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2014年2月23日 (日曜日)

10MHz ローパスフィルターの製作 その2

10mhz_lpf 特性が良くないローパスフィルターですが、NPLさんやアンドロメダさんからいただいたコメントで気がつきました。ローパスですから、非常に高い周波数まで「阻止」する必要があるわけです。今回は100MHzまで減衰して欲しいのです。

すると浮遊容量があったり、物理的な距離が近いと簡単に結合してしまうのではないか?とイマサラながら気がつきました。

そこで写真のように基板面積をギリギリまでダイエットして計測してみると、特性が良くなります。

やはり浮遊容量や、周囲との結合が悪さしている部分が大きいようです。そこで写真の同軸部分の基板は全部カットして、フィルター部分と同軸のみにしてみました。基板は片側がコネクターにハンダ付けで支えられているだけですが、テスト的には十分です。

10mhz_lpf_f こんな感じで前回からかなり改善しました。改良前は35メガ付近で-60dB程度でしたが、改良後は40メガ付近で-90dB程度になっています。

但し、-90dBがどの辺りの周波数まで続いているのかは不明です。
改悪にはなっていないようですから、改良の方向性は正しかったようです。

蓋を開け閉めして計測しましたが、40MHzまでの範囲では蓋の開閉による差は殆どありませんでした。
周波数が低いことと、恐らくはone-turnが問題になる以前のレベルではないかと推測しています。

今回は秋月のSMD基板を使いましたが、SMD基板は全面にランドが付いています。ランド間の隙間も非常に狭いためCを形成しやすくなっていたことが考えられます。
また、銅テープと同軸の外皮間でCを形成していた(ループにもなっていた)のを改善しました。

根本的な問題としてチップ部品の配置がありそうです。部品をかなり近づけて配置していますが、5mm以上離して配置する必要がありそうです。
そうすると配線部分が多くなりますので、両面基板でストリップラインを意識して作る必要がありそうです。
やはり周波数が高くなると難しいですね。

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コメント

対策の効果の公開をありがとうございます。
おかげ様で、実験例を知る事が出来て、勉強になりました。RFの挙動が見えてくるように感じますね。

さて、効果充分なので、これ以上は、余計な事であろうと思います。以下は、私の、考えですが、的外れも有ります。

同軸ケーブルとケースで形成される接地ループ面積を無くしたい、小さくしたい。
・同軸ケーブルにパッチン・コアをはめる。
・同軸ケーブルの経路をケース内面に沿わせる。
・ケース内空間を小さくする。(空間を金属たわしで埋める。)

同軸コネクターのハンダ付け部のループ回路面積を小さくしたい。
・接地回路を軸線に近接させる。
・接地回路を軸線に対象になるよう、2本設ける。
・軸線を接地回路で覆う。

暇に任せて、こんな事を考えました。
余計な事で、失礼。

投稿: ja3npl | 2014年2月25日 (火曜日) 12時29分

NPLさん
金属タワシ!!そのアイデアに脱帽です。パッチンコアは大きめので試してみましたが、大きすぎたためか、コアと金属ケースが近くて30メガ付近でディップができて、その上の周波数は減衰量が落ちた雰囲気です。

部品実装基板のグラウンドとケースと銅テープでベタアースした場合も減衰量が落ちてしまい、未対策時に似た感じです。

同軸のフィルター側のアミ線からケースに最短でジャンパー飛ばした場合は、ジャンパー無しと同じでした。

試してみた結果、改良後の問題点としてはチップ部品の下にあるランドが浮遊容量として色々なところと結合しているように感じます。
もちろん、部品の間隔が狭いことも迷結合(?)を促しているように感じますので、この辺りの改善が課題でしょうか・・・。
その後に金属タワシ入れるとか銅テープで軸線をグルグル巻きとか?

投稿: JI1ANI/福井 | 2014年2月25日 (火曜日) 20時03分

私も外野ですいません。
回路が入出力対照ですので変えて特性差が出ますか?
後は出力並列のコンデンサをBNC端子の直近(ホットと端子グランド金属直)に付けるとか?

投稿: アンドロメダ | 2014年2月26日 (水曜日) 00時05分

すみません。
沢山の実験を加えられましたね。

金属ケース内のRF挙動は面白いので、コメントしましたが、
お手間を採らせる事になっては、と思います。
以下、一方的な考えなので、このままほおって置いてください。

個々の追加実験に、それぞれ、意味が有りそうです。
考えに食い違いが起こりやすいと思い、絵を描きました。
http://www.geocities.jp/ja3npl/ji1ani.png

絵の入力側信号源で、ループAの電流の結果、A点、B点間に信号電圧が生じる。
このAB間電圧が、ループBを伝って、出力側に伝えられる。

効果の有った最初の対策は、赤色の銅テープを取り去った結果、ループBの状況が変わった。(ケースを伝わるループは残存しているが、インピーダンスは、より大きい模様)

さらに、ケース内伝達現象として、ループAで生成される電磁界がある。
他にループ回路があれば、伝達受信される。

浮遊容量は、0.1pFでも、50MHzで32KΩとなる。50Ωの系では、1/637、-56dbのレベルであり、無視は出来ないが、影響は少ない模様。

長文なので、ここで、失礼。  de ja3npl

投稿: ja3npl | 2014年2月26日 (水曜日) 10時54分

アンドロメダさん

今回のLPFの内部の部品配置は左右均等ではありませんが、in outを逆にしても計測では読み取れない差しかないようです。部品配置については後日記事にします。

NPLさん

いえいえ、自分自身興味があったので試しています。改良でループBを減らしたのが一番効果がありました。
今回はケースが小さいために、図の赤の太線と水色のケースの容量結合も問題になるようです。大失敗追試(?)結果をお楽しみにweep

投稿: JI1ANI/福井 | 2014年2月26日 (水曜日) 12時41分

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