学习制作第一个LC带通滤波器的初步认识与总结

作为业余爱好,之前没有接触过射频方面的知识。

收音机,fm调频话筒等等想必是很多人都想制作的一个入门制作。但是这个里面的振荡,谐振,滤波,虽然在电子报上面频频看见,对于普通爱好者,如果没有示波器,网络分析仪,频谱分析仪,就还是无能为力的。别看似简单,没有仪表的助力,既无法定性,也无法定量。

好不容易凑齐了一个hantek的250Mhz的示波器,一个LiteVNA和一个tinySA ultra,一个电容电感表,还有一堆的材料比如电路板,sma接口。。。外加各种工具杂物。终于可以开始捣鼓玩具级的射频电路了。

今天试制一个很简单的三阶的LC带通滤波器,我只要考虑之前有个100Mh的有源晶振,它有很多谐波,我的第一个想法就是制作一个带通,取出100Mh的纯净信号,后面再想办法取出200Mhz,300Mhz。。。这样也锻炼了动手能力,另外从实用角度看,通过取倍频,也拓展了晶振的用途。

 仿真使用filter solution19. 设置好中心100Mhz,带宽大约5-10Mhz。具体最后怎么样我们先不考虑(才握方向盘,就不要想着飙车,对吧)。主要的用途是在2倍频就是200Mhz抑制到60-70db。这个是主要目的。

特别说明:从频谱仪看了这个有源晶振起振频率是100,低于100是很干净的,厂家做的不错。但是之前我有购买48Mh的无源晶振,它的基频是16的。所以我暂时制作带通,就是想把100以下的也滤除得干净。本来这个需求是制作低通就行了。

板子是空白pcb用雕刻刀或者勾刀割开的,然后用SI9000计算了一个50欧传输线,板子1.38, 中心宽2.45,距接地2. 用刻刀划掉铜箔,制作而成的。然后两边的地用钻头0.7-1.0钻孔,用铜线上下层连起来了(不连起来的话,单独测传输线,在三五百兆时阻抗和回波看得到不平。)。

然后根据情况割开中心的线,接上如上图的元器件。

1.  最开始出现双峰,你调某个线圈(或者某个电容也是一个道理),它会有一个峰会左右移动。如果对准了,s21会好,对不准,s21出现双峰,而且带内衰减特别大。

2. 三个LC都调整到100Mhz的中心频率了,波形还行。但是s11不是很好,要用非磁芯的镊子微调,终于能把s11调到比较好(我的s11总体仍然不好,毕竟电容我不是精确的),只是勉强把重中心调到-20db以上了。先成功一半吧。别让人挫败。

一点思考和感受,还不是经验,有的还是疑问:

1. 电路板上下必须打通地的孔。

2. 我是传输线割开来连接元件的,如果够短的距离,我觉得不需要传输线。看了很多LC滤波的,中间都是一些焊接点(按书上说这些点只是连接支撑,越小越好),LC滤波器设计那本书第一个例子是用铜带制作的微带线制作的。我们就这样循序渐进吧。通常我们盒子是固定的尺寸制作各种不同的滤波器,免不了有元减少和元件多的,元减少的必然两头有很长的微带线或传输线。

3. 就我这个电路,我是焊接了一根短的sma线在中间位置,然后分别调试了三个部分谐振在100mhz。这样似乎要简单一些。单独调试一个LC组合的话,不管串并,串就看s21衰减最小,并的话,看s11最小。但是从最终的调试结果看。就算全部焊接好再调试,你调试时都会引起s21的变化可以看着变化调。

4. 三个谐振都在100,这个s21就完美,而且s11的完美也才能呈现,不然看第二个图,s11就完全没有了。

5. 这个s21能把100Mhz左右的地方压得很低,但是从500Mhz以上到一两个G。s21会抬升。就是说这个参数值,在100左右的工作是足够好,但是对于频率较高,这个电感太大,分布电容大,高频仍然压制不了。如果后面再接一个500M的低通,它的原件值相对小很多,可以压制高频的抬升。后续再做一个来调试。(如下图,544Mhz时。已经高于-60db了)

6. 如果用一个润喉糖的金属盒(注意两头刮掉漆)和sma座子接触好,然后扣上。屏蔽起来,在200M那里就能达到-70db以上,否则会变大,只有-60多。所以这个屏蔽很重要。特别是对右边这里的压制。

7. 调试线圈时,手不能靠近,金属不能靠近,用塑料镊子,我是自制的中性笔管削尖了作为镊子,也很好用。特别是最后的一点点拨动就影响到s11的好不好。我在仿真软件里面试过,L的微调和C的微调都非常影响最终s11在带宽内是否能到-10,-15,-20db。最后的微调对s11影响很大。

