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
