準備するクリスタルとツール
9MHzのクリスタルは、前回FT-301用AMフィルターの製作で使用したものと同じ千石ネット通販(@163)から10個まとめて購入、特に選別はしていません。
他にクリスタルのパラメータ測定用冶具、回路シミュレーター、フィルターデザインソフトとしてAADE Filter Design(フリー)というデザインツールを使用します。
測定器としてSG、シンクロ等の高周波レベル確認用、コンデンサ容量計(自作当HPで紹介)、FETプローブ(自作当HPで紹介)などは以前のフィルター製作記事に同じです。
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実際に設計、製作してみる STEP1 クリスタルのパラメーター測定と設計 目標仕様として、以下仕様のクリスタルフィルターを検討します。 中心周波数=8.9875MHz、帯域幅=4.5kHz以上(@-6db BW)、Zin/Zout=500Ω//30pF ポール数=6ポール 前回製作のFT-301用では4ポールで製作しましたが「もう少し 切れが欲しいということで6ポールにしました。6ポール以上では、シミュレータ(Circuits Maker)の素子数50以下のフリー制限を越えてしまいシミュレーター上での カット&トライが出来なくなってしまいます。 クリスタルパラメーターの測定値は、fs=8.9977MHz fp=9.0162MHz Rs=14Ω Cp=3.6pが得られ、計算によりシリーズ容量0.016pF、19.56mHが得られます。 次に、フィルターデザインソフト(AADE)を立ち上げ、フィルター定数を算出します。設計入力条件としてBW=2k 6ポール、バターワースのフィルターとしました。AADEへのBW=2kとしているのは AADEのBW設計が-3db点を計算していること、クリスタルとシリーズにインダクターを挿入するとBWが拡がることが経験上判っていますのでまずはBW=2k程度で設計してみます。 バターワースは素子感度も低く叉、帯域内のりプルも少なくAM用フィルターに最適です。 得られた定数にインダクターを挿入したシミュレーター用回路を左図に示します。図ではインダクター(27uH)の分布容量が盛り込まれていませんが、実際には1-2pFの分布容量を考慮する必要が あります、残念ながらフリーの使用制限50素子以下のため分布容量は盛り込むことができません。回路図中100megの抵抗はシミュレーション上のエラー対策で、実回路では不要です。 |
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STEP2 フィルター特性シミュレーション 左図は上記回路でシミュレーションした特性です。BW(@-6db)がやや狭く、叉センター周波数も高めですが、インダクターの分布容量を盛り込むともう少し中心周波数は低い方にずれてくることが 判っていますので、まずはこの定数で実際に組んでみます。 さらにインダクターにパラにコンデンサー(1-5pF)を追加することで中心周波数を1-2kHz程度シフトすることが出来ますが、12MHz付近に副共振が目立ってくる弊害も出てきます。
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STEP3 フィルター特性確認 左写真は実特性波形、スペアナ画面は縦軸10db/div 横軸5kHz/div、-6dbBWは8.9842MHz〜8.9893MHzで5.1kHz、挿入損失約8db、中心周波数がやや低めですがほぼ目標仕様の特性になりました。 AMフィルターの場合、IFTのように単蜂特性にするとチューニングが取りやすくなり、フィーリングの良い受信音になります。 右写真は横軸を500kHz/divとした波形です。約12MHz付近にクリスタルのインダクタンスと挿入した27uHの分布容量の直列共振による副共振が出ています。実使用上はこの後に9MHzの同調回路 が3段入るので問題無いはずです。
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