Com a construção de minha estação (em breve com projeto de rotor!), surgiu o problema de otimizar a recepção, em especial os filtros, dado que o SDR que utilizo (RTL-SDR) é de banda-larga. Como moro relativamente perto de estações transmissoras de rádio FM e com visada para torres de celular, recebo bastante interferências por todo espectro.

Por sugestão do Edson PY2SDR, optei pela topologia de ressonadores hélicos. São filtros baseados em N bobinas em hélice, colocadas dentro de cavidades ressonantes e acopladas umas às outras através de uma "janelinha". No topo das bobinas, placas metálicas ajustáveis por parafusos permitem ajustar a capacitância em série com as bobinas e, consequentemente, prover um ajuste fino de frequência.

Diagrama de um filtro de ressonadores hélicos. Fonte: https://www.changpuak.ch/electronics/Helical_Bandpass_Filter_Designer.php

No meu caso, optei por uma versão com 2 bobinas dentro de cavidades construídas utilizando placas de FR4. Para calcular os valores, utilizei a calculadora do Chang Puak , entrando com uma frequência central de 436MHz e largura de banda de 10MHz. A impedância foi mantida em 50 ohms e a perda de inserção foi ajustada até obter-se um valor razoável - muito baixa e necessitaríamos utilizar fios muito grossos, muito alta e o filtro seria ruim e a cavidade muito pequena.

O design resultante foi o seguinte, para bobinas de 6 voltas de fio 0.8mm de diâmetro com uma derivação a 70 graus do início da bobina:

Peças a recortar de uma placa de FR4 - note que a janelinha não é inclusa

Para construção mais precisa, recomendo cortar as partes em excesso e lixar cuidadosamente até obter as dimensões desejadas. Lixar, medir com paquímetro, lixar, medir com paquímetro...

Placas cortadas - tente manter as suas mais retangulares que as minhas

Por fim, as placas devem ser soldadas para obter o formato da caixa. As duas maiores são a base/tampa, enquanto as restantes são laterais. O lado menor é onde serão fixados os conectores, enquanto nos maiores serão montadas as bobinas/parafusos. A janelinha entre as bobinas deve ter aproximadamente a metade do tamanho da caixa. Os parafusos foram presos com insertos de latão para moldes de injeeção soldados no FR4.

Filtro montado, sem tampa

A seguir, vamos para a fase dos ajustes. Para isso, utilizei o NanoVNA. Os ajustes foram muito empíricos, mas grosseiramente o roteiro foi o seguinte:

  • Ajustar os parafusos para se obter a menor perda de inserção, buscando sintonizar ambas bobinas na mesma frequência. No VNA era visível quando haviam "duas ressonâncias".
  • Uma vez com um único pico, movimentar ambos os parafusos ao mesmo tempo buscando acertar a frequência central desejada. Modifique-os com cuidado para não separar as frequências! Se não for possível atingir a frequência desejada, aperte/alongue as bobinas e comece novamente.
  • Por fim, ajuste o tamanho da janela. Se você seguiu minha indicação acima, vai ter uma janelinha um pouco pequena, podendo aumentá-la cortando partes com um alicate.
O objetivo do ajuste de acoplamento é obter uma curva como a K/Kc = 1 (acoplamento crítico). Caso ela esteja muito pequena, aumente a janelinha. Caso esteja formando dois picos, diminua-a.

Assim, consegui obter a seguinte resposta em frequência:

Resposta em banda estreita, perda de -1dB na banda passante, SWR de 1:1
Resposta em banda larga, rejeição de -50dB na faixa de FM

A derivação da bobina não precisou ser ajustada para obter esse valor de SWR.

Com isso, é possível filtrar a maior parte dos sinais espúrios na entrada do SDR, gerando assim menos produtos de intermodulação e operando mais longe da saturação, permitindo ganhos maiores e a detecção de sinais mais débeis.

SDR sintonizado numa rádio local antes vs depois da inserção do filtro - mesmo com 0dB de ganho ela saturava o receptor.