Режекторный, полосно-заграждающий фильтр на диапазон FM (87,5 - 108 МГц).

 Самодельный антенный усилитель с аналогичным фильтром на входе, который, вопреки всякой логике, был подсоединён к цифровой приставке DVB – T2 в непосредственной близости от Останкино, откуда велись передачи, как эфирных цифровых каналов телевидения, так и радиовещательных станций, внезапно оживил её.  Такой фильтр защитил  верхние диапазоны коротковолнового ресивера от радиовещательных передатчиков FM диапазона, ослабляя просачивание мощных помех  в побочные каналы приёмника в виде искаженного в узкой полосе радио тракта частотно-модулированного сигнала.

На фото 1. Спектры телевизионных и радиовещательных передатчиков в диапазоне частот от 53 до 110 МГц. Максимальные амплитуды несущих частот принадлежат телевышке в Останкино. Расстояние прямой видимости составляет 5 км.

 Казалось бы, какая связь между частотами 87,5  - 108 МГц и мультиплексными цифровыми пакетами, разбросанными в дециметровом диапазоне от 490 до 820 МГц? Если отсутствует линейность антенного усилителя или входного каскада приёмного устройства, то сигнал от близко расположенного радиовещательного передатчика на их выходах ограничится, и будет иметь высшие гармоники. Теперь вместо одной частоты радиовещательной станции, например 100 МГц, в принимаемом тракте будут усиливаться, и преобразовываться  кратные частоты:  200 МГц, 300 МГц, 400 МГц, 500 МГц…, стоп! Мы уже попали в один из мультиплексных каналов цифрового эфирного телевидения, а уровень гармоники, а теперь это уже уровень помехи, соизмерим с уровнем полезного телевизионного сигнала, качество последнего падает до нуля, и можно похоронить просмотр цифрового телевидения.

Фото 2.

 Такое возможно в непосредственной близости радиовещательного передатчика. А если нет возможности повысить линейность, как антенного усилителя, так и приставки-ресивера, то остаётся подавить мешающие станции фильтром, который не даст им вырасти в тракте усиления до ограничения, чтобы не рассыпаться веером помех на выходе, забивая полезный сигнал.  

На фото 2 - антенна передатчика ЧМ мощностью 1 кВт. Мощность передатчиков ЧМ (FM) составляет от 0,1 до 4 кВт.

      

                                                             Конструкция фильтра.

 Самая простая конструкция – фильтр-пробка.

Рис. 1 самая простая конструкция фильтра-пробки.

Фото 3.

 В прошлом веке наши отцы и деды пользовались таким простым приспособлением, чтобы устранить помехи с экрана телевизора. На ощупь наматывали катушку, ставили подстроечный конденсатор с номиналом 10 – 30 пФ и, вращая его, устраняли помеху. Ставился такой фильтр в непосредственной близости от телевизора в разрыв коаксиального кабеля.

Рис 2. АЧХ простого фильтра.

 Он достаточно эффективно работает и ослабляет частоту помехи более чем на 30 дБ. Недостаток в его узкой полосе. Таким фильтром можно было закрыть старый диапазон ЧМ (66 – 73 МГц), где работало несколько радиовещательных станций. С новым диапазоном FM (87,5 – 108 МГц), занимающим более 20 МГц этот фильтр уже не справится.

  Самодельный фильтр, выполненный на контурах с хорошей добротностью, по сравнению с современными пьезокерамическими фильтрами и фильтрами на ПАВ (SAW)  имеет преимущество, которое заключается в ничтожном затухании (до 0,3 дБ) в рабочей полосе частот. Это особенно важно в случае, когда антенна без усилителя.

Рис 3. Режекторный фильтр на 4-х колебательных контурах.
L1, C1 - 98 МГц.   L2, C2 - 98 МГц.   L3, C3 - 108 МГц.   L4 C4 - 88 МГц.

Фото режекторного фильтра.

  Классический режекторный фильтр на 4-х колебательных контурах показывал расчетное подавление в полосе заграждения более 30 дБ.  Эту величину реально получить тщательным образом подстраивая каждый его элемент. Для меня это была очень трудоёмкая задача, поэтому пришлось упростить процесс настройки путём добавления нескольких дополнительных контуров.  

Теперь такая конструкция будет оправдана хорошей повторяемостью с учётом разброса номиналов. Имея подавление более 30 дБ, в дополнительной регулировке такой фильтр уже не нуждается. Вносимое затухание фильтра в дециметровом диапазоне составляет 0,3 дБ, а в коротковолновом - 0 дБ.

Рис. 4. Режекторный фильтр с дополнительным количеством контуров обеспечивает лучшую повторяемость параметров и проще в настройке.  L4, C4 - 88 МГц.   L5, C5 - 108 МГц.   L6, C6 - 94 МГц.    L7, C7 - 99 МГц.

 

Фото 5.

Рис. 5. Эскиз фильтра.

                                                 

  Регулировка фильтра.

Рис. 6. АЧХ фильтра (рис. 4).

 На рисунке  представлена его  характеристика после первой настройки с установкой постоянных  номиналов. Идеальной формы кривой в виде перевёрнутой буквы «П» с подавлением более 40 дБ можно добиться после повторной регулировки фильтра. Для проверки такого фильтра использую генератор стандартных сигналов и микровольтметр с детекторной головкой, (вход, которой нагружен на сопротивление 50 – 75 Ом)  или анализатор спектра. На плату устанавливаю контура с катушками L1 – L4. Контур L4 – настраиваю на нижний участок диапазона 88 МГц подстроечным конденсатором, затем устанавливаю контур L5 и настраиваю его на верхний участок диапазона 108 МГц аналогичным образом. Далее проверяю неравномерность в полосе подавления фильтра и пики усиления  ослабляю поочерёдно подстройкой контурами L6 и L7. Проверяю неравномерность в полосе режекции. Для получения  идеальной характеристики процесс настройки повторяю, но уже установленными контурами. Подстроить их можно чуть раздвигая или сжимая витки катушек.

Фото 6. Частотная характеристика фильтра на экране прибора Х 1 - 42.

  Фильтр необходимо поставить перед антенным усилителем, а если антенна без усилителя, то на входе приёмного устройства. Сам же фильтр необходимо экранировать, используя металлическую коробку с разъёмами.