8. 电感计算了。绕出来,因为拉得不够紧,会松开一点,就不准了。拨动线圈间距很大也不行。就可以裁剪掉一匝,两匝这样。线径是用的0.55的和0.7的。这个0.7的是音频变压器拆的,质量很好很软。绕起来不回弹。我买的0.55的质量差点,绕5mm的就好,绕8mm的就要散开了。看来这个线圈直径,匝数。和线径要通盘考虑。为了提高Q。间绕可以。但是也不能拉开太大。不美观。也不牢固。

9. 电容,计算是2.896. 只能用3pf的。现在我看了一下。除了常用的1pf开始卖的系列,可以串并联凑某个值,比如图1的400多pf的值。有个问题,就是比如221的。你测它偏大比较多,正常情况下你拿来做其他用途倒是无所谓的,一旦涉及到谐振点,这个就不行了。必须通过微调(比如给它并上电容或者换更低的)。唯一来说,这个值适合电容表的测量,这点不用太担心;另外也有0.1pf到10pf之间的,间隔值0.1的电容卖。如果下血本就买这个和大的电容再配合用。好。钱不是问题,那问题来了。准确值怎么测量?因为分布电容的问题,表不容易测准。这是最大的问题。我的电容表最低档位200pf,只能准到三五pf。你想想这个2.896的你凑了也不是准确的,因为你没法测量。但是呢。它又非常影响s11. 如果你通带内s11不够宽那最终也不行。这个就是说驻波最差劲要2.0,一般1.5,好的1.2以下。s11不行,整体还是不行。

10. 电容的问题,如果仿真是几pf,能否用陶瓷可调?对于vhf我想应该是可以的。我之前买了一包可调,卖家标明是无线话筒专用可调1-8pf。我买来就是为了调试用。另外我还知道特殊情况可以用线拧起来做电容,还可以用铜片做成空气可变或者半可变,通过改变铜片距离或者叠放的覆盖面积而改变容量。有时值非常小,又要调得特别精准,你用串并联没有任何准确测试的情况下,加上还有分布电容的情况下,可调,是很好的解决思路,要不然为什么腔体滤波和螺旋滤波,都用可变电容呢。电视机的U头我看了是经典的调电容。不仅有四联而且加上了微调的垫整电容才行。

拉线电容,过去收音机的垫整电容可以经常看到。

还有种瓷管的,中周下面可以找到。应该是特别稳定。可不可以微调,可以研究研究。

自制电容,原理就是两片金属靠近就是一个电容,包括电路板上面两条线挨得特别近也是一个电容。可以计算出面积。分布式电容常常做成扇形跟地直接形成一个电容。这个可以设计必要时用锡连接或者切割(后续实验再写)

10. 电感特别大和特别小,都很难搞。太大,必须加磁芯减少匝数,才能提高Q,降低分布电容。电感小呢,直径缩小和减少匝数了。都不好调整了。最困难的,一般条件小,电感表最低档只有200uH。根本测不了几nH的。台表可以测比较小的电感,但是因为市面上的台表频率太低,大多到100K,无法复现高频条件下的电感真实值。综合板子的分布参数,准不准呢。这个是个问题。值得思考。

11 .电感固定,如果比较紧密好像可以用绝缘漆固定,用指甲油固定。用高频蜡固定,用环氧胶固定(行吗?),如果拉的比较开,那只能用胶固定了。这个胶需要热膨胀特别小,否则一点温度变化反而影响电感量了。这个还要研究测试。不固定肯定也不行,抖动震动都得改变电感量。

顺便写:我拆了一个卫星机的调制部分(调制到某个固定频道)还是38M中频我忘记了没有去仔细看,这个线圈是用了一团高频蜡连线圈带板子都给封固上了的。FM收音机我们看到线圈中间塞满了絮状物,然后高频蜡封固了。VHF高频头,我们看到线圈是绝缘漆指甲油之类的固定的,没有用蜡和填充物。

有个办法,用胶封固了线圈,然后给它低温和高温测量它的电感变化情况。就能说明能不能用胶固定。后续再实验。

12. 值不适合,找不到元器件或者不容易制作,书上还有个方法是改变输入输出的阻抗,先做阻抗的提高或者降低,然后就能在舒适区设计原件值,完了再转换阻抗到50欧。绕了一下,但是原件值就是常规值了。这是一个曲线救国的思路。后续再学习再实验。

13. 屏蔽,一般用铝盒,两头两颗螺丝或者四颗螺丝的sma接口。这样安装起来就非常好。那个cnc的盒子奇贵。业余我买了几个铸铝的防水铝盒,选择好尺寸看起来还是不错的(最只要便宜),内部有固定电路板的位置了。只是要自己开sma的中心孔和螺丝孔。后面测试了再说效果。

14. 逐渐对LC需要哪些参数增加了了解。而且逐渐熟悉了如何使用网分,要看什么,怎么看。

写了这么多总结的不一定都是正确的,后续将继续实验。谬误之处请大家指正。

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