お気に入りの無線機の製作「BPF、LPFの設計」


写真はSDR#3受信TOPの7MHz BPF、設計はシミュレーションソフトAADEを使用。
2022.09.19

はじめに
「お気に入り無線機の製作」では、いろいろなBPFやLPFを使用します。以前の設計では複雑な計算式などから定数を算出していましたが、今ではシミュレータを使うことで 簡単で再現性の良いフィルター設計できます。
 今回はSDRトランシーバーで使用するフィルターを例に、設計の具体的な方法についてまとめてみます。  

設計シミュレーターについて
 私が使用しているシミュレーターは、AADE FilterDesign V4.5フリ―ソフトで、各種L/CフィルターやX'talフィルターの設計から特性確認まで 確認できます。使用方法も簡単で画面のボタンの機能もマニアル不要ですぐに始められます。
BPFの設計
 BPFは受信機で最も良く使用するフィルターで、特にフロントエンドのBPFは、イメージ比やIF妨害比等の特性を左右するので、しっかりとした特性を 目指す必要があります。
 それでは、7MHz 受信TOP段のBPFの設計例について検討していきます。IF周波数は2MHz、イメージ周波数3MHzとして

step1目標仕様の設定、イメージ周波数、IF周波数それぞれ80db以下の減衰、バンド内リプル0.5db、挿入損失は2db以下叉は、出来るだけ少なくする

step2使用部品の選定、損失を少なくするため、Qは出来るだけ高くトロイダルコアを使用し、かつ定数は「トロ活、改定新版」を参考にして概略値を決定。 今回は、手持ちの関係からT-37-6を使用しL値は1.4uHに仮設定して設計します。

step3定数算出、シミュレーターを立ち上げ、DESIGN > Coupled Resonattor > Chebshevと進み、

 今回設計は「トロ活」紹介の2ポールBPF相当になり、センター周波数、BW、フィルター次数、バンド内リプルを入力し、Enter。

 次に使用するインダクタンスの値とQ値を入力しEnter、デフォルトでQ値はLosslesになっていますが、「トロ活」のデーターよりQが判っているので175を 入力していますが、不明の場合は大体100程度を入力。

 定数と回路が表示される、インダクタンスに実現可能な値を入力しているので、コンデンサーもそれなりの値になっていますが、手持ちのコンデンサーの値によっては もう少しL値を大きくしても良さそうです。

step4特性確認

 特性確認は、Analysis > Voltage Effectiv Gainで確認。他にもリターンロス等も確認出来ます。イメージ周波数とIF周波数に対して、其々78db、80db以上の減衰が とれているので特性はOKとします。
 調整要領はC4とC6の一部容量を可変コンデンサとして、トラッキングジェネで簡単に合わせられますが、SGだけでも追い込めます。
 このタイプのBPFは高域側で減衰量が取れないので、特性不足なら他の回路方式のBPFをシミュレーションします。

他の回路方式BPF

 他の回路例として、DESIGN > Chebshev > BPFと進み、設計条件を入力します。ここでSFはセンター周波数からどれだけ離れた所で必要な減衰を得るかという、指標で 今回は3MHz/7.1MHz = 0.42を入力します。

回路定数

 得られた定数は、L/C値がアンバランスですが、回路インピーダンスを50Ω以外に変更して調整します。

特性確認

 得られた特性は、高域側減衰は改善出来ていることが判ります。

LPFやHPFの設計、シミュレーション
 同様にLPFやHPFの設計、特性確認もできます。このほかX'talフィルターの設計にもこのシミュレーターを活用しています。

 次のHPも大変参考になります。JA1VCWさんのLCフィルターの設計

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