K2TR filtry pro SO2R a multi provoz

Každý, kdo se začal zabývat SO2R nebo multi provozem s možností práce na více pásmech současně narazil na otázku ochrany přijímače či vytváření intermodulačních produktů. proč?

Specifikem multi - multi provozu je koncentrace více zařízení na malém prostoru, obvykle jedné budovy. Do antény se tak indukuje z jiných pásem poměrně vysoké napětí, které má vliv na intermodulace v přijímači. Při použití velkých výkonů a nešťastné shodě náhod může dojít až ke zničení vstupních obvodů přijímače.

Matematický výpočet přenosu z jedné antény do druhé antény

Totiž vezmeme-li výkon 1kW, tak je to +60 dBm. V závislosti na vzdálenosti antén, natočení, polarizaci se uvádí, že útlum mezi anténami je -20 až -35 dB. To se dá docela pěkně změřit – zavisejte výkon do jedné antény a druhou zatížte umělou zátěží s wattmetrem (nebo VF voltmetrem či osciloskopem). Kolik jste naměřili?

Vezmeme-li tu lepší hodnotu -35 dB, tak na vstup druhého RX-u přichází signál v úrovni +60 dBm – 35 dB = +25dBm, což je zhruba 0,3W.

První obvody přijímače jsou tedy zatěžovány výkonem 0,3W. může vést nejen k vytvoření nežádoucích IMD produktů, ale až jejich poškození.

Výhodou je, že tím, že jde o frekvenčně vzdálený signál, tak bude dodatečně potlačen ve vstupních filtrech přijímače (oktávové, pásmové či předvolič).

Matematický výpočet přenosu z jedné antény do druhé antény harmonických frekvencí produkovaných koncovým stupněm

Druhým faktorem, který způsobuje problémy jsou harmonické produkty z vysílače na nižším pásmu. Samotné TCVR-e mají potlačení harmonických produktů poměrně slušné (minimálně 50 až 60dB), horší je to s koncovými stupni.

Znovu vycházejme z výkonu 1kW (snadno se přepočítá na 100W či 10W). Máme tedy úroveň +60 dBm. Podle kvality koncového stupně může být potlačení harmonických produktů i kolem -30 dB. Jak vypadá situace poté? Utlum mezi anténami je -20 až -35 dB.

+60 dBm – 30 dB – 35 dB = -5 dBm

To je sice velmi silný signál, ale měl být pod úrovní, když kvalitní RX začne produkovat IMD produkty. Z předchozího článku o S-metrech si můžete zkontrolovat, že půjde o signál úrovně S9+67 dB.

Pokud například budu vysílat na 14,250 MHz, pak na 28,500 MHz bych našel takovýto velmi silný signál, který mi určitě neumožní na této frekvenci (a v jejím okolí) pracovat.

Možná řešení filtrů pro SO2R a multi provoz

Řešením jsou pásmové filtry do contestu. Připojením takového filtru zúžíme šířku pásma přijímače, čímž eliminujeme signály z jiných pásem a zároveň potlačíme harmonické frekvence vyzařované vysílačem.

Zhotovit LC filtry zejména pro vyšší výkony je problematické z důvodu nedostupnosti vhodných kondenzátorů.

Pro multi – multi pracoviště MW5W jsem kdysi zhotovil filtry z koaxiálních pahýlů podle K2TR. Oproti LC filtrům fungují jinak. Nevytvářejí pásmovou propust, ale pro potlačují jen určité frekvence dané typem a rozměry koaxiálních pahýlů. Jejich vhodným spojením lze dosáhnout vyhovujícího filtrování pro požadované pásmo. Jejich výhodou je proveditelnost a efektivnost. Výborné výsledky potvrzují měření OK1VWK

Na výsledných parametrech filtru se výrazně podílí kvalita koaxiálního kabelu. RG-58 se raději vyhněme – potlačení nežádoucích frekvencí je nízké a také zbytečně část výkonu ztratíme v kabelu. Pro výkon cca. 1kW PEP vyhoví RG-213, se kterým se také dobře pracuje. Potlačení nežádoucí frekvence je dostatečné a navíc výhodou je, že filtry na vyšší pásma potlačují nejen vyšší harmonické, ale přidáním dalšího pahýlu, i nižší pásma. Výsledné potlačení je tak velmi velké.

Pro výkony řádu stovek wattů lze použít PL T-konektory. Všechny filtry je vhodné zhotovit z koaxiálního kabelu od jednoho výrobce, nejlépe iz jednoho bubnu. Zkracovací činitel se může mírně lišit od hodnoty deklarované výrobcem. Výhodné je začít s výrobou filtru na 160 nebo 80m a filtr přeměřit.

