Podczas jednoczesnej pracy na 144 i 432 MHz problemem może być również sygnał, który znajduje się poza pasmem roboczym odbiornika. Typowym przykładem jest satelita lub VKV stacja, gdzie pracuje się na obu pasmach jednocześnie, a anteny są umieszczone stosunkowo blisko siebie. Silny sygnał z nadajnika 2 m może trafić do wejścia odbiornika 70 cm i spowodować jego przebudzenie lub nieliniowe zachowanie.
Właśnie ten problem rozwiązuje kombinowany filtr według projektu VE2ZAZ. Na drodze dla 432 MHz tworzy charakterystykę górnoprzepustową i jednocześnie bardzo wąski wycinek w zakresie 144 MHz. Efektem jest bardzo mały tłumienie w paśmie roboczym 70 cm przy wyraźnym tłumieniu silnego sygnału 2 m. Projekt powstał z praktycznej potrzeby pracy na obu pasmach i został następnie wykorzystany przez innych radioamatorów.
W artykule dowiesz się
Dlaczego filtr w pracy satelitarnej i wielopasmowej?
Przy satelitarne operacje jest powszechne, że jeden system pracuje jednocześnie na 2 m i 70 cm. Przy użyciu oddzielnych anten odległość między nimi może być niewielka, a w przypadku anten kierunkowych jedna antena może bezpośrednio „widzieć” drugą. Wynikowe sprzężenie może nie być problemem tylko przy samej podstawowej częstotliwości. Silny sygnał 144 MHz może trafić bezpośrednio do wejścia odbiornika 432 MHz, gdzie już nie chodzi o klasyczny problem niewystarczającego filtrowania harmonicznych.
Właśnie to zjawisko opisuje OK2VMC z doświadczeń z wyścigów VHF. W jego lokalizacji anteny były blisko siebie, a na 2 m używano około 300 W. Pomiar wykazał, że tłumienie trzeciej harmonicznej nadajników 2 m wynosiło 72 do 77 dB, więc źródłem szerokopasmowego zakłócenia nie była trzecia harmoniczna. Problemem był sam silny sygnał 144 MHz przenikający przez niewystarczającą selektywność wejścia odbiornika 70 cm.
To jest również ważne dla zrozumienia koncepcji filtra. Nie chodzi przede wszystkim o filtr przeciwko trzeciej harmonicznej 144 MHz. Jego zadaniem jest zapobieżenie przenikaniu podstawowego sygnału 144 MHz do toru odbiorczego 432 MHz i przebudzeniu jego obwodów wejściowych lub LNA.
Zaleta połączenia filtra górnoprzepustowego i wycięcia
Samotny filtr górnoprzepustowy może tłumić niższe częstotliwości, ale w przypadku wymogu znacznego tłumienia 144 MHz może być konieczny kompromis między stromizną charakterystyki, tłumieniem wbudowanym a szerokością pasma. VE2ZAZ rozwiązuje problem, łącząc działanie górnoprzepustowe i rezonansowe wycięcie dokładnie w zakresie 2 m.
Wynikiem jest filtr, który może mieć na 432 MHz bardzo małe tłumienie wbudowane i jednocześnie zapewniać dziesiątki decybeli tłumienia na 144 MHz. Opis referencyjny projektu wskazuje na około 0,1 dB tłumienia wbudowanego na 432 MHz i około 60 dB tłumienia na 144 MHz. Te wartości należy rozumieć jako wynik konkretnego dostrojonego egzemplarza, a nie jako automatycznie gwarantowane parametry każdego wyprodukowanego filtra.
Zasada połączenia
Filtr VE2ZAZ jest prosty. Całe połączenie jest pasywne i nie wymaga zasilania.
Dla 432 MHz wynikowa sieć stanowi przechodnią drogę o niskim tłumieniu wbudowanym. Dla 144 MHz poszczególne reaktancje wchodzą w rezonans, co tworzy głęboki wcięcie tłumienia. Dokładna lokalizacja minimum jest bardzo wrażliwa na rzeczywiste wartości komponentów, pojemności pasożytnicze, indukcyjności i wykonanie mechaniczne.
