О сайте

Всем доброго времени суток! Я, Вячеслав Юрьевич, или просто В.Ю. приглашаю Вас в свой блог. Почему блог так называется? Я дедушка и, как все деды, люблю поговорить о былом и поучить молодёжь. Читайте мои посты с советами обо всём, а особенно о здоровье.
До новых встреч!

суббота, 3 февраля 2018 г.

Самодельный полосовой фильтр FM диапазона (87,5 – 108 МГц) и рамочная антенна.

 Бывают такие радиоприёмники и такие места, где любимая радиостанция едва пробивается с  шумом, треском, хрипотой и рокотом помех. Один из симптомов – это перегрузка приёмного тракта  мощным передатчиком, работающим вне радиовещательного диапазона приемника, а так же влияние индустриальных помех от работающих электродвигателей, генераторов и импульсных преобразователей напряжений.
 Исправить положение поможет полосовой фильтр на входе приёмника или антенна, а может симбиоз из фильтра и антенны. Поэтому, предлагаю собрать полосовой фильтр на диапазон FM, а затем смастерить  малогабаритную антишумовую антенну.

                  Полосовой фильтр на частоту 87,5 – 108 МГц.

 В современных бытовых приемниках, как правило, на входе уже стоит полосовой фильтр, выполненный на ПАВ (фильтр поверхностных волн). Однако нет большего удовольствия, чем собрать аналогичный полосовой фильтр на дискретных элементах и сравнить их характеристики, тем более что режекторный полосовой заградительный фильтр на этот диапазон уже был создан раньше в этом блоге.
 Это уже не первый фильтр, который я собрал, а его особенность – это хорошая повторяемость, минимальные потери в полосе пропускания (не более 2 дБ) и достаточно большое ослабление вне полосы пропускания приёмника (до 70 дБ в коротковолновом диапазоне). Аналогичный фильтр я применил в самодельном приёмнике с двойным преобразованием частоты, вот уже два года этот экземпляр безукоризненно трудится на даче.
 Здесь же я решил продлить и расширить тему, несколько улучшив параметры фильтра. Теперь можно уже забыть о влиянии мощных коротковолновых передатчиках соседей-радиолюбителей.
 Настраиваюсь радиоприёмником на радиостанцию, которая в отличие от других сопровождается потрескиванием и шумом. Подсоединяю в разрыв меду антенной (проволока, равная четвёртой части длины волны, что составляет 75 см)  и входом приёмника полосовой фильтр, и шум и потрескивание пропадают. Казалось, что фильтр должен ослабить чувствительность на пару децибел и радиостанция должна полностью утонуть в хаосе помех, но произошло обратное явление, и радиопередача вынырнула на поверхность, освобождаясь от них.

Фото 1.

 На экране анализатора спектра (фото 1) видны все радиостанции в полосе пропускания прибора, которая составляет  200 МГц. Это телевизионные,  радиовещательные и коротковолновые радиостанции, а так же помехи проводных модемов. Полоса диапазона FM выделена зелёным прямоугольником. В Москве и в Подмосковье в этой полосе частот работают более 40 радиостанций.

Фото 2.

 Теперь рядом с антенной я кладу батарейную дрель и нажимаю на курок. Еле видимые глазом искорки от контактных щёток дрели излучают помехи в широком диапазоне волн.  Пейзаж на экране резко изменился (фото 2). Теперь помимо радиостанций в полосе приёма дополнительно присутствует  масса  несущих частот от искрящихся щёток моторчика. Бюджетному приёмнику переварить такой пейзаж не под силу.

Фото 3.

 Картина  выглядит совсем иначе (фото 3), когда по входу стоит полосовой фильтр. На экране анализатора спектра полный штиль и только как фарватер открыт диапазон FM. Волна даже не шелохнётся, если я нажму на курок электродрели. 

                                     Схема полосового фильтра.

Рис 1. Схема полосового фильтра.

                                        Конструкция фильтра.

Фото 4. Макет полосового фильтра.

 Фильтр выполнен на одностороннем фольгированном стеклотекстолите. Все катушки наматываются проводом диаметром 1 мм на оправке 5 мм и содержат по 2 витка (L3, L4, L5) и 12 витков (L1, L2). C1, C2 – 10 пФ, С3, С5 – 82 пФ, С4 – 120 пФ.

                                       Характеристики фильтра.

