Проектирование и изготовление ФНЧ 7-го порядка

Назначение устройства

Фильтр низких частот (ФНЧ) предназначен для работы в составе приемного тракта КВ-диапазона (0–30 МГц) в связке:

Антенна ➔ ФНЧ ➔ UP-CONVERTER (125 МГц) ➔ SDR HACKRF ONE

ФНЧ должен обеспечить:
  • Защиту от перегрузки: для изоляции ап-конвертера и 8-битного АЦП HackRF от мощных сигналов вещательного FM-диапазона (88–108 МГц).
  • Фильтрацию зеркальных каналов: сигналы выше 35 МГц должны быть надежно изолированы, обеспечивая перенос в рабочую зону ПЧ (125–155 МГц) исключительно чистого спектра КВ-диапазона.
Исходные данные для расчета
  • Тип аппроксимации: Чебышёва (обеспечивает максимальную крутизну спада за полосой среза).
  • Порядок фильтра: 7-й.
  • Расчетная частота среза: 32 МГц.
  • Входной / выходной импеданс: 50 Ом.
Принципиальная схема

       L1 (0.33 мкГн)      L2 (0.36 мкГн)      L3 (0.33 мкГн)
 In       ┌───┐               ┌───┐               ┌───┐        OUT
───┬──────┤   ├──────┬────────┤   ├──────┬────────┤   ├──────┬───
   │      └───┘      │        └───┘      │        └───┘      │
  ─┴─               ─┴─                 ─┴─                 ─┴─
  ─── C1            ─── C2              ─── C3              ─── C4
   │  (148 пФ)       │  (237.5 пФ)       │  (237.5 пФ)       │  (148 пФ)
   │                 │                   │                   │
───┴─────────────────┴───────────────────┴───────────────────┴───

Спецификация

ЭлементРасчетное значениеФактическое значениеПараметры намотки / исполнения
C1148.01 пФ155 пФСоветский, трубчатый
C2237.54 пФ235 пФСоветский, трубчатый
C3237.54 пФ235 пФСоветский, трубчатый
C4148.01 пФ155 пФСоветский, трубчатый
L10.33 мкГн~0.33 мкГнØ провода: 0.83 мм (0.9 мм в изоляции). Оправка: 9 мм. Витков: 6.057. Длина: 5.48 мм.
L20.36 мкГн~0.36 мкГнØ провода: 0.83 мм (0.9 мм в изоляции). Оправка: 9 мм. Витков: 6.429. Длина: 5.816 мм.
L30.33 мкГн~0.33 мкГнØ провода: 0.83 мм (0.9 мм in изоляции). Оправка: 9 мм. Витков: 6.057. Длина: 5.48 мм.

Конструктивные особенности
Топология корпуса: Корпус изготовлен методом спайки из пластин двухстороннего фольгированного стеклотекстолита. Внутреннее пространство разделено вертикальными текстолитовыми перегородками на изолированные секции для каждого звена фильтра. Это исключает паразитную емкостную связь между входом и выходом "по воздуху".
Ориентация конденсаторов: В фильтрах и высокочастотных контурах для минимизации помех  принято подключать внутреннюю (экранированную) обкладку конденсатора к общему проводу (земле), а внешнюю — к источнику сигнала.
Взаимное расположение катушек: в отдельных секциях, под углом, "на встречу".
ФНЧ
Конструкция ФНЧ 7-го порядка

Результаты измерений на NanoVNA
  • Потери в полосе пропускания (Insertion Loss): -0.5 дБ. 
  • Реальная частота среза: 35 МГц (по уровню -3.9 дБ).
  • Эффективность подавления (Roll-off): -60 дБ на частотах 64 МГц (2-я гармоника) и 96 МГц (3-я гармоника).
    АЧХ фильтра

При проектировании и изготовлении использовались следующие материалы
Еще: , ,