Логарифмический ВЧ детектор для настройки фильтров

Zack Lau, KH6CP. Оригинал статьи опубликован в журнале QEX, October 1988, pp. 10,11

 

 

==Вам когда-нибудь приходилось встречаться с проблемой отсутствия анализатора спектра, ИЧХ, генератора качающейся частоты (ГКЧ) при настройке полосовых фильтров? Приходилось. Желание заиметь анализатор спектра для измерений в этом случае огромно ещё и потому, что он имеет громадный динамический диапазон: 60 дБ или больше. Промышленные анализаторы спектра стоят не дёшево, а самодельные, даже самые простые, требуют много времени на их постройку и наладку.

 

Альтернативный путь

==Для тех, кто не может себе позволить такую роскошь, как анализатор спектра или не хочет его строить сам, предлагаю альтернативу, которой я давно и успешно пользуюсь при настройке фильтров. Схема логарифмического детектора, показанная на Рис. 1, позволяет получить динамический диапазон свыше 60 дБ. В качестве части анализатора спектра используются недорогие микросхемы подобные м/с MC3356. К счастью, подобные микросхемы имеют частотную характеристику, достаточную для их работы даже на 10-метровом диапазоне.

==В идеальном случае, Вы бы применили ГКЧ =и осциллограф в союзе с логарифмическим детектором, но такая лаборатория была бы неоправданно

 

 

Рис. 1. Простой логарифмический РЧ детектор для настройки фильтров. Схема

принципиальная электрическая.

R1 - 0,25 Вт металлоплёночный или углеродный. J1 - BNC.

Выводы U1, не показанные на схеме, не используются.

 

громоздкой и дорогой для домашнего "спорадического" конструирования. Для обеспечения недорогой замены вышеперечисленному, рекомендую применить QRP передатчик, такой, например, как Heathkit HW-8 или HW-9 (с ВЧ аттенюатором) в качестве генератора сигналов. (Кстати, я нисколько не буду против и поэкспериментировать с Вами на QRP технике в эфире, естественно, в Ваше свободное от конструирования время). Аттенюатор нужен, чтобы •защитить• Ваш передатчик от импедансов фильтров (или, - наоборот), отличающихся от 50 Ом =(50 Ом выходной импеданс передатчика). Между QRP передатчиком мощностью в 1 Вт и описываемым здесь детектором необходимое затухание в аттенюаторе составляет 40 дБ. Помещая настраиваемый фильтр между двумя аттенюаторами, в 30 и 10 дБ, можно быть уверенным, что тот согласован по сопротивлениям (импедансам: входному и выходному) с генератором и измерительной цепью. Имея такое устройство, как показано на Рис. 2, Вы сможете настроить любой РЧ полосовой фильтр.

=Помните, что большинство оконечных каскадов QRP передатчиков не рассчитано на длительную непрерывную работу, так что, не сожгите выходные транзисторы, работайте с перерывами. Используйте подстроечные конденсаторы хорошего качества, это поможет обеспечить высокую стабильность сигналов передатчиков и

 

 

Рис. 2. Расположение фильтра между аттенюаторами в 30 и 10 дБ обеспечивает

правильность нагрузки фильтра соответствующими сопротивлениями.

 

 

АЧХ фильтров, а это требование, которое нужно выполнять, если Вы хотите получить достоверную характеристику (особенно, узкополосного) фильтра.

 

Заключение

==Схема логарифмического детектора слишком проста, чтобы утруждать себя разработкой специальной печатной платы под детектор. Используйте нетравленую монтажную плату как это показано на фото в начале статьи. Такой способ монтажа позволяет осуществить хорошее заземление• устройства и, при =необходимости, его экранировку. В будущем, возможно, Вам потребуются и другие схемные атрибуты интегральной микросхемы, так, что метод монтажа дохлый жук• (dead bug), будет, как нельзя, кстати. А что, если микросхема окажется некондиционной или, случайно, спалите её (бывает и на старуху проруха!)+

==Мудрый и опытный экспериментатор будет использовать достаточную степень ослабления испытательного сигнала, чтобы случайно не повредить измерительную схему при изменении уровня сигнала в больших пределах. Разработка травленой• печатной платы займёт времени вдвое больше, чем монтаж методом дохлого жука•, но, всё-таки, если Вы собираетесь и дальше использовать метод настройки фильтров, описанный здесь, изготовьте =несколько плат с детекторами. Про запас.

 

Ложка дёгтя•

==К сожалению, микросхема МС3356 не идеальна: на выходное напряжение влияет частота, температура и напряжение питания. Из трёх, легче всего, устранить флуктуации напряжения питания: установите интегральный стабилизатор напряжения 78LO5. Чувствительность• микросхемы к изменению частоты показана в Табл.1. Эта проблема не проблема• при настройке обычных узкополосных фильтров. Хоть чувствительность к изменению частоты достаточно большая и ограничивает применение микросхемы в качестве широкополосного измерителя мощности, но что мешает Вам применить, например, частотную компенсацию. При использовании калиброванного выходного сигнала 14,2 МГц с уровнем -20 дБм микросхему охладили аэрозольным охладителем. Это привело к уменьшению выходного напряжения на 7,8 дБ - этот уровень может считаться самым большим температурным уходом выходного напряжения микросхемы. На практике, такие изменения температуры во время измерений не встречаются, но о температурной зависимости выходного напряжения необходимо помнить и, возможно, учесть её в своей более поздней, более совершенной разработке. На частотах ниже 7 МГц, Вы, возможно, пожелаете установить аттенюатор перед детектором, так как обратные потери уменьшаются на 2 МГц до 10 дБ, на частотах 7+50 МГц обратные потери составляют, по крайней мере, 20 дБ.

==Для тех из Вас, кто подыскивает =подходящие разработки полосовых фильтров, рекомендую прочитать Приложение 2 (Appendix =2) в Solid State Design for the Radio Amateur [ 1 ]. Там также приложена таблица разработок фильтров на диапазоны (кроме WARC) от 160 до 6 метров, включительно, вместе со схемами и процедурами настройки. Помните, что все фильтры требуют применения высокодобротных конденсаторов. Дешёвые подстроечные конденсаторы имеют добротность всего в несколько сотен единиц, поскольку эти конденсаторы являются составной частью общих емкостей фильтров, потери в последних, по сравнению с расчётными увеличиваются. Я советую Вам включать в фильтры комбинации из серебряно-слюдяных конденсаторов (Silver Mica - SM) и параллельно им подстроечные конденсаторы с воздушным диэлектриком.

Таблица 1.

 

Для получения данных по частотной зависимости выходного напряжения микросхемы МС3356 (Таблица 1) в качестве эталонного генератора ВЧ сигналов использовался НР 8640В. Напряжения постоянного тока измерялись цифровым мультиметром Fluke 77.

Input Level, dBm уровень входного сигнала, дБм.

Output Level, V уровень выходного напряжения, В.

Frequency, MHz - частота, МГц

 

Литература: 1. D. DeMaw and W. Hayward. Solid State Design for the Radio Amateur,

2nd Edition (Newington, ARRL), 1986.

Свободный перевод с английского: ====Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru
г. Тюмень ==============январь, 2003 г