Входное и выходное сопротивление фильтра 50 Ом.
Затухание в полосе пропускания фильтра – 2 дБ.
Полоса пропускания по уровню 2,5 дБ составляет 82 – 110 МГц.
 Неравномерность в полосе пропускания 1 дБ.
Ослабление на частотах 30 - 50 МГц – не менее 70 - 60 дБ, а на частоте 150 МГц – не менее 50 дБ.

Фото 5. АЧХ полосового фильтра.


                                      Антишумовая антенна.

 Особенность диапазона 87, 5 – 108 МГц – это широкая полоса принимаемых частот, которая составляет 20,5 МГц. Антенна в виде проволоки размером, равным четвёртой части длины волны (75 см), на предельной дальности приёма, перекроет только половину диапазона. Лучше в этом случае поведёт себя телескопическая  антенна, размер которой можно скорректировать на краях  диапазона. Но обе антенны ведут себя крайне плохо в условиях сильных помех.
 Время вспомнить о рамочной антенне. Прежде всего, это параллельный колебательный контур, настроенный в резонанс и как всякая замкнутая система он способен ослаблять помехи, то есть работать также как и полосовой фильтр. Достоинство такой антенны – это маленькие габариты. Однако от этих самых габаритов нельзя ожидать хороших результатов по дальности приёма, хотя её усиление не хуже телескопической антенны, правда, только на отдельном участке диапазона, исключительно из-за своей узкой полосы резонанса, которая составляет около 10 МГц. Таким образом, перекрывая только половину FM диапазона, она всё же работает лучше, а иначе бы не назвал бы её антишумовой антенной.

Рис 2. Схема антенны с согласующим устройством.

                                                   Конструкция антенны.

Фото 6. Заготовки из пивной алюминиевой баночки.

 Для изготовления такой антенны мне потребовалась алюминиевая баночка из-под пива. Весь её расчёт состоял в раскрое материала на части для изготовления конструкции похожей на квадрат (в идеале рамка должна быть круглой, а её рекомендуемый периметр обычно составляет 10 часть длины волны). В качестве материала так же годится медь, латунь, фольгированный стеклотекстолит. В старых ламповых приёмниках с УКВ диапазоном антенна была помещена внутри корпуса лампового агрегата. Теперь самодельная рамочная антенна, размещена на задней крышке, что вполне приемлемо для носимого или настольного варианта приёмника.

Фото 7. Макет рамочной антенны. L 1 - провод диаметром 1 мм, 5 витков намотаны на оправке диаметром 5,7 мм.
С1, С2 - конденсаторы подстроечные. С 1 - 5/30 пФ (15 пФ). С 2 - 2/10 пФ (3 пФ)


 Убедившись, что такая антенна реально работает и без фильтра, останется только сделать рамочную широкополосную антенну, которая перекрыла бы весь диапазон FM. Но об этом в следующем посте.
Фото 8.

17 комментариев:

  1. А разве вещательная аппаратура имеет входное сопротивление 50 Ом?
    Всю жизнь было 75...
    А у фильтра 50. Или опечатка?

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Но не всю жизнь, а до 90-х годов прошлого века. В коаксиальном кабеле 50 Ом потерь меньше.

      Удалить
    2. Производители аппаратуры про 90-е годы не знают, поэтому по инерции продолжают лепить аппараты с 75-омным входом. Например Marantz SR5008. Недавно помогал подключить аппарат, у которого для антенны УКВ 2 антенных разъёма: 75 и 300 Ом.
      И с затуханием кабелей тоже не всё гладко. Делал на даче пассивный ретранслятор GSM, кабель использовал какой-то РК-50-4-хх, и антенны тоже сделал на 50 Ом. 7 посеребреных жил центрального проводника, потом фторопластовая лента, 2 экрана, один из которых тоже посеребренный. Я этим кабелем когда-то тянул компьютерные сети. Потом нашёл бирку и с справочнике увидел, что затухание на 1 ГГц около 0,5 дБ/м. В то же время у кабеля RG-6U затухание на 1 ГГц около 0,3 дБ/м. Надо было делать ретранслятор на 75 Ом, а то у меня на крыше граница полутени и прямой видимости, а на земле полутени и тени.

      Удалить
  2. Здравствуйте, почитал ваш блог,очень много полезной для меня информации в области радиолюбительства .Нет ли у вас опыта создания антенных коммутаторов для приемных антенн до 1 Ггц?

