フィルターの性能と使い方次第で、スペアナの狭帯域性能が概ね決まってしまいます。どんなに優れた高価なフィルターを買ったとしても、使い方を知らなければ宝の持ち腐れです。ぜひここで使い方を修得してください。

セラミック・フィルターの写真 （左）４５５ｋＨｚ用，（右）１０．７ＭＨｚ用

セラミック・フィルターの動作原理を知る

セラミック・フィルタは、図１のように高圧電率のセラミックに入出力電極およびＧＮＤ電極を付けたものです。入力電極に電気信号を入力すると、圧電効果によってセラミックが機械的に共振し、逆に出力電極からは、圧電効果によって振動が電気信号に変換されて出てきます。
セラミックの圧電率や機械的寸法、電極の形状などを変えることにより、共振周波数やＱ（共振の鋭さを表す指数）を自由に設定することができるので、バンドパス・フィルターとして利用することができます。
ジルコン・チタン酸鉛系の高圧電率セラミックが開発されたことによって、振動子としての特性や安定度が大幅に改善されてきています。今では、ＬＣフィルタに代わって、数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚ以下の周波数帯では、広く用いられています。
特に、ＡＭやＦＭラジオのＩＦ回路のフィルターには、ほとんどセラミック・フィルターが使われています。

図１．セラッミック・フィルターの原理構造図

セラミックフィルターの種類

ここでは、中心周波数４５５ｋＨｚのセラミック・フィルターを用います。減衰量や帯域幅により、セラミック・フィルターの種類は多様です。ＦＭ通信用，ＡＭ放送用，ＡＭ通信用というように帯域幅が狭くなっています。

セラミック・フィルターのピン配置

代表的なセラミック・フィルターのピン配置について、図２に示します。セラミックフィルターは、図１の原理構造図で見るように、ＩＮ（入力端子），ＧＮＤ（接地端子），ＯＵＴ（出力端子）があります。双方向性のため、ＩＮとＯＵＴを入れ換えても使えるものもあります。

図２．セラミック・フィルターのピン配置図 （左）４５５ｋＨｚ用，（右）１０．７ＭＨｚ用

セラミック・フィルターの上手な使い方をマスターする

ここで、セラミック・フィルターの特性を十分に把握し、使い方のノウハウを修得してください。

（１）必ず同調回路と組み合わせて使うべし！
図３に、セラミック・フィルター単体のときと、同調回路と組み合わせたときの出力特性の違いを示します。［Ａ］がセラミック・フィルター単体での特性です。出力特性には、副共振と呼ばれる、振幅特性のはね返り現象が発生します。
副共振点では、減衰量が小さくなるため、混信の原因となります。
そこで、［Ｂ］のように、ＬＣ同調回路を組み合わせることによって、はね返り現象を抑えることができます。同調回路の１次側では、セラミック・フィルタの共振周波数に合わせます。

（２）インピーダンスマッチングを取りましょう
なお、セラミック・フィルターを使用するときは、インピーダンスマッチングに注意します。ミス・マッチでは所定の特性を得ることはできません。表１では、４５５ｋＨｚのセラミック・フィルターの入出力インピーダンスは、１．５ｋΩ〜２ｋΩですので、図３のように入力に２ｋΩの抵抗を直列に、出力には並列に挿入します。
また、ＬＣ同調回路と組み合わせた場合には、入力はセラミック・フィルタ側からみたインピーダンスが、２ｋΩ程度になるように、同調回路の出力インピーダンスを調整します。

図３．セラミック・フィルター単体のときと、同調回路と組み合わせたときの出力特性の違い

（３）実装上のアイソレーションをとるように心がけましょう
実装上の重要なノウハウになります。フィルター自体の減衰帯域での信号阻止能力、これを保証減衰量といいますが、中には８０ｄＢ以上にも達するものでも容易に入手できます。しかし、実装回路パターンでこれを十分に上回るだけのアイソレーションが確保されていなければ、せっかくのフィルターの実力を発揮させることはできません。
フィルター前の回路とフィルター後の回路は、空間距離を極力離すように配置してください。また図４のように、フィルタ前のＩＦ増幅回路と後のＩＦ増幅回路がある場合には、特に電源ラインが不要な信号ルートとなり得ます。従って、電源間には必ずデカップリング回路を入れてください。

図４．　フィルター実装上のアイソレーション

　電源のデカップリング回路として、図５に示すような部品が秋月電子通商などで、１個１５円程度で売られていますので、それを利用すると良いでしょう。中央の円形部分がセラミックコンデンサーで、コイルとしては両端子にフェライト・ビーズがついています。その両端子を電源ラインに通し、真中の端子はグランドに接続して使います。電源ラインから乗ってくるノイズに対しても有効な部品です。ぜひ覚えておいてください。
このような部品がない場合でも、０．１μＦ程度のコンデンサと、フェライト・ビーズを組み合わせて構成することもできます。さらに、フェライト・ビーズも無いというのであれば、コイルの代わりに数十Ωの抵抗を使ってもデカップリング効果があります。

図５．　デカップリング回路用の部品

さて、アイソレーションが不十分な場合には不要な信号ルートの他に、ＩＦ出力段からのフィードバックによる影響が考えられます。ＩＦ段では１００〜１２０ｄＢもの高ゲインをもつことも珍しくありません。出力部からＩＦフィルター周辺の入力部に不要なフィードバックがあると、図６に示すようにフィルターの通過帯域にリップルが発生するのです。
すなわち、本来フィルター自体では、通過帯域特性は概ね平坦ですが、フィードバックが起こると帯域内で大小の波打が生じます。ＩＦ出力部の信号は、ＩＦフィルターを通ったときに急激な位相回転を受けています。これが入力部にフィードバックされると、周波数のわずかな違いによって、正帰還となって山となったり、負帰還となって谷となったりします。アイソレーションが不十分な場合には、こういう現象も起こるということを覚えておいてください。

図６．　フィードバックの影響によるフィルターの通過帯域特性

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