新スプリアス規制対応 3.5M用の ローパスフィルタ


2022.7.12 掲載

3.5Mで、新スプリアス規制対応の「変更検査」 を受ける目的! で作ります。この 対策用です。
500Wの連続キャリヤに耐え、かつ、新規制対応のため、7Mを(7M以上を)がっつり落とします。

手前:今回のフィルタ、 2つ目:サガミ電子のローパスフィルタ、 右奥:同相フィルタ、左奥:20dBカップラー等の測定セット




こういうフィルタは買うのが普通でしょうが、高い。以前、ロシアの人のebayへの出品物を参照して7M用のフィルタを作ってうまくいったので、今回もやってやろうという乗りです。
ただ、少し、考えるところもありました。

フィルタを作るにあたり、7Mの時に疑問と感じたことを思い出してみました。
この時、50オーム系では50dB以上落ちていた第2高調波が、実際の送信機の出力にラインでは期待したほどには落ちないという経験をしました。これは何故か? 
アンプの出力インピーダンスの周波数特性なんかが関連してないか? 半導体の広帯域アンプだと、広い帯域にわたって出力インピーダンスが一定に保たれるので、フィルタは、50オーム系で測定した通りの性能になるんだろうけれども、タマのアンプだとそうはいかない。目的周波数は50オームとしても、それ以外、例えば2倍の高調波に対する出力インピーダンスはどんなことになっているのか、見当がつかない。よって、第2高調波でフィルタがどんな振る舞いをするのか? も不明。。。
といったことです。
これが正しい考察かどうかはわかりませんが、少なくともタマのアンプで使うフィルタは、このような状況(出力インピーダンスがどうなるかわからないような状況)だったとしても、落としたいところをしっかり落とせるものでないとダメなわけです。

フィルタは、いずれにしてもノッチのあるものを準備しなければなりませんが、
①並列共振回路をラインに直列に入れるタイプのノッチ
②直列共振回路をラインとグランドの間に挿入するタイプのノッチ
が考えられます。

以前用意した7M用は①なので、今回は、①だけではなく②も準備して比較してみたいと思います。 やれることは4つです。

 ①のタイプ: 7Mのトラップ(並列共振回路)をホット側に直列にいれたフィルタ
 ②のタイプ: a. 7Mの直列共振回路をホットとグランドの間にいれたフィルタ
        b. 同軸ケーブルを使った7Mのエリミネートトラップ
 ③安易に、買う、、、

「安易に買う」はないとして、第2高調波周波数のアンプの出力インピーダンスが50オームより上昇するなら、②が有利かも知れません。そういったことを考えながら検討を始めます。




2022.6.25

計 画

Type ①

以前と同じく、ロシアの人のを真似ます。
時節柄でしょうか、今はebayへの出品はなくなっているようですが、幸いホームページは残っていました。 ここの製品リストから、パワーレイティング2.5kWのフィルタです。 ありがたいことに、回路図も残してくれています。右の特性写真には、低い方に少し疑義もありますが、資料はそろっています。

  


Type ②-a

上のType①はロシアの人の猿まねですが、このType②も猿まね。
http://nahitafu.cocolog-nifty.com/nahitafu/2020/08/post-122fee.html
を参照させていただきました。

 

この回路は、Type①と比較すると、ノッチを、ローインピーダンスで作り出していることが特徴です。
真空管終段でパイマッチを使ったアンプの第2高調波対策には、こういうフィルタの方が効果があるかもしれません。



通過損失が6dB出ているのは送り出しと負荷の抵抗のためでしょう。3.5Mでの通過損失はほとんど無視できそうです。



Type ②-b

最後は同軸フィルタです。

私が初めて「同軸フィルタ」というのを目にしたのは、1974年ごろのCQ誌のTechnical Sectionでした。お金もかからず、目から鱗と思いました。
今は解説が豊富です。例えば、
https://web.ji0vwl.net/yaa3.html

今回必要なのは、長さが7Mの1/2波長の同軸ケーブルだけ。先端ショートして、T分岐で途中にぶら下げるだけです。大体14m弱にすればよいです。





2022.7.5

実 験

さて、作ってみます。
何といっても簡単なのはType②-b です。これから攻めます。


Type②-b

手元にあった適当な長さのケーブルで、ものは試しと様子を見てみることにしました。
下の写真の左上にとぐろを巻いでいるのが持ち出してきた同軸で、古い5D-FBです。以前計ったメモには、1/2波長で9.06Mと書かれています。短縮率80%とすると、物理的な長さは、13mちょいでしょうか。

 

左:先端open、右:ショート(赤いミノムシコードでショート)
center 9.13MHz、span 18.26MHz です。

見たところ、規則通りの振る舞いをしているようですが、周波数はともかく(この系では、9.13Mのようでした)、ノッチの減衰が20dBほどしかなく、思ったより少ない印象です。 もう少し同軸を長くして、先端ショートすれば思い通りのノッチフィルタが作れると思っていましたが、過度の期待は禁物のようです。


Type②-a

次です。
まずコイル; 手持ちの関係でT130-2とT200-2を組み合わせて作ってみることにしました。

turnsT130 InductanceT2000 Inductance
30.10
40.18
50.28
60.40
70.540.59
80.700.77
90.890.97
101.101.20
111.331.45

kW狙いなら前回同様に2.0φの線を巻き込みたいところですが、今回は500Wで良いので1.6φの銅線を巻きこみます。前回はコイルづくりにとても苦労したのですが、この0.4mmの差で巻き線作業の苦労がどのくらいちがうのか? 

