Продвинутые режекторные фильтры на  телевизионные каналы с I по V.

Режекторные телевизионные фильтры

При борьбе с помехами нередко выясняется, что поражен лишь один из телевизионных каналов. Если причиной этого являются гармоники передатчика, то выход тут только в дополнительном фильтре, включаемом в кабель между передатчиком и антенной.

Если пораженный ТВ канал относительно высокочастотный, то проблему решает простой внешний ФНЧ. Так, для каналов, начиная от VI (174 – 182 МГц) уже простейший П-образный фильтр 3-го порядка с частотой среза 30 МГц (известный больше, как П-контур) обеспечит подавление > 45 дБ  на 174 МГц. Этого вполне достаточно, имея в виду, что:

А вот с низкочастотными ТВ каналами, особенно с I (48,5 – 56,5 МГц), и II (58 – 66 МГц)  проблема сложнее.

Во-первых, в них попадает немало гармоник любительских диапазонов. Во II канал – 2-я гармоника участка 29 -29,7 МГц, 3-я гармоника диапазона 21 МГц, 6-я гармоника диапазона 10 МГц. В I – 2-я гармоника диапазона 28 МГц,  3-я диапазона 18 МГц, 4-я  CW участка диапазона 14 МГц, 5-я – диапазона 10 МГц.

Во-вторых, обычные ФНЧ относительно слабо давят участок 48 –  64 МГц. Так, упомянутый выше фильтр имеет в этом участке ослабление всего от 12 до 22 дБ.

Вопрос может быть более-менее решен ФНЧ пятого порядка (двойным П-контуром). Такой фильтр с частотой среза 30 МГц ослабляет 48 МГц на 32 дБ и 64 МГц на 45 дБ.  Проблема однако в том, что для такого фильтра требуются три конденсатора точно расчетной емкости и с большой допустимой реактивной мощностью (минимум, равной мощности передатчика). А это весьма дорогостоящие штуки. Правда есть удачные пример выполнения их как монтажных емкостей на печатаной плате, но учитывая разброс диэлектрической проницаемости и толщины стеклотекстолита такой фильтр можно сделать только после тщательных индивидуальных измерений имеющегося куска фольгированного стеклотекстолита.

 

Если поражен только один из НЧ телеканалов (до V включительно), то вместо сложного ФНЧ радиолюбители обычно применят режекторный фильтр на частоту пораженного канала. Его выполняют в виде разомкнутого l/4 отрезка кабеля, где  l – длина волны пораженного ТВ канала. Обычно пишут, что такой отрезок резонируя на своей частоте дает глубокое ее ослабление, а на любительских диапазонах влияет мало. И в подробности не вдаются. А мы вдадимся.

Простой анализ, показывает, что l/4 отрезок настроенный на 52 МГц (средняя частота I канала) подключенный параллельно выходу 50-ти омного передатчика, нагруженного на кабель с КСВ = 1  повысит КСВ между передатчиком и нагрузкой до 2 на частоте 28 МГц.  Хорошо, если ТХ имеет перестраиваемый выход и емкость подключенного отрезка можно скомпенсировать настройкой передатчика. А если это широкополосный  транзисторный передатчик без тюнера?

Дальше. Упомянутый отрезок при среднем кабеле  действительно даст глубокое (около 50 дБ) ослабление на частоте 52 МГц. Но ТВ канал-то широкий. Целых 8 МГц. От 48,5 до 56,5 МГц. А на краях I ТВ канала упомянутый отрезок даст ослабление всего лишь 12 дБ, т.е. совсем мало. А ведь нам нужно режектировать всю полосу. Смотрите:  2-я гармоника 28 – 28,25 МГц накрывает участок 56 – 56,5 МГц. 3-я гармоника 18 МГц попадает на 54,2 – 54,5 МГц. 5-я  10,1 МГц  портит 50,5 – 50,75 МГц, 7-я диапазона 7 МГц поражает 49 – 51,1 МГц.  Итого: режектировать надо всю полосу ТВ канала, а не какую-то одну частоту.

