Кварцевые лестничные фильтры Коэна

Из Radio Communication, July 1995

Ряд многополюсных высокоэффективных SSB и CW кварцевых лестничных фильтров был описан на страницах периодической печати (например, в разделе журнала за январь 1994 г, стр. 38..39 и за июль 1994 г, стр. 56…67). В них использовался метод Чебышева для получения большего затухания за пределами полосы пропускания (высокая крутизна скатов характеристики за пределами полосы пропускания) и методика расчёта коэффициентов, необходимых для определения ёмкостей конденсаторов связи в фильтрах. Но существуют и другие способы создания фильтров. Например, в фильтрах Баттерворта достигается максимальная плавность АЧХ и плоскость её вблизи средней частоты полосы пропускания, компромиссные фильтры Коэна обеспечивают минимальное затухание в рабочей полосе частот, и, при применении реальных резонаторов, обеспечивают приемлемую АЧХ. Фильтры Коэна, в союзе с LC-контурами, широко используются на входе радиоприёмных устройств, включая высокоэффективный лампово-полупроводниковый приёмник конструкции G3PDM 70-х годов.

Несколько лет назад, Wes Hayward, W7ZOI в статье “Designing and Building Simple Crystal Filters” (QST, July 1987 pp. 24…29) показал, как просто, применяя обычные недорогие кварцевые резонаторы можно получить прекрасные фильтры, используя метод Коэна, не заморачиваясь расчётами коэффициентов для определения емкостей конденсаторов связи, причём, все применяемые конденсаторы имеют одинаковую ёмкость, и все кварцевые резонаторы - одинаковую частоту.

Хотя пессимисты склонны считать такие фильтры компромиссными, в самодельных конструкциях приёмников часто встречаются кварцевые лестничные фильтры Коэна. Фильтры Коэна достаточно симметричны и более подходят для фильтрации CW сигналов, нежели для SSB. Как отмечает W7ZOI: Фильтр Коэна кварцевый или другой является достаточно простой схемой. Это очевидно, если рассмотреть его с точки зрения связанных резонаторов, все коэффициенты связи - одинаковы. Более того, коэффициент нагруженной добротности крайнего звена фильтра является производным (обратной величиной) от коэффициента связи. Практическое упрощение может быть достигнуто, если мы исследуем общий случай – схему фильтра Рис. 1.

Рис. 1. Обобщённая схема кварцевого фильтра Коэна. Все конденсаторы имеют одинаковые ёмкости. У всех резонаторов одинаковые частоты. Rterm – сопротивление нагрузки

Все применённые конденсаторы имеют одинаковые ёмкости. Параллельно включенные конденсаторы являются согласующими элементами, а последовательные, в крайних секциях фильтра, служат для правильной настройки схемы.

В журнале QST за 1997 год была опубликована статья, представленная W7ZOI и WA6IVC, где приводилась практическая конструкция трёх-кристального (Рис. 2), четырёх- и шести-кристального (Рис. 3) фильтров. В них применялись как недорогие резонаторы от блоков цветности ТВ приёмников - 3,579 МГц, так и более дорогие -4,000 МГц. Входные и выходные импедансы CW фильтров на этих резонаторах могут быть в районе 50 Ом, SSB фильтров - 200…500 Ом. На рисунке 4 показан способ, коим можно встроить фильтр в действующий приёмник и, таким образом, подобрать импедансы, для получения соответствующих АЧХ.

G8MOB отметил ранее и промышленное применение двухкристального лестничного фильтра с чебышевской характеристикой в приёмнике Racal RA-1772

Рис. 2. а) – Схема простого CW фильтра Коэна с использованием трёх кварцевых резонаторов частотой 3, 579 МГц от блока цветности ТВ приёмников системы NTSC; b) – АЧХ фильтра. Пунктирной линией обозначены обратные потери, характеризующие качество согласования импедансов

(разработки 1972 года). Фильтр с центральной частотой 1,4 МГц был установлен на входе усилителя, который выходил на смесительный детектор и использовался для выделения седьмой гармоники из спектра прямоугольных импульсов с частотой 200 кГц.

Рис. 3. а) – Схема фильтра Коэна на шести резонаторах с частотой 3,579 Мгц; b) – на графике показаны в сравнении АЧХ трёхкристального и шестикристального фильтров. Крутизна скатов увеличена ценой увеличения вносимых потерь

 

Рис. 4. Рисунок показывает способ включения фильтра с обеспечением необходимого правильного согласования

 

Свободный перевод с английского: Виктор Беседин (UA9LAQ)
г. Тюмень октябрь, 2008 г