¿Cómo diseño una tapa de bloque de CC sin interferir con mi filtro?

Fondo

Estoy considerando el diseño de un receptor de AM para tres canales fijos: 3,33 MHz, 7,85 MHz y 14,67 MHz.

La antena que estoy considerando es una antena de bucle enrollada manualmente con una inductancia que se puede diseñar según el conteo de giros, el espacio entre giros y las dimensiones del bucle.

Estoy considerando el diseño de un circuito de sintonización y preselección para un receptor. Estoy interesado en que todo sea sintonizado electrónicamente (en lugar de mecánicamente). Como tal, y en base a ideas de otras preguntas relacionadas, estoy considerando dos rangos seleccionables: un rango más bajo habilitado para 3,33 MHz cuando se enciende un límite mediante un diodo pin, y un rango más alto para las otras dos frecuencias para cuando el diodo esta apagado

La afinación electrónica en sí se basa en un varicap. El varicap tiene un rango lo suficientemente amplio (3-69pF) que puede cubrir tanto 7,85 como 14,67 MHz con un poco de espacio a cada lado.

Diagrama de simulación de circuito

El circuito físico (sin mostrar elementos simulados equivalentes) es:

circuito fisico

El circuito se simula en Qucs. Abajo, las líneas punteadas rodean un solo componente con múltiples elementos simulados equivalentes.

diagrama de circuito simulado

Tutorial del circuito

Lant es la inductancia efectiva de la antena. Se elige de manera que cuando el tope de rango inferior esté deshabilitado, el rango del varicap de sintonización esté en el centro de las dos frecuencias superiores. Rant es una resistencia de antena estimada a partir de la resistividad de 16AWG y es trivialmente baja.

Crange es el límite de rango. Cuando el diodo pin de rango está habilitado, se pretende que Crange se agregue con la capacitancia del diodo de sintonización para centrar el receptor alrededor de 3.33MHz. RC es una resistencia efectiva para Q en el peor de los casos según la hoja de especificaciones de la tapa.

Dpin es un diodo pin que, cuando está habilitado, agrega Crange a la tapa de sintonización. En la simulación, el interruptor Srange se abre o se cierra para simular que el diodo está encendido o apagado.

L1 es un RFC para evitar que la energía de RF se pierda a través de la red de polarización del diodo pin. CL1 es una capacitancia equivalente para representar el SRF del estrangulador. RL1 es la resistencia en línea.

R1 es la resistencia de polarización del diodo pin. Si V1 está en 5V, el diodo verá alrededor de 9,4 mA y estará habilitado.

Cbp1 y Cbp2 son condensadores de bloque de CC. Son críticos porque el voltaje de polarización del varicap puede ser de hasta 28 V y no se debe permitir que fluya fuera de la red del varicap.

CDtune es la capacitancia equivalente de un diodo varicap. No estoy usando modelos de diodos realistas (todavía); Primero quiero entender el comportamiento ideal.

L2 es un RFC que evita que la energía de RF se pierda a través de la red de polarización de varicap. (L1 y L2 son los estranguladores con la inductancia más alta que he encontrado y aún tienen un SRF más alto que mis frecuencias operativas).

Rdamp es una resistencia insertada para amortiguar un pico resonante que ocurre como resultado de que L2 y Cbp1 forman un filtro de paso alto de segundo orden.

Por ahora estoy dejando el circuito efectivamente descargado hasta que lo entienda mejor. Tampoco he considerado la coincidencia de impedancia, lo que definitivamente será un problema.

Problemas

Si dejo Cbp1 alto (1uF) y uso 50R para Rdamp, el filtro de paso alto de segundo orden formado por L2 y Cbp1 tiene una frecuencia de corte baja del orden de 7 kHz, creando una gran banda de paso indeseable.

