学习制作第一个LC带通滤波器的初步认识与总结

*本文是实验记录，不严谨，禁止转载*

作为业余爱好，之前没有接触过射频方面的知识。

收音机，fm调频话筒等等想必是很多人都想制作的一个入门制作。但是这个里面的振荡，谐振，滤波，虽然在电子报上面频频看见，对于普通爱好者，如果没有示波器，网络分析仪，频谱分析仪，就还是无能为力的。别看似简单，没有仪表的助力，既无法定性，也无法定量。

好不容易凑齐了一个hantek的250Mhz的示波器，一个LiteVNA和一个tinySA ultra，一个电容电感表，还有一堆的材料比如电路板，sma接口。。。外加各种工具杂物。终于可以开始捣鼓玩具级的射频电路了。

今天试制一个很简单的三阶的LC带通滤波器，我只要考虑之前有个100Mh的有源晶振，它有很多谐波，我的第一个想法就是制作一个带通，取出100Mh的纯净信号，后面再想办法取出200Mhz，300Mhz。。。这样也锻炼了动手能力，另外从实用角度看，通过取倍频，也拓展了晶振的用途。

 仿真使用filter solution19. 设置好中心100Mhz，带宽大约5-10Mhz。具体最后怎么样我们先不考虑（才握方向盘，就不要想着飙车，对吧）。主要的用途是在2倍频就是200Mhz抑制到60-70db。这个是主要目的。

特别说明：从频谱仪看了这个有源晶振起振频率是100，低于100是很干净的，厂家做的不错。但是之前我有购买48Mh的无源晶振，它的基频是16的。所以我暂时制作带通，就是想把100以下的也滤除得干净。本来这个需求是制作低通就行了。

板子是空白pcb用雕刻刀或者勾刀割开的，然后用SI9000计算了一个50欧传输线，板子1.38, 中心宽2.45，距接地2. 用刻刀划掉铜箔，制作而成的。然后两边的地用钻头0.7-1.0钻孔，用铜线上下层连起来了（不连起来的话，单独测传输线，在三五百兆时阻抗和回波看得到不平。）。

然后根据情况割开中心的线，接上如上图的元器件。

1.  最开始出现三峰或者双峰，你调某个线圈（或者某个电容也是一个道理），它会有一个峰会左右移动。如果对准了，s21会好，对不准，s21出现三峰，而且带内衰减特别大。

仿真模拟谐振点不准时（最开始调试前，三个谐振不会在一个点的，毕竟电感和电容离仿真值差的很远）：

实际的图示，频点偏离时：

2. 三个LC都调整到100Mhz的中心频率了，波形还行。但是s11不是很好，要用非磁芯的镊子微调，终于能把s11调到比较好（我的s11总体仍然不好，毕竟电容我不是精确的），只是勉强把重中心调到-20db以上了。先成功一半吧。别让人挫败。

一点思考和感受，还不是经验，有的还是疑问：

1. 电路板上下必须打通地的孔。

2. 我是传输线割开来连接元件的，如果够短的距离，我觉得不需要传输线。看了很多LC滤波的，中间都是一些焊接点（按书上说这些点只是连接支撑，越小越好），LC滤波器设计那本书第一个例子是用铜带制作的微带线制作的。我们就这样循序渐进吧。通常我们盒子是固定的尺寸制作各种不同的滤波器，免不了有元减少和元件多的，元减少的必然两头有很长的微带线或传输线。

3. 就我这个电路，我是焊接了一根短的sma线在中间位置，然后分别调试了三个部分谐振在100mhz。这样似乎要简单一些。单独调试一个LC组合的话，不管串并，串就看s21衰减最小，并的话，看s11最小。但是从最终的调试结果看。就算全部焊接好再调试，你调试时都会引起s21的变化可以看着变化调。

4. 三个谐振都在100，这个s21就完美，而且s11的完美也才能呈现，不然看第二个图，s11就完全没有了。

5. 这个s21能把100Mhz左右的地方压得很低，但是从500Mhz以上到一两个G。s21会抬升。就是说这个参数值，在100左右的工作是足够好，但是对于频率较高，这个电感太大，分布电容大，高频仍然压制不了。如果后面再接一个500M的低通，它的原件值相对小很多，可以压制高频的抬升。后续再做一个来调试。（如下图，544Mhz时。已经高于-60db了）

