Pri súčasnej prevádzke na 144 a 432 MHz môže byť problémom aj signál, ktorý sa nachádza mimo pracovného pásma prijímača. Typickým príkladom je satelitná alebo VKV stanica, kde sa pracuje na oboch pásmach súčasne a antény sú umiestnené relatívne blízko seba. Silný signál z 2 m vysielača sa môže dostať do vstupu 70 cm prijímača a spôsobiť jeho prebudenie alebo nelineárne správanie.
Práve tento problém rieši kombinovaný filter podľa návrhu VE2ZAZ. V ceste pre 432 MHz vytvára hornopriepustnú charakteristiku a zároveň veľmi úzky výrez v oblasti 144 MHz. Výsledkom je veľmi malý vložný útlm v pracovnom pásme 70 cm pri výraznom potlačení silného 2 m signálu. Návrh vznikol z praktickej potreby prevádzky na oboch pásmach a bol následne použitý aj ďalšími rádioamatérmi.
V článku sa dočítate
Prečo filter pri satelitnej a viacpásmovej prevádzke?
Pri satelitnej prevádzke je bežné, že jeden systém pracuje súčasne na 2 m a 70 cm. Pri použití samostatných antén môže byť vzdialenosť medzi nimi malá a pri smerových anténach môže jedna anténa priamo „vidieť“ druhú. Výsledná väzba nemusí byť problémom iba pri samotnej základnej frekvencii. Silný 144 MHz signál sa môže dostať priamo na vstup 432 MHz prijímača, kde už nejde o klasický problém nedostatočného odfiltrovania harmonických.
Práve tento jav popisuje OK2VMC zo skúseností z VKV pretekov. Pri jeho stanovišti boli antény blízko seba a na 2 m sa používalo približne 300 W. Meraním zistil, že potlačenie tretej harmonickej 2 m vysielačov bolo 72 až 77 dB, takže zdrojom širokopásmového rušenia nebola tretia harmonická. Problémom bol samotný silný signál 144 MHz prenikajúci cez nedostatočnú selektivitu vstupu 70 cm prijímača.
To je dôležité aj pre pochopenie koncepcie filtra. Nejde primárne o filter proti tretej harmonickej 144 MHz. Jeho úlohou je zabrániť tomu, aby základný signál 144 MHz prenikol do 432 MHz prijímacej cesty a prebudil jej vstupné obvody alebo LNA.
Výhoda kombinácie hornopriepustného filtra a výrezu
Samotný hornopriepustný filter by síce potlačil nižšie frekvencie, ale pri požiadavke na výrazné potlačenie 144 MHz môže byť potrebný kompromis medzi strmosťou charakteristiky, vložným útlmom a šírkou pracovného pásma. VE2ZAZ rieši problém kombináciou hornopriepustného účinku a rezonančného výrezu presne v oblasti 2 m.
Výsledkom je filter, ktorý môže mať na 432 MHz veľmi malý vložný útlm a súčasne poskytovať desiatky decibelov potlačenia na 144 MHz. Referenčný opis návrhu uvádza približne 0,1 dB vložného útlmu na 432 MHz a približne 60 dB potlačenia na 144 MHz. Tieto hodnoty treba chápať ako výsledok konkrétneho naladeného exemplára, nie ako automaticky garantované parametre každého vyrobeného filtra.
Princíp zapojenia
Filter VE2ZAZ je jednoduchý. Celé zapojenie je pasívne a nevyžaduje žiadne napájanie.
Pre 432 MHz predstavuje výsledná sieť priechodnú cestu s nízkym vložným útlmom. Pri 144 MHz sa jednotlivé reaktancie dostávajú do rezonančného vzťahu, ktorý vytvorí hlboký útlmový zárez. Presná poloha minima je veľmi citlivá na skutočné hodnoty súčiastok, parazitné kapacity, indukčnosti a mechanické vyhotovenie.