    ОтветитьУдалить
  3. Здравствуйте. Опыта нет, напрямую не сталкивался. Вроде бы на этих частотах удобно на СВЧ PIN-диодах переключатели делать. Последовательная схема резистор - диод – резистор для одной антенны, для другой антенны такая же цепочка. На цепочку подаётся напряжение, диод открывается, его сопротивление стремиться к 0, через разделительные конденсаторы, расположенных по обе стороны от диода, антенна соединяется с входом. Но это теория. На практике всё сложнее.

    ОтветитьУдалить
  4. С такими диодами я не сталкивался,делал на три обзорные антенны(дискоконус 25-900 Мгц,волновой канал 144+433 мГц,диполь полуволновой на 27 мГц) для сдр приемника,на двух вч реле(нашел схему коммутации в интернете),но так как опыта проектриования вч особо нет,из этой затеи ничего не вышло,очень большое затухание получилось,и почему то этот коммутатор полностью подавлял си-бишный диапазон.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Да, СВЧ монтаж требует особого подхода. Включите в поисковике фразу «коммутаторы, переключатели антенн на PIN-диодах». Будут статьи, схемы, форумы, советы. Я советую каждую антенну снабдить ВЧ усилителем для их дополнительной развязки и уменьшения потерь, а после усилителей установить коммутатор.

      Удалить
    2. Анонимный3 марта 2018 г., 8:22

      Спасибо,почитаю,а вы не знаете какую нибудь толковую литературу по СВЧ монтажу,доступным языком желательно.Например,раньше на платах ВЧ усилителей я никогда не видел множества мелких отверстий ,а сейчас прям повсеместно они встречаются,для чего они?

      Удалить
    3. Datasheet.ru даташит информация об электронных компонентах: микросхемы, транзисторы, диоды и др. В этой технической документации приводятся примеры готовых устройств на разные частоты. Например, для СВЧ транзистора или микросхемы предлагается готовая монтажная плата на ту или иную частоту. Разработчики СВЧ аппаратуры пользуются программами для расчёта ширины и длины печатной дорожки, катушек индуктивности и конденсаторов на необходимую частоту.
      Множество металлизированных отверстий на печатной плате – соединение с печатью (проводящим слоем) с обратной стороны платы, они обеспечивают дополнительную экранировку участка схемы, обеспечивая устойчивое усиление неспособное к самовозбуждению.

      Удалить
  5. Доброго времени суток,уважаемы В.Ю.

    У меня на дизельном авто стоит CB-радиостанция OPTIM-Apollo. КСВ-1,5. Тем не менее, когда нажимаешь на педаль газа идет характерная помеха. Эта помехе не по питанию (СВ-рацию запитывал от отдельной АКБ). При этом на FM-приёмнике такой новодки нет. У другой рации President Willyam установленной на таком же автомобиле такой проблемы нет.
    Чтобы не покупать новую рацию, думаю, что надо попробовать на входе собрать дополнительный полосовой фильтр на частоту 27 Мгц.
    Пожалуйста, если Вас не затруднит, подскажите как рассчитать такой полосовой фильтр желательно наименьшего размера, чтобы запихать внутрь СВ-радиостанции.
    Можно ли использовать Вашу схему, увеличив число витков L3, L4, L5 в 3,5 раза? Насколько влияет геометрия печатной платы?
    Из приборов имеется только ГВЧ, С1-49 и мультиметр.
    С уважением, Илья.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Здравствуйте, Илья. Этот тип фильтра не подходит, так как он широкополосный и его диапазон составляет 20 МГц. Больше подойдёт полосовой фильтр на связанных контурах (две спиральные катушки с отводами и конденсатором связи). Фильтр работает как на приём, так и на передачу, а поэтому малогабаритные катушки индуктивности (чип-индуктивности) – сгорят от мощности передатчика (10 ватт). Такой фильтр целесообразно делать отдельным экранированным модулем с соответствующими ВЧ разъёмами.
      Чтобы избавиться от помех, попробуйте для начала расположить антенну подальше от капота (иногда достаточно расстояния в один метр) или с другой от него стороны.
      Проблема может быть из-за некачественной антенны или соединительного коаксиального антенного кабеля.
      Если с переносом антенны и её замены не получится, то только после праздников попробую смакетировать полосовой фильтр на 27 МГц.

