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
Корпус. 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".
Монтаж. В фильтрах и высокочастотных контурах для минимизации помех  рекомендуется подключать внутреннюю (экранированную) обкладку конденсатора к общему проводу (земле), а внешнюю — к источнику сигнала. А для минимизации паразитной электромагнитной связи катушек - L2 размещена под углом, а L1 и L3 включены "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): -70 дБ на частотах 64 МГц (2-я гармоника) и 96 МГц (3-я гармоника).
    АЧХ фильтра

При проектировании и изготовлении использовались следующие материалы
Еще: , ,