Práve preto nemožno takýto filter postaviť iba podľa nominálnych hodnôt súčiastok a očakávať identický výsledok. Na VKV a UHF už mechanické rozmery, dĺžka vývodov, typ trimra, uloženie cievky a vzájomná poloha súčiastok tvoria súčasť RF obvodu.
Konštrukcia filtra VE2ZAZ
Pôvodný návrh VE2ZAZ používa dve vinuté paralelné cievky a tri nastaviteľné kondenzátory. Práve tieto súčiastky umožňujú filter doladiť na konkrétne pracovné pásmo.
Konštrukčné detaily
Pre L1 a L2
- Použite vodič AWG18 (0,042″ / približne 1 mm priemer).
- Cievky naviňte na priemer 0,25″ (6 mm).
- Rozostup závitov nastavte približne na priemer použitého vodiča.
- Počet závitov zvoľte podľa údajov uvedených v schéme.
Pre C1, C2 a C3
- Zvoľte otočný kondenzátor s rozsahom, ktorý zahŕňa uvedenú hodnotu.
- Odporúčané hodnoty otočných kondenzátorov sú uvedené v zátvorkách.
Poznámka: Na schéme sú pre cievky uvedené hodnoty L1 = 18 nH / 2 závity a L2 = 44 nH / 3 závity. Pri kondenzátoroch sú odporúčané rozsahy C1: 9–35 pF, C2: 2–8 pF a C3: 9–35 pF.
Pri konštrukcii je preto podstatná nielen elektrická schéma, ale aj mechanická realizácia. Filter musí byť umiestnený v kovovej skrinke s kvalitným uzemnením a krátkymi spojmi. Samotné kovové puzdro pritom nie je elektricky neutrálnou súčasťou. Pri podobných UHF filtroch môže zmeniť parazitné kapacity a spätné prúdy a tým posunúť rezonančnú frekvenciu. Pri neskoršej PCB verzii odvodeného návrhu od VE2ZAZ bol napríklad po vložení do kovovej skrinky pozorovaný posun výrezu približne o 5 MHz.
Práve táto vlastnosť vysvetľuje, prečo je vhodné filter naladiť až v konečnej mechanickej konfigurácii. Ak sa zmena vykoná po uzavretí skrinky, výsledná charakteristika môže byť odlišná od tej, ktorú bolo možné namerať na otvorenom prípravku.
Naladenie a výsledky
Najpraktickejším nástrojom na naladenie je VNA. OK2VMC uvádza, že filter nastavoval pomocou lacného čínskeho VNA a že bez VNA by bolo ladenie v podstate prácou naslepo. Pri jeho realizácii použil keramické kapacitné trimre a cievky z lakovaného vodiča s priemerom 1 mm. Výsledkom bolo potlačenie 144 MHz viac ako 48 dB, vložný útlm na 70 cm približne 0,17 dB a útlm odrazu približne 37 dB.
Pri ladení je lákavé nastaviť filter na čo najhlbší zárez. To však nemusí byť najlepšie riešenie pre reálnu prevádzku. OK2VMC po nasadení filtra uvádza, že pri natočení 2 m antény smerom na 70 cm anténu rušenie zmizlo. Filter zároveň dlhodobo zvládol približne 75 W v tejto konfigurácii.
Pri návrhoch tohto typu je preto rozumnejšie sledovať nielen absolútne minimum S21 pri 144 MHz, ale aj šírku a stabilitu výrezu a súčasne minimálny vložný útlm v celom požadovanom rozsahu 432 MHz.
Praktické skúsenosti OK2VMC
OK2VMC pôvodne riešil rušenie 70 cm stanice pri prevádzke 2 m vysielača. Po overení, že samotné 2 m vysielače nevytvárajú problémovú tretiu harmonickú, sústredil pozornosť na odolnosť prijímacej cesty 70 cm. Filter podľa VE2ZAZ následne zaradil priamo do anténnej koaxiálnej trasy.
