Примеры изготовления микрополосковых фильтров телевизионного диапазона волн

Примеры изготовления микрополосковых фильтров телевизионного диапазона волн

Методика изготовления фильтров телевизионного диапазона волн в микрополосковом исполнении, описываемых в данной статье, появилась в результате сотрудничества с акционерным обществом “Зэтрон” (г. Первоуральск), основной продукцией которого являются различные телевизионные антенны, усилители, конвертеры сигналов и прочее телевизионное оборудование. Среди продукции, выпускаемой ОАО “Зэтрон” , наибольшой популярностью у покупателей пользуется всеволновая индивидуальная антенна “Альфа” , состоящая из метровой антенны , дециметровой антенны и фильтра сложения - разделения сигналов (ФРС) обеих антенн в общий кабель снижения . Внешний вид  данного ФРС показан на фото 1 слева

рисунок 1: принципиальная схема фильтра

принципиальная схема - на рисунке 1. Как видно на фотографии, фильтр содержит в своем составе пять катушек индуктивности ручного изготовления. При массовом изготовлении таких фильтров, а их завод выпускает около 1000 штук в месяц, велика доля ручного труда: необходимо отрезать кусок эмалированного провода нужной длины, облудить концы, намотать катушку на сердечник, после чего вынуть сердечник и запаять катушку на плату ФРС. И так не один, а пять раз. Кроме монтажа катушек индуктивности и навесных конденсаторов, необходимо провести настройку фильтра – все это превращает процесс изготовления несложного массового изделия в трудоемкую процедуру. Как следствие этого – высокая стоимость конечного изделия – антенны, ее плохая конкурентоспособность по отношению к китайским и польским аналогам. Вопрос возник сам собой - а нельзя ли изготавливать катушки индуктивности непосредственно при изготовлении печатной платы? После некоторых расчетов и предварительного макетирования выяснилось, что это возможно. 

В ходе дальнейших расчетов, проводимых с помощью пакета для расчета СВЧ-схем Super Compact фирмы Compact Software (ныне AnSoft), и практических исследований с различными материалами печатных плат (исследовались фольгированные  фторопласт и стеклотекстолит, как одно -, так и двухсторонние), получился фильтр, изображенный на фото 1 справа. Навесные конденсаторы установлены с обратной стороны печатной платы. 

Созданный ФРС обладает техническими характеристиками, не уступающими параметрам ФРС на проводных катушках индуктивности, а именно:
Проходное затухание фильтра, дБ:
в полосе прозрачности, не более ................................................................2
в полосе непрозрачности, не менее...........................................................16
Коэффициент стоячей волны (КСВ) со стороны входов (выхода) не более.......2,0 
Зависимости КСВ прежнего и созданного ФРС от частоты приведены на рисунке 2 . Как видно из рисунка, отличия зависимостей незначительны и не носят принципиального характера.

Путем перехода на микрополосковую технологию удалось также избежать наличия на плате двух подстроечных конденсаторов, необходимых для настройки параметров устройства ввиду различия параметров изготавливаемых вручную катушек индуктивности. Отказ от подстроечных конденсаторов также позволил снизить себестоимость изделия.
Внедрение ФСС в микрополосковом исполнении в серийное производство на ОАО “Зэтрон” привело к экономии 24000 рублей в год, о чем свидетельствует акт внедрения: 

В дальнейшем подобному усовершенствованию подвергся фильтр сложения сигналов метрового диапазона, используемый в телевизионном широкополосном коллективном усилителе УТШК-1 для раздельного усиления сигналов в диапазонах 48,5 - 100 МГц и 174-230 МГц . В УТШК-1 используется две платы ФСС, имеющие одинаковую принципиальную схему, но различное конструктивное исполнение : одна - для разделения сигналов на входе усилителя , другая - для сложения усиленных сигналов на выходе . Внешний вид ФСС для УТШК-1 изображен на фото 2 слева.

Как и в первом случае, ФСС содержит пять катушек индуктивности с несколько большим количеством витков ввиду более низких рабочих частот. Задача в этом случае осложнялась еще и меньшим требуемым размером печатной платы, обусловленным готовым конструктивным решением. Несмотря на указанные трудности, после расчетов и ряда экспериментов, требуемый результат был получен (фото 2, справа). Необходимые конденсаторы устанавливаются с обратной стороны топологического рисунка. Параметры обоих устройств (и старого и нового), как и в первом случае, незначительно отличаются друг от друга и составляют:
Проходное затухание, дБ:</P>
в полосе прозрачности, не более ................................................1
в полосе непрозрачности, не менее ..........................................20
Коэффициент стоячей волны, не более........................1,5
Зависимости КСВ от частоты выпускаемого серийно ФСС и вновь разработанного в микрополосковом исполнении показаны на рисунке 3:

В процессе расчетов с использованием пакета  Super Compact и последующих экспериментов выяснилось расхождение в величинах индуктивности между рассчитанными и полученными практически. Данное расхождение не превышает 20 % от номинала и может быть объяснено двумя причинами. Во-первых, сложность измерения значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь для отечественного стеклотекстолита. Во-вторых, отклонение от рассчитанного значения ширины проводников и промежутков между ними, получающееся при травлении печатной платы. В целом же можно сделать вывод о целесообразности использования программных продуктов и описанной методики для расчета и изготовления схем телевизионного диапазона волн.  

Малыгин Иван Владимирович