6. 如果用一个润喉糖的金属盒（注意两头刮掉漆）和sma座子接触好，然后扣上。屏蔽起来，在200M那里就能达到-70db以上，否则会变大，只有-60多。所以这个屏蔽很重要。特别是对右边这里的压制。

7. 调试线圈时，手不能靠近，金属不能靠近，用塑料镊子，我是自制的中性笔管削尖了作为镊子，也很好用。特别是最后的一点点拨动就影响到s11的好不好。我在仿真软件里面试过，L的微调和C的微调都非常影响最终s11在带宽内是否能到-10，-15，-20db。最后的微调对s11影响很大。

8. 电感计算了。绕出来，因为拉得不够紧，会松开一点，就不准了。拨动线圈间距很大也不行。就可以裁剪掉一匝，两匝这样。线径是用的0.55的和0.7的。这个0.7的是音频变压器拆的，质量很好很软。绕起来不回弹。我买的0.55的质量差点，绕5mm的就好，绕8mm的就要散开了。看来这个线圈直径，匝数。和线径要通盘考虑。为了提高Q。间绕可以。但是也不能拉开太大。不美观。也不牢固。

后记: 新买了0.7的普通漆包线，绕5mm-10mm的都行，绕好比较稳固。而之前的0.55的绕3-5mm还行。看来这个是以实验为准。适合的就是好的。

顺便说：Q是损耗，合理的匝数，直径，长度比，很重要，为了减少长度，趋表效应用镀银线（比较贵）和增加线径解决（可参考下图的短波天线）。这个影响到带内的s21衰减量。

9. 电容，计算是2.896. 只能用3pf的。现在我看了一下。除了常用的1pf开始卖的系列，可以串并联凑某个值，比如图1的400多pf的值。有个问题，就是比如221的。你测它偏大比较多，正常情况下你拿来做其他用途倒是无所谓的，一旦涉及到谐振点，这个就不行了。必须通过微调（比如给它并上电容或者换更低的）。唯一来说，这个值适合电容表的测量，这点不用太担心；另外也有0.1pf到10pf之间的，间隔值0.1的电容卖。如果下血本就买这个和大的电容再配合用。好。钱不是问题，那问题来了。准确值怎么测量？因为分布电容的问题，表不容易测准。这是最大的问题。我的电容表最低档位200pf，只能准到三五pf。你想想这个2.896的你凑了也不是准确的，因为你没法测量。但是呢。它又非常影响s11. 如果你通带内s11不够宽那最终也不行。这个就是说驻波最差劲要2.0，一般1.5，好的1.2以下。s11不行，整体还是不行。

10. 电容的问题，如果仿真是几pf，能否用陶瓷可调？对于vhf我想应该是可以的。我之前买了一包可调，卖家标明是无线话筒专用可调1-8pf。我买来就是为了调试用。另外我还知道特殊情况可以用线拧起来做电容，还可以用铜片做成空气可变或者半可变，通过改变铜片距离或者叠放的覆盖面积而改变容量。有时值非常小，又要调得特别精准，你用串并联没有任何准确测试的情况下，加上还有分布电容的情况下，可调，是很好的解决思路，要不然为什么腔体滤波和螺旋滤波，都用可变电容呢。电视机的U头我看了是经典的调电容。不仅有四联而且加上了微调的垫整电容才行。

拉线电容，过去收音机的垫整电容可以经常看到。

还有种瓷管的，中周下面可以找到。应该是特别稳定。可不可以微调，可以研究研究。

自制电容，原理就是两片金属靠近就是一个电容，包括电路板上面两条线挨得特别近也是一个电容。可以计算出面积。分布式电容常常做成扇形跟地直接形成一个电容。这个可以设计必要时用锡连接或者切割（后续实验再写）