Jak takový filtr ovlivní situaci přenosu z jedné antény do druhé antény?

Opět výkon 1kW, tedy +60 dBm a útlum mezi anténami -35 dB. Navíc potlačení filtru -25 dB.

Na vstup druhého RX-u přichází signál v úrovni +60 dBm – 35 dB -25 dB = 0 dBm

To je sice stále nad hranicí S9+70 dB, ale je to už jen 1 mW. Taková úroveň by neměla vést k poškození přijímače a ani vytvoření IMD produktů.

Příklad výroby filtru pro pásmo 80m

Na konec kabelu namontujeme konektor. Vypočítáme délku čtvrtvlnného pahýlu podle vzorce 75 x V / F (např. 75 X 0.66 / 3.68MHz = 13,45 m). Jako rezervu si necháme 20cm, abychom měli co zkracovat. Od konektoru tedy vyměříme 13.65m, kabel odřízneme a konec zkratujeme (pořádně zacínujeme).

Filtr připojíme přes Měřič PSV k zařízení a zatížíme přes wattmetr ho umělou zátěží. V pásmu 80m nesmí filtr ovlivnit hodnotu PSV a wattmetr musí ukazovat plný výkon. Může-li zařízení vysílat i mimo radioamatérská pásma, můžeme si při přelaďování k vyšším pásmům prohlédnout na wattmetru jak klesá výkon do umělé zátěže. Měření provádíme při sníženém výkonu, nakolik PSV je velmi vysoké (máme-li útlumový článek na daný výkon, doporučuji použít). V pásmu 40m tak umíme najít frekvenci, která je potlačena maximálně, čímž ověříme i nastavení na základním pásmu. Pokud se liší od požadované, upravíme délku pahýlu a měření opakujeme. Pokud se bude odlišovat od vypočtené délky (13.45m, viz. výše), vypočítáme po nastavení pahýlu i zkracovací činitel – usnadníme si nastavování filtrů na další pásma. Konec kabelu pak zalepíme izolepou nebo natáhneme teplem smšťující se bužírku.

Druhá možnost je použít VNA či podobný analyzátor a změřit filtr jím.

Filtr můžeme připojit ke koncovému stupni přímo T-konektrem, nebo přes krátký, asi 1,5m dlouhý koaxiální kabel. Pahýl tak může ležet na zemi. Určitě si všechny kabely dobře označte – po zhotovení všech filtrů budete mít spoustu kabelů. Velmi pěkné mechanické řešení je svinout kabel do cívky a vložit do velké plechovky od barvy.

Filtry jsme použili v contestovém provozu MW5W během CQ WW SSB (šest separátních stanic s PA na každé pásmo) letos. Zaregistroval jsem jen dvě-tři frekvence v pásmu 15m na kterých se vyskytoval signál z jiného pásma, ale jen v síle S2. Antény však byly na velké ploše a výkonový limit je v UK nižší.

Rozměry filtrů pro všechna pásma, CW segmenty, zkracovací činitel koaxiálního kabelu 0.66

	A: potlačuje 20m pásmo, délka 3,486m, konec otevřený B: potlačuje 40m a 15m pásmo, délka 6,969m, konec otevřený
	A: potlačuje 20m a 10m pásmo, délka 6,969m, konec zkratovaný
	A: potlačuje 40m a 15m pásmo, délka 6,969m, konec otevřený B: potlačuje 10m pásmo, délka 3,486m, konec zkratovaný
	A: potlačuje 20m a 15m pásmo, délka 6,969m, konec zkratovaný B: potlačuje 15m pásmo, délka 4,648m, konec zkratovaný C: kompenzuje reaktanci pahýlu B, délka 2,337m, konec otevřený
	A: potlačuje 40m, 20m, 15m i 10m pásmo, délka 13,938m, konec zkratovaný
	A: potlačuje 80m, 40m, 20m, 15m i 10m pásmo, délka 27,876m, konec zkratovaný

Rozměry filtrů pro pásma 160m a 80m, SSB segmenty, zkracovací činitel koaxiálního kabelu 0.66

	A: potlačuje 40m, 20m, 15m i 10m pásmo, délka 13,451m, konec zkratovaný
	A: potlačuje 80m, 40m, 20m, 15m i 10m pásmo, délka 26,470m, konec zkratovaný

Jsou ještě další možnosti zlepšení odolnosti mezi pásmy, například použitím push-pull koncového stupně, který přirozeně sudé harmonické (2.harmonická, 4.harmonická,…) produkty potlačuje. Kromě toho je možné použít dodatečné pásmové filtry na vstupu přijímače a vysílače (do 100W), čímž se dosáhne dalšího zlepšení.