нежно и предсказуемо.

Подробная АЧХ диапазонного полосового фильтра 145МГц
АЧХ фильтра в диапазоне частот 140-152МГц

Выводы

Фильтр работает. Он достаточно простой и доступный для повторения.

К сожалению, моя проблема была решена лишь частично. Возможно, это связано с выбором материала корпуса и односторонний фольгированный стеклотекстолит не обеспечивает хорошего экранирования фильтра от мощных внешних излучений.

При повторении конструкции так же стоит учитывать, что «обычный» болт или винт из магазина весьма свободно «ходит» в гайке. Необходимо снижение люфта болта внутри гайки тем или иным способом, так как настройка фильтра при люфте сильно усложняется. Не говоря уже о попытке фиксации положения регулировочного винта контрящей гайкой.

Ещё одной замеченной особенностью в моём экземпляре фильтра было то, что его настройка не изменялась от наличия или отсутствия крышки. При этом в авторском видео отлично видно смещение полосы пропускания фильтра на амплитудно-частотной характеристике при закрывании корпуса.

В будущем, планирую учесть допущенные ошибки и собрать подобные фильтры для своих наземных станций сети SatNOGS, которые на данный момент не функционируют. Так же интересно будет исследовать насколько сильно будет изменяться настройка фильтра от температуры окружающей среды и можно ли использовать подобные конструкции в отдельных герметичных коробках на улице непосредственно возле антенны.