      Удалить
  6. Анонимный6 мая 2018 г., 17:57

    Добрый день, Вячеслав Юрьевич.
    Большое спасибо, что не оставили мой вопрос без внимания.
    Действительно, полоса в Вашем фильтре – это весь диапазон УКВ-2. А мне то надо всего 1МГц, ну или чуть больше 2 МГц, если использовать все сетки (от А до Е) CB-Band’а.
    Лучший способ борьбы с помехами – это их устранение. У меня в машине «шумят» только форсунки, поскольку зажигания в ней нет. Навешивать рядом с ними ферритовые кольца, мне боязно. Опасаюсь, что «завалятся» фронты, и изменится режим форсунок, а это вряд ли «понравится» двигателю.
    Можно попробовать соединить капот с массой авто, используя гибкую медную шинку. Но тогда надо сдирать лакокрасочное покрытие авто. Это делать не хочется, придётся особо тщательно за ним следить, чтобы оно не коррозировало.
    Антенна у меня и без того стоит далеко от капота – в задней части крыши. Тут можно увидеть собственно монтаж антенны. http://www.pathclub.ru/forum/index.php/topic,10432.msg145365.html#msg145365
    Буду признателен Вам за мысли и предложения.
    P.S. Помеха тем больше, чем больше нагрузка на двигатель. Замечено, что нажимании газа в горку помеха сильнее, ни движении с горки на таких же оборотах, при нажатой педали газа – помеха слабее.
    С уважением, Илья.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Здравствуйте, Илья.
      Вы правы, что лучший способ – это устранить помехи в двигателе. Как правило, электронные блоки в автомобиле сделаны в экранированном корпусе, но я не уверен в экранировке силовых проводов и цепей управления. Надо найти источник наибольшего излучения и попытаться провести дополнительную его экранировку. Попробуйте вместо анализатора использовать карманный радиоприёмник СВ, ДВ с магнитной антенной. При приближении радиоприёмника к источнику помехи его диапазоны зарокочут. Таким образом, можно найти место, нуждающееся в дополнительной экранировке. Сами провода питания электронных блоков работают как излучающие антенны. Хорошо отсекают импульсные помехи силовые фильтры, выполненные на дифференциальных катушках. Аналогичные схемы фильтров я использовал в сетевом фильтре.
      Самодельный сетевой фильтр из доступных деталей
      Такие фильтры отсекают помехи и по силовым проводам питания. Сами провода тоже должны быть экранированы. В качестве эксперимента, для дальнейшего решения, можно временно их обмотать фольгой и найти корпусную точку заземления.
      Я пока попробую смакетировать антенный фильтр на 27 МГц для радиостанции. Мне как минимум потребуется неделя.

      Удалить
    2. Анонимный16 мая 2018 г., 19:52

      Добрый день, Вячеслав Юрьевич.
      Огромное Вам спасибо за проделанную работу и подробное описание!
      В моей памяти где-то смутно возникают имена собственные: Баттерворта, Чебышева и, увы, больше ничего. :(
      Как появится свободное от работы время обязательно соберу такой генератор.
      Надеюсь, что это окажется интересным и полезным не только для меня.
      Судя по фото вы пользуетесь свип-генератором? Если "да", то по какой он схеме собран (если, конечно, он самодельный)? Имеет ли он "пилу" для Х-входа осциллографа?
      С благодарностью, Илья.

      Удалить
    3. Здравствуйте, Илья.
      На фото 5 экран старенького характериографа, измерителя АЧХ, Х1 – 42 советских времён. Его полное название – прибор для исследования амплитудно-частотных характеристик.

      Удалить
    4. Да, по поводу помех от двигателя на радиостанцию. Я проконсультировался с бывалым авто радиолюбителем и вот что он посоветовал сделать в этом случае.
      Корпусной антенный разъём должен иметь хороший проводящий контакт с кронштейном, а тот в свою очередь, с крышей машины. Крыша машины служит противовесом антенны и их надо рассматривать как одно целое. Необходимо проверить КСВ у непосредственно закреплённой к крыше антенны. Возможно, её надо будет подстроить (см. методику установки Ант.) по минимальному значению КСВ (1 – 1,5). В салонах-магазинах, занимающихся продажей радиостанций, есть недорогие измерители КСВ.
      Предпочтение надо отдать антеннам с длиной около двух метров с удлиняющей катушкой. Маленького размера антенны на магнитном основании на передачу работают неэффективно.
      Корпус радиостанции необходимо коротким путём соединить с массой автомобиля.

      Удалить