AM変調機用ローパスフィルターの設計製作

AM変調機に使用するローパスフィルターの設計製作について紹介します。
2015.7.19

はじめに
　AM変調の場合、新スプリアス規定では帯域外領域は-40dBc以下と定めています。AMの許容帯域は+/-3kHzなので変調信号には何らかの帯域制限をかけないと、多くの場合帯域外領域の規格に対して不適合になってしまいます。実際7.195MHzのAM局のスペクトラムをみると不適合の局もあり、音楽などの帯域の広い信号を帯域制限なしで流すなどは音質を論ずる以前の問題だと思います。
　今回はローカル局からの依頼により、帯域外領域に対応したローパスフィルターの設計と製作(製作はローカル局)したものを紹介します。
　

フィルターユニット目標仕様
　設計の目標仕様として以下の通りとしました。

入出力インピーダンス; 600Ω　ローカル局の変調器はプリアンプ部と電力増幅部に分離しており各ユニット間は600Ωのラインで接続されている、ユニット間にLPF挿入を前提。
減衰特性; -10db以下(@3kHz)　-30db以下(@4kHz)　ローカル局の変調部には12AX7で2次のCRフィルーターが組み込んでありますので、その減衰と音声自体の減衰と合わせて -40db(@3kHz)としました。
回路構成; LC構成　ローカル局の希望により真空管回路に組み込むため、OPアンプ構成よりLC構成の方が似合う。

設計
　　

設計にはAADEフィルター設計ソフト(フリー)を使用。回路図中の抵抗はインピーダンスマッチングとコイルの抵抗分を考慮したもので実際に製作する際は不要です。

組み立て
　ローカル局が組んだ様子を写真に示します、コンデンサーとコイルはそれぞれLCRメーター(秋月製)で確認し+/-5%以内の誤差にしています。コンデンサーは系列外の定数ですが、組み合わせて使用。
　コイルはFT82-75を使用し、0.4φのホルマル線を115t(L1)と103t(L2)の設計になりますが、実際の巻き数は109tと100tになりました。
　従来はmHオーダーの低損失コイルの製作にはコアの入手が困難でしたが#75材のコアが入手できるようになったので、シャープな特性のAFフィルターの製作が容易になりました。

フィルター特性確認
　

　左図は設計定数でシミュレーションした特性。3kHz点の減衰をもう少し取ろうとカットオフ周波数を低い方へずらすと変調はこもった音質になってきますので、カットオフ周波数は2.7-2.8kHzが適当と思います。

　　　

　左図は実際の特性。ローカル局にて2台製作しましたがいずれもほぼシミュレーション通りの特性が得られました。

　　

更なる改善
　本フィルターの挿入により、変調信号の帯域制限はかかりますがファイナル段で発生するIMDによる帯域外領域のスプリアスは取れませんので、ファイナルから変調段への NFBなどの更なる改善やSDRを用いて実際の電波のスプリアスを評価していきたいと思います。　

最後に
　最後に、LPF製作の実験製作に協力いただいたJA9BZQ、JA9CJEに感謝いたします。

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