ということで、さっそくひとつ巻いてみました。
左: 前回作成したコイル。 右: 今回のもの。  2φは相当大変でしたが、1.6φだとスイスイいけますね。

わずか0.4mmの違いですが、見た目の迫力は相当違います。その分、今回のは簡単に巻けました。これでいきます。




さて、定数です:
このフィルタは、ノッチ62.9M、カットオフ50Mのようなので、ぞれを前提に、ノッチ周波数を7.1M、カットオフ周波数を5.63Mに焼きなおすと、次のようになりました:

159nH      ➜ 1.408μH  ・・・ T 130-2の11回巻き(1.33μH) 5.5%
318nH      ➜ 2.816μH  ・・・ T130-2の11回巻き、T200-2の11回巻き(2.78μH)
95.4nH+159nH  ➜  2.253μH  ・・・ T200-2の11回巻き、8回巻き(2.22μH)
169nH      ➜ 1.496μH  ・・・ T130-2の6回巻き、10回巻き(1.5μH)

コイルは7つ。あまり苦労なく巻けました。


コンデンサは次のようになります:

126pF ➜ 1116pF
38pF   ➜ 336.5pF

ドアノブコンたちもいくつか選別してみました:

大きさはバラバラですが、手持ちの関係で致し方ありません。
一番大きいのは813の送信機を触っていた時に協和電機さんが分けてくれた新品のRDC-80 6kVです。でっかい!




組み立て ます。薄い銅板の上に、素早く組んでみました。

 

すべてのコンデンサの片側を接地できるので(hot系に直列に入れるトラップがなく、コンデンサの両端を浮かす必要がないので)作りやすく、あっという間に出来てしまいました。
特性も十分のようです。

早速実機につないでみました。

 

 

左:フィルタなし、 右:フィルタ挿入
手前のねずみ色の丸いのは同相フィルタです。
スペアナは start 3MHz、Stop 8MHz。3.500MHz(左から一目盛り目)が送信波、7.000MHz(右から2目盛り目)がスプリアスの周波数になります。

良い感じです。
左右比較すると、フィルタの効果が良く出ていることが分かります。もともと50dBギリギリの第2高調波が出ていましたが、フィルタをいれるとこの測定レンジの中には何も出てこないくらいにまで収まりました。基本波ピークからノイズレベルまでは60dB以上のダイナミックレンジがありますから、第2高調波が60dB以下になっていることは確実です。
挿入損失は3.5Mで0.3dB位でした。また、アンプのいっぱいいっぱいのパワーで、タマが悲鳴を上げるぐらいの連続キャリヤを出しても、コイルはびくともしないようでした。一安心です。



Type1

コイルは2つのやり方がありそうです。

(A案)
・左の1.46μHは、T130-2に7回巻き、9回巻きで1.43μH、
・右の1.22μHは、T130-2に7回巻きと8回巻きで1.24μH、
・真ん中の3.3μHは、T200-2に9回巻き、10回巻き、10回巻きで、3.37μH

(B案)
・左の1.46μHは、T200-2に11回巻きで1.45μH、
・右の1.22μHは、T200-2に10回巻きで1.20μH、
・真ん中の3.3μHは、T130-2に10回巻きを3つ直列で、3.3μH

設計値はB案の方が近く、コイルの数も5つで済みます。しかし、コアへの電力的負担はA案の方が余裕がありそうです。コイルが7つも要りますが。
ということで、どっちにするかは、対パワーと作りやすさがパラメータになりそうです。
やるなら、A案でしょうか。


コンデンサは、ざっと次の通りです。

・30pFは15pFの小さいのを2並列
・193.8pF は単独一個192pFでぴたり
・1087.73pF = 1008pF + 82pF
・1082.8pF = 967pF + 100pF
・420pF = 320pF+97pF



とりあえずType①を作る検討はやりましたが、今回はType①はskipすることにします。
Type②-aで一応検査を受けられそうな状況まで来たので、まずはそれを優先。Type①はグランドから浮かさないといけないコンデンサがあるので工作も面倒です。"そんなこと言ってたら Type①とType②の比較考察ができねーじゃんか" とのささやきも聞こえてきますが、考察はとりあえず横に置いておいて、取り急ぎ、「検査」です!





2022.7.10

仕上げ

外箱は業者に頼みました。この箱に、上のType②-aの試作フィルタを仕込みます。t2のアルミ、大きさは140x120x390で、それなりの存在感があります。

前回はシコシコやったのですが、今回は季節が悪い。あまりに暑いのでその根性が出ません。。。かわりに諭吉さんが一人で頑張ってくれ、FBな箱が仕上がってきました。
フィルタを組んだ銅板はふにゃふにゃなので、機械的強度を持たせるために一旦木の板に付けてから箱に入れることにしました。

これで、強度確保と同時に、アース回路を外箱から分離しておくこともできます。

うまく仕上がりました!
もう少し余裕があれば、同相フィルタを仕込むこともできたかもしれません。

さあ、 試験電波発射届 を出して、遊ぶとしましょう!!


こちら