クリスタルフィルター設計と製作2

NG特性と原因調査
　NG特性例として、挿入損失が-20db程あり、BPFというよりはLPFに近い特性になっている。
　原因調査、まずは使用部品のばらつきが疑われますが、シミュレーション上では大きな特性劣化は再現しません。次に部品を取り換えてみるとインダクター の交換により特性が良好になるので、インダクターのばらつきが原因のようです。
　

インダクターのばらつき調査 　写真は特性の出ないフィルターに使用したインダクター(太陽誘電製 LAL04NA サトー電気購入)の自己共振周波数をGDMで調査しているところ。共振周波数は 7.8MHz付近にあり、インダクターの分布容量が6〜7pと計算されます。一方特性再現するインダクター(TDK EL0405RAシリーズ オークション購入)の共振周波数は 14MHz付近にあり分布容量が小さくなっています。メーカーのカタログスペックはどちらも大差ありませんが実力は全く違う結果になりました。

シミュレーション精度アップについて
　設計1では、クリスタルの等価回路定数についてC1=C2/250と仮定し、次にL1を実特性に合うようにカット&トライしていましたがあらためて計算で求めた値でシミュレーション してみました。
　日本電波工業(NDK)HPより

　直列共振周波数Fs=1/(2πSQR(L1C1))　並列共振周波数Fp=Fs(1+(C1/2C0))と近似　C1は再測定値2pFとしてC0に代入計算すると0.0055pFとなります。

　クリスタルのQは　Q=1/(2π*Fs*C0*Rs)*10^6より　Q=0.365*10^6、またクリスタルの直列インダクタンスL1=(Q*Rs)/(2π*Fs)より88.8mHとなりました。
　設計1で使用した定数に比較してC0が約1/2、L1が約2倍となりました。得られた値を元にL1を若干調整したクリスタル等価回路をシミュレーションした結果は良く実測値に合っています。
　 　 フィルター特性シミュレーション
　下図に新たな定数を盛り込んだ回路図を示します。
　インダクターの分布容量を含めてシミュレーションするとNG特性が再現しました。

ローカル局のフィルター製作 　写真はJA9BZQ製作のクリスタルフィルターとその特性。インダクターはJ級(+/-5%)品でそろえたことにより中心周波数はほぼ7.195MHzと設計1での製作よりFBな結果が得られました。