Výsledok bol prakticky významný. Pri paralelnom smerovaní antén sa po vhodnom umiestnení pracovísk rušenie stratilo, ale pri natočení 2 m antény smerom k 70 cm anténe sa opäť objavilo. Po zaradení filtra na anténny konektor 70 cm prijímača rušenie zmizlo. Táto skúsenosť dobre ukazuje, že problém môže byť podmienený nielen výkonom vysielača, ale aj geometriou antén a ich vzájomným smerovaním.
OK2VMC zároveň vytvoril samostatný filter pre 2 m cestu s opačnou funkciou. To je zaujímavé pri viacpásmovej stanici, pretože ochrana prijímača môže byť potrebná na oboch pásmach.
Praktické skúsenosti OM0AAO
OM0AAO sa k návrhu VE2ZAZ dostal práve na základe skúseností OK2VMC. Pri prvom vyhotovení použil hliníkovú skrinku s rozmermi 41 × 55,5 × 31 mm a N-konektory, teda jeden samec a jednu samicu. Takéto vyhotovenie umožňuje zaradiť filter ako vložku priamo do koaxiálnej trasy. Filter bol následne spolu s prepínacím relé a LNA umiestnený v plastovej skrinke priamo pod anténami.
OM0AAO nameral na 70 cm vložný útlm približne 0,3 dB a potlačenie 2 m viac ako 40 dB. Druhý exemplár bol výrazne menší, približne 40 × 32 × 20 mm, a používal SMA konektory. Bol určený pred LNA SPF5189. Kvôli rozmerom skrinky boli použité keramické trimre a výsledné parametre boli o niečo horšie než pri prvom filtri, stále však poskytovali veľmi dobré potlačenie.
Veľmi cenná je skúsenosť s kompromisom pri ladení. OM0AAO zámerne neladí filter na absolútne najhlbší možný zárez. Hoci sa podarilo dosiahnuť aj viac ako 40 dB potlačenia, pri veľmi úzkom rozsahu. Mechanické pôsobenie, teplota a čas môžu filter rozladiť a potom sa môže útlm na požadovanej frekvencii výrazne zhoršiť. Prakticky preto dáva väčší zmysel určitá rezerva a širší stabilný zárez než extrémna hodnota dosiahnutá iba v jednom bode.
OM0AAO zároveň uvádza, že náklady na samotnú stavbu filtra nepresiahli niekoľko eur. V kontexte prijímacej techniky 70 cm je to zaujímavý pomer medzi nákladmi, zložitosťou a výsledným potlačením nežiaducich signálov.
Súhrn
Kombinovaný 432 MHz hornopriepustný a 144 MHz výrezový filter podľa VE2ZAZ je praktické riešenie problému, ktorý sa objavuje najmä pri viacpásmových VKV staniciach, satelitnej prevádzke a contestových pracoviskách s blízko umiestnenými anténami. Jeho hlavnou vlastnosťou je spojenie nízkeho vložného útlmu na 70 cm s výrazným potlačením silného 2 m signálu.
Najdôležitejšou praktickou lekciou však nie je samotná hodnota útlmu. Pri UHF filtri rozhoduje mechanická realizácia, presnosť súčiastok, kvalita uzemnenia a predovšetkým správne naladenie v konečnej skrinke. Skúsenosti OK2VMC a OM0AAO ukazujú, že výsledky okolo 0,2 až 0,3 dB vložného útlmu a viac než 40 dB potlačenia 144 MHz sú pri dobre zhotovenom a naladenom exemplári reálne.
Pri ladení preto nie je cieľom iba najhlbší možný notch. Dôležitejšia je dostatočne hlboká a mechanicky stabilná oblasť potlačenia, pričom na pracovnej frekvencii 432 MHz má zostať vložný útlm čo najmenší. Práve v tomto kompromisnom návrhu spočíva praktická hodnota filtra pre reálnu rádioamatérsku stanicu.