Właśnie dlatego nie można zbudować takiego filtra tylko na podstawie nominalnych wartości komponentów i oczekiwać identycznego wyniku. W VHF i UHF już wymiary mechaniczne, długość wyprowadzeń, typ trimra, umiejscowienie cewki i wzajemna pozycja komponentów stanowią część obwodu RF.
Budowa filtra VE2ZAZ
Oryginalny projekt VE2ZAZ wykorzystuje dwa nawinięte równolegle cewki i trzy regulowane kondensatory. To właśnie te elementy umożliwiają dostrojenie filtra do konkretnego pasma roboczego.
Szczegóły konstrukcyjne
Dla L1 i L2
- Użyj przewodu AWG18 (0,042″ / około 1 mm średnicy).
- Na cewki nawiń średnicę 0,25″ (6 mm).
- Ustaw odstęp zwojów na około średnicę używanego przewodu.
- Wybierz liczbę zwojów zgodnie z danymi podanymi w schemacie.
Dla C1, C2 i C3
- Wybierz kondensator obrotowy o zakresie, który obejmuje podaną wartość.
- Zalecane wartości kondensatorów obrotowych są podane w nawiasach.
Uwaga: Na schemacie dla cewek podano wartości L1 = 18 nH / 2 zwoje i L2 = 44 nH / 3 zwoje. Dla kondensatorów zalecane zakresy to C1: 9–35 pF, C2: 2–8 pF i C3: 9–35 pF.
Przy konstrukcji istotne jest nie tylko elektryczny schemat, ale także mechaniczne wykonanie. Filtr musi być umieszczony w metalowej obudowie z dobrą uziemieniem i krótkimi połączeniami. Sama metalowa obudowa nie jest elektrycznie neutralnym elementem. W podobnych filtrach UHF może zmienić pojemności pasożytnicze i prądy zwrotne, przesuwając tym samym częstotliwość rezonansową. W późniejszej wersji PCB pochodnej konstrukcji od VE2ZAZ zaobserwowano przesunięcie wycięcia o około 5 MHz po umieszczeniu w metalowej obudowie.
To właśnie ta cecha wyjaśnia, dlaczego warto dostroić filtr dopiero w końcowej mechanicznej konfiguracji. Jeśli zmiana zostanie dokonana po zamknięciu obudowy, końcowa charakterystyka może różnić się od tej, którą można było zmierzyć na otwartym przyrządzie.
Strojenie i wyniki
Najpraktyczniejszym narzędziem do strojenia jest VNA. OK2VMC wskazuje, że filtr był dostrajany za pomocą taniego chińskiego VNA i że bez VNA strojenie byłoby w zasadzie pracą na ślepo. Przy jego realizacji użył ceramicznych trimrów pojemnościowych i cewek z lakierowanego przewodu o średnicy 1 mm. W rezultacie osiągnięto tłumienie 144 MHz powyżej 48 dB, wtrącenie tłumienia na 70 cm wynosiło około 0,17 dB, a tłumienie odbicia wynosiło około 37 dB.
Podczas strojenia kusza jest kuszą ustawić filtr na jak największe wcięcie. To jednak nie musi być najlepsze rozwiązanie dla rzeczywistej pracy. OK2VMC po zainstalowaniu filtra wskazuje, że przy obróceniu anteny 2 m w kierunku anteny 70 cm zakłócenia zniknęły. Filtr jednocześnie długoterminowo wytrzymał około 75 W w tej konfiguracji.
W przypadku tego typu propozycji rozsądniej jest śledzić nie tylko absolutne minimum S21 przy 144 MHz, ale także szerokość i stabilność wycięcia oraz jednocześnie minimalny włożony tłumienie w całym wymaganym zakresie 432 MHz.
Praktyczne doświadczenia OK2VMC
OK2VMC pierwotnie zajmował się zakłóceniem stacji 70 cm podczas pracy nadajnika 2 m. Po potwierdzeniu, że same nadajniki 2 m nie generują problematycznej trzeciej harmonicznej, skupił uwagę na odporności toru odbiorczego 70 cm. Filtr według VE2ZAZ następnie włączył bezpośrednio do toru koaksjalnego anteny.
