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 полового 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.

          А как будет выглядеть этот фильтр в программе RFSimm99?

Рис.2.  Схема фильтра с номиналами катушек индуктивностей и конденсаторов.

Фото 5.  АЧХ фильтра. Rвх = Rвых = 50 Ом. Обзор 55 - 200 МГц. Неравномерность 0,2 дБ.

Фото 6. АЧХ фильтра. Rвх = Rвых = 75 Ом. Обзор 55 - 200 МГц. Неравномерность 0,9 дБ.

         

Фото 7. Рельная характеристика фильтра 87,5 - 108 МГц. АЧХ на приборе Х1-42. 

           

Полосовой фильтр авиадиапазона (118  - 136 МГц) в программе RFSimm99.

Рис 3.  Полосовой фильтр 118 - 136 МГц.

Фото 8.  Обзор 80 - 200 МГц. Rвх = Rвых = 50 Ом.

Фото 9.  Rвх = Rвых = 75 Ом.  Полоса 118 - 138 МГц по уровню 3 дБ.

Фото 10. Макет фильтра 118 - 136 МГц.

На фото 10 макет фильтра. Все катушки по 8 витков намотаны проводом 1 мм на оправке 4 мм, виток  к витку (без пробела). Отвод от 3-го витка. Учитывая ёмкость монтажа следует изменить ёмкость конденсаторов с 15 пФ на 12 пФ и 10 пФ на 8,2 пФ. 

Фото 11. АЧХ фильтра на экране прибора для исследования амплитудно частотных характеристик (Х1-42).

                 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 4. Схема антенны.

                                                   Конструкция антенны.

Фото 12. Заготовки из 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 13

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).

   . 

 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.