  Проблему решает гибридный фильтр, показанный на рис. 1. Это что-то среднее между ФНЧ П-контуром и режектором на линиях. Фактически, в обычный П-контур вместо емкостей включены разомкнутые отрезки кабеля ТВ кабеля 75 Ом.


Рис. 1.

Показанный на рисунке фильтр настроен на  I ТВ канал и предназначен для работы в тракте 50 Ом.. Его АЧХ показана на рис. 2 и 3.

Подавление во всей полосе  I ТВ канала 48,5 ... 56.5 МГц не хуже 35 дБ, т.е. лучше чем даже у двойного П-контура, и намного лучше, чем у одиночного режектора на одном l/4 отрезке.  Разная длина линий в фильтре рис. 1 дает АЧХ с двумя провалами. Минимумы на 49 и 55 МГц – это резонансы этих линий.

Выше 60 МГц подавление резко уменьшается, всего до 15 дБ. Но не забудем – мы делаем фильтр для очищения только одного ТВ канала.


Рис. 2.

 

Неравномерность АЧХ в полосе очень мала – завал на 30 МГц лишь 0,15 дБ, т.е. меньше, чем ничего. На рис. 4 и 5 показано как ведет себя импеданс фильтра в полосе ниже 30 МГц.


Рис. 3.

 

На рис. 4  показана отраженная волна (то, что показывает КСВ-метр в положении "Отраженная"). Видно, что только в верхнем конце диапазона 10 м КСВ50 поднимается до 1,17 (отражение 0,08), а ниже  28 МГц он не превышает 1,12 (отражение 0,06).


Рис.4.

 

На рис. 5 показано изменение модуля входного импеданса от частоты. Видно, что до 30 МГц он мало отклоняется от 50 Ом.


Рис. 5.

Тут время вопрос задать: а почему же один режекторный отрезок l/4  настроенный на 52 МГц дает в диапазоне 10 м  КСВ50  = 2, а два на рис. 1 – значительно меньше?  Дело в наличии катушки между режекторами. Ее величина рассчитана так, чтобы на вернем краю  рабочей полосы  компенсировать емкостную реактивность, вносимую отрезками линий. Причина та же самая, почему просто конденсатор 51 пФ, подключенный параллельно кабелю ощутимо повысит КСВ, а два таких конденсатора с катушкой между ними (низкодобротный П-контур без трансформации сопротивления) – нет.

Подробнее характеристики фильтра можно изучить в файле модели, открываемой RFSim99. Примечание: конденсаторы в 1 fF = 0,001 pF в модели изображают разомкнутый конец линии. На практике их конечно нет. 

Конструктивно фильтр рис. 1 выполнен в виде металлической коробке с двумя разъемами, между которыми впаяна катушка. Она содержит 5 витков  провода диаметром 2 мм, намотанных на оправке 18 мм с шагом 1 мм. К разъемам же припаиваются и режекторные отрезки. Если применяется кабель не со сплошным, а со вспененным диэлектриком, то длины отрезков надо соответственно пересчитать, так чтобы сохранились резонансные частоты, указанные на рис.1. По возможности их стоит проверить на приборах.

Чтобы не занимать места в коробке отрезки кабеля выведены наружу. Это, имея в виду место расположения фильтра – в кабельном тракте,   не очень портит внешний вид.

Стоимость подобного фильтра низка: пару метров недорого ТВ кабеля, пара разъемов,  полметра толстого провода на катушку, корпус. Отсутствуют дорогостоящие и редкие конденсаторы на большую реактивную мощность. 

 

Данные фильтра на другие каналы приведены в следующей таблице.