Aquí se muestran ocho picos: los cuatro inferiores se encuentran en el rango del varicap cuando se seleccionan 3,33 MHz, y los cuatro superiores se encuentran en el rango del varicap cuando se seleccionan las dos frecuencias superiores. Los picos están en los lugares correctos.

hola bypass

Si, por otro lado, uso 12pF para Cbp1, la frecuencia de corte inferior mejora, pero el rango del diodo de sintonización en la banda inferior está severamente limitado y la pendiente de caída inferior es muy mala.

derivación baja

Así que claramente tengo algunos problemas de diseño fundamentales aquí.

Preguntas

  • ¿Puede una topología así de simple seguir actuando como un circuito de ajuste y preselección, o debo abandonarla y hacer algo más complejo?
  • ¿Puedo quedarme con una red pasiva antes de mi LNA?
  • ¿Hay alguna otra forma de bloquear de forma segura la CC y ahogar la RF cuando sea necesario mientras obtengo la respuesta que quiero?
Parece un filtro de peine, que tiene espacios de banda iguales entre frecuencias. ¿Sería eso más fácil que 2 bandas separadas que se niegan a fusionarse? Un solo resonador establecería el espaciado, pero necesita un oscilador de excitación para comenzar.
@ Sparky256 No estoy seguro de lo que quieres decir con bandas separadas que se niegan a fusionarse; realmente no quiero que se fusionen; Me gustaría un pico de alto Q en 3,33 MHz +/- 10 % (donde la variación es administrada por el varicap) si el rango más bajo está habilitado, o entre 4,8 y 23 MHz si el rango más bajo está deshabilitado.
Ok, ahora veo tu predicamento. La falta de comentarios significa que esto no tiene una solución fácil, pero algunos gurús de RF aquí encontrarán algo con lo que trabajar.
Un teorema útil de las redes de emparejamiento y filtrado es este: se estimularán TODOS LOS MODOS POSIBLES de almacenamiento de energía. Es su tarea asegurarse de que solo las frecuencias que desea resonar puedan almacenar energía.
Mis pensamientos como no-un-real-rf-tipo son 1. Le preocupa una banda de paso que está 40 dB por debajo de la ganancia en la frecuencia de señal deseada 2. Si ese es un problema real, puede preferir simplemente usar una etapa de filtro de paso alto separada para manejarlo. 3. También deberá preocuparse por el efecto de Cbp2 una vez que considere cargas realistas en el circuito.
Simplemente muestre un esquema que son los componentes básicos sin parásitos que confundan la mente. Mostrar un diagrama complejo con toda la información hace que sea difícil de descifrar y el recorrido simplemente no es necesario con un circuito simple como debería ser. Haz que sea más fácil de entender para los que conocen RF.
@Andyaka Diagrama de circuito agregado menos elementos simulados.
Tampoco el tipo de RF (así que solo opinión, me temo), pero ¿podría usar la antena de cuadro sin conexión a tierra, pero conectada al suministro y alimentando el varicap? De esa manera, solo conserva la tapa de bloqueo de CC de salida. Aunque no estoy seguro sobre el diodo PIN...
@aconcernedcitizen ¿Tal vez? La corriente continua que fluye a través de la antena sería muy baja: la hoja de especificaciones del varicap sugiere que para temperatura ambiente sería de decenas de pA. Tendré que pensar en eso.

Respuestas (1)

Si desea aislar los efectos de carga de impedancia de un filtro a otro, hay una gran herramienta para hacerlo: un seguidor de voltaje. Es posible que no esté dentro de su rango de precios o que no sea una posibilidad para su diseño. Encuentre un amplificador operacional con un producto de ancho de banda de ganancia de al menos ~ 20 Mhz con operación de riel a riel y baja distorsión.

Correcto, y considero que es "lo fácil" de hacer, pero un seguidor de voltaje regular no funcionará; tiene que ser de bajo ruido. Entonces, una pregunta relacionada es: en lugar de un preselector de sintonización pasivo y luego un LNA, ¿puedo tener un preselector de sintonización activo de bajo ruido?
La otra forma es hacer lo que está haciendo y jugar con los valores de los componentes hasta que obtenga algo bien.
¿Cómo diseño una tapa de bloque de CC sin interferir con mi filtro?
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