Wynik był praktycznie znaczący. Przy równoległym kierowaniu anten, po odpowiednim umiejscowieniu stanowisk, zakłócenia zniknęły, ale po obróceniu anteny 2 m w kierunku anteny 70 cm ponownie się pojawiły. Po włączeniu filtra do złącza antenowego odbiornika 70 cm zakłócenia zniknęły. To doświadczenie dobrze pokazuje, że problem może być uzależniony nie tylko od mocy nadajnika, ale także od geometrii anten i ich wzajemnego kierunku.
OK2VMC jednocześnie stworzył oddzielny filtr dla toru 2 m z przeciwną funkcją. Jest to interesujące w przypadku stacji wielopasmowej, ponieważ ochrona odbiornika może być potrzebna na obu pasmach.
Praktyczne doświadczenia OM0AAO
OM0AAO dotarł do propozycji VE2ZAZ właśnie na podstawie doświadczeń OK2VMC. Przy pierwszym wykonaniu użył aluminiowej obudowy o wymiarach 41 × 55,5 × 31 mm i złącz N, czyli jednego samca i jedną samicę. Takie wykonanie pozwala na włączenie filtra jako wkładki bezpośrednio do toru koaksjalnego. Filtr został następnie umieszczony razem z przekaźnikiem przełączającym i LNA w plastikowej obudowie bezpośrednio pod antenami.
OM0AAO zmierzył na 70 cm włożone tłumienie wynoszące około 0,3 dB i tłumienie 2 m większe niż 40 dB. Drugi egzemplarz był znacznie mniejszy, około 40 × 32 × 20 mm, i używał złącz SMA. Był przeznaczony przed LNA SPF5189. Z powodu wymiarów obudowy użyto ceramicznych trimrów, a wyniki były nieco gorsze niż w przypadku pierwszego filtra, ale nadal zapewniały bardzo dobre tłumienie.
Bardzo cenne jest doświadczenie z kompromisem w stroju. OM0AAO celowo nie dostraja filtra do absolutnie najgłębszego możliwego wycięcia. Chociaż udało się osiągnąć ponad 40 dB tłumienia, w bardzo wąskim zakresie. Działanie mechaniczne, temperatura i czas mogą rozstroić filtr, a następnie tłumienie na żądanej częstotliwości może znacznie się pogorszyć. Dlatego praktycznie ma większy sens pewna rezerwa i szersze stabilne wycięcie niż ekstremalna wartość osiągnięta tylko w jednym punkcie.
OM0AAO jednocześnie wskazuje, że koszty samej budowy filtra nie przekroczyły kilku euro. W kontekście techniki odbiorczej 70 cm jest to interesujący stosunek między kosztami, złożonością a uzyskanym tłumieniem niepożądanych sygnałów.
Podsumowanie
Zintegrowany filtr górnoprzepustowy 432 MHz i filtr wycinający 144 MHz według VE2ZAZ jest praktycznym rozwiązaniem problemu, który występuje szczególnie w przypadku wielopasmowych stacji VHF, pracy satelitarnej i stanowisk konkursowych z blisko umieszczonymi antenami. Jego główną cechą jest połączenie niskiego tłumienia wkładu na 70 cm z wyraźnym tłumieniem silnego sygnału 2 m.
Najważniejszą praktyczną lekcją nie jest sama wartość tłumienia. W filtrze UHF decyduje wykonanie mechaniczne, dokładność elementów, jakość uziemienia i przede wszystkim właściwe dostrojenie w końcowej obudowie. Doświadczenia OK2VMC i OM0AAO pokazują, że wyniki w zakresie od 0,2 do 0,3 dB tłumienia wbudowanego i ponad 40 dB tłumienia 144 MHz są realne w dobrze wykonanym i dostrojonym egzemplarzu.
Podczas strojenia celem nie jest tylko najgłębszy możliwy notch. Ważniejszy jest wystarczająco głęboki i mechanicznie stabilny obszar tłumienia, przy czym na roboczej częstotliwości 432 MHz tłumienie wbudowane powinno być jak najmniejsze. Właśnie w tym kompromisowym projekcie tkwi praktyczna wartość filtra dla rzeczywistej stacji radioamatorskiej.