10. 电容的容量是解决了，还有两个至关重要的参数：温度特性，老化，品质Q（损耗）。射频中用到的需要温度特性为NP0；多年之后容量仍然稳定（受潮，氧化，针对空气电容和可调电容这个方面可能有问题）；最后就是品质因素Q要高，损耗要低。普通售卖的电容虽然是NP0，但是却不是射频使用的高Q。多推荐使用村田和ATC这样的电容。我看了这个价格也是不菲，但我想主要还是参数的问题，参数满足，任何品牌都是可以的，数据说话。

顺便说：有爱好者曾对中周的瓷管，半可调陶瓷，云母，高频瓷片，做了对比。云母的Q很高，我也买了几颗黄色的那种方块的电容，没有测试过Q，但是测试过容量很稳定。后续专门测试一下这个Q的对比再另外写一篇。目前一些收音机套件倒是采用了瓷片电容做一些耦合和退耦，高频接地，老式的黄河741这样的是采用云母做中周谐振。现在的中周是采用的内藏瓷管电容。目前的云母为完全封闭保护层质量应该更好，不过这个价格就是要几元一颗。我曾经在射频功放看到有采用（耐压高，功率容量应该也是考虑的因素）。

Q就影响到这个s21通带的衰减，这个要做出高品质的带通衰减Q就很重要了。

11. 电感特别大和特别小，都很难搞。太大，必须加磁芯减少匝数，才能提高Q，降低分布电容。电感小呢，直径缩小和减少匝数了。都不好调整了。最困难的，一般条件小，电感表最低档只有200uH。根本测不了几nH的。台表可以测比较小的电感，但是因为市面上的台表频率太低，大多到100K，无法复现高频条件下的电感真实值。综合板子的分布参数，准不准呢。这个是个问题。值得思考。

12 .电感固定，如果比较紧密好像可以用绝缘漆固定，用指甲油固定。用高频蜡固定，用环氧胶固定（行吗？），如果拉的比较开，那只能用胶固定了。这个胶需要热膨胀特别小，否则一点温度变化反而影响电感量了。这个还要研究测试。不固定肯定也不行，抖动震动都得改变电感量。

顺便写：我拆了一个卫星机的调制部分（调制到某个固定频道）还是38M中频我忘记了没有去仔细看，这个线圈是用了一团高频蜡连线圈带板子都给封固上了的。FM收音机我们看到线圈中间塞满了絮状物，然后高频蜡封固了。VHF高频头，我们看到线圈是绝缘漆指甲油之类的固定的，没有用蜡和填充物。

有个办法，用胶封固了线圈，然后给它低温和高温测量它的电感变化情况。就能说明能不能用胶固定。后续再实验。

13. 值不适合，找不到元器件或者不容易制作，书上还有个方法是改变输入输出的阻抗，先做阻抗的提高或者降低，然后就能在舒适区设计原件值，完了再转换阻抗到50欧。绕了一下，但是原件值就是常规值了。这是一个曲线救国的思路。后续再学习再实验。

14. 屏蔽，一般用铝盒，两头两颗螺丝或者四颗螺丝的sma接口。这样安装起来就非常好。那个cnc的盒子奇贵。业余我买了几个铸铝的防水铝盒，选择好尺寸看起来还是不错的（最只要便宜），内部有固定电路板的位置了。只是要自己开sma的中心孔和螺丝孔。后面测试了再说效果。

15. 调节参数的方向：

仿真的完美图，平顶，S21够宽，S11够宽，抑制够好。S11在-20db以上。

以图为例，当串联LC的L变大（频点不变，C减小时），Q变大，S21变窄，S11变差

L变小时，Q变小，s21变宽，S11变差。

并联LC的L变大时（相应C变小）,s21变宽，S11变得不够

并联LC的L变小时（C变大），S21变成尖顶，Q变大，S11变窄。

所以目前我调整的初步特性，和第一个图类似，感觉是电容值不准导致的。我后续将改变电容，然后再仔细调试。

16. 逐渐对LC需要哪些参数增加了了解。而且逐渐熟悉了如何使用网分，要看什么，怎么看。

写了这么多总结的不一定都是正确的，后续将继续实验。谬误之处请大家指正。后续将对材料替换对比再做总结。

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