ТВ канал

Первый отрезок

Второй отрезок Катушка,
нГн
Подавление во всей полосе
канала, дБ
Неравномерность ниже 30 МГц, дБ не более КСВ50
ниже 30 Мгц, не более
 Для сравнения: КСВ50  на частоте 30 МГц одиночного l/4 отрезка
длина*, мм частота, МГц длина*, мм Частота, МГц
II 780 64,4 850 59 240 40 0,1 1,1 1,9
III 610 82,3 650 77,3 220 44 0,1 1,05 1,6
IV 555 90,55 590 85 220 47 0,08 1,03 1,3
V 510 98,5 540 93 220 50 0,05 1,02 1,2

* Для Ку = 0,67. Для других коэффициентов укорочения соответственно пересчитать.

 

Каскадирование разных фильтров обычно считается не очень хорошим решением в фильтровой технике. Но не в данном случае.  Для приведенных выше фильтров очень низкий КСВ50 и стабильный импеданс ниже 30 МГц приводят к тому, что их можно каскадировать по два-три последовательно. При этом их суммарные характеристики подавления даже улучшаются. А  КСВ50  ниже 30 МГц даже в самом неблагоприятном сочетании на превышает 1,4, а типично составляет 1,1.

Ниже приведены схемы и характеристики некоторых сочетаний.  Поскольку  программа Filter Solutions, которой сделан скриншоты рис. 1...5 не очень подходит для произвольного моделирования (она сама синтезирует готовые фильтры), то дальнейшие скриншоты и модели сделаны в RFSim99.  Эта программа в отличие от   Filter Solutions не учитывает потери в линиях, поэтому глубина пиков режекции получается больше, чем в действительности и в моделях Filter Solutions (линия без потерь замыкает выход эффективнее, чем с потерями). Но поскольку мы оцениваем не максимальное, а минимальное подавление,  то на результат это фактически не влияет.

 

Фильтр на I и II ТВ каналы показан на рис. 6 и 7.  Минимальное подавление в полосе I канала 46 дБ, II – 55 дБ, завал АЧХ на 30 МГЦ < 0,1 дБ, ниже 30 МГц максимальный  КСВ50  <  1,1.


Рис. 6.

Рис. 7 (на этом, и всех последующих аналогичных скриншотах красным показана АЧХ в логарифмическом масштабе 1 клетка = 7 дБ. Синим - коэффициент отражения  в линейном масштабе 1 клетка = 0,1. Частота меняется от 20 до 100 МГц).

 

Фильтр на I и III ТВ каналы показан на рис. 8 и 9.  Минимальное подавление в полосе I канала 39 дБ, II – 58 дБ, завал АЧХ на 30 МГЦ < 0,1 дБ, ниже 30 МГц максимальный  КСВ50  <  1,35.


Рис. 8.

Рис.9.

 

Фильтр на I и IV ТВ каналы показан на рис. 10 и 11.  Минимальное подавление в полосе I канала 38 дБ, IV – 59 дБ, завал АЧХ на 30 МГЦ < 0,1 дБ, ниже 30 МГц максимальный  КСВ50  <  1,35.


Рис. 10.

Рис. 11.

 

Фильтр на II и IV ТВ каналы показан на рис. 12 и 13.  Минимальное подавление в полосе I канала 45 дБ, IV – 60 дБ, завал АЧХ на 30 МГЦ < 0,1 дБ, ниже 30 МГц максимальный  КСВ50  <  1,35.


Рис. 12.

Рис. 13.

 

Фильтр на I, III и V ТВ каналы показан на рис. 14 и 15.  Минимальное подавление в полосе I канала 42 дБ, а в непрерывной полосе от  III до V (включая IV) каналов – более 70 (!) дБ, завал АЧХ на 30 МГЦ < 0,1 дБ, ниже 30 МГц максимальный  КСВ50  <  1,3.


Рис. 14.

Рис. 15.

 

В завершение: не забывайте, что гармоники передатчика – не единственная причина помех ТВ. И даже самый хороший фильтр по антенному кабелю будет бессилен, если помеха пролезает по питанию, или прямой наводкой на тракты ПЧ телевизора или просто сам сигнал основной частоты перегружает вход ТВ.



На главную - Main page