Продвинутые режекторные фильтры для одновременной работы на нескольких диапазонах.

Режекторные диапазонные фильтры

При одновременной работе нескольких любительских передатчиков на нескольких диапазонах (например, в соревнованиях, в группах multi-two или multi-multi) в условиях ограниченной площади антенного поля возникают большие взаимные помехи.

Причин две: гармоники и шумы передатчика.

  1. Наибольшую помеху дают гармоники всего от станции более низкочастотного диапазона на более высокочастотный. Обычного подавления П-контура усилителя мощности (40 дБ) не хватает. Прикинем. Пусть первая станция 80 м  имеет 1 кВт и 50 дБ подавления второй гармоники в усилителе (очень хороший, в смысле подавления гармоник PA). Следовательно на второй гармонике   в диапазоне 7 МГц излучается 0,01 Вт.  Допустим расстояние от передающей антенны 80 м, до приемной 40 м составляет 20 м (т.е. довольно далеко).  При дипольных антеннах это даст развязку 10 дБ. Итого  на входе приемника второй станции 40 м диапазона окажется  помеха, с размахом  0,63 В (0,225 эфф.). Большинство приемников столько не выдержат и "забьются". Поэтому при передаче первой станции, вторая "глохнет".
  2. Шумы передатчика. Они намного ниже гармоник. Но зато, в отличие от гармоник, сосредоточенных в узких полосах, шумы распределены равномерно по спектру. И мешают не только более высокочастотной станции, но и более низкочастотной. На практике это выгляди так, будто при включении второй станции на передачу на других диапазонах (прежде всего, на соседнем низкочастотном) появляется шум во всей полосе.  Шум этот невелик, но как правило, превышает уровень шумов эфира раз в 10 и мешает.

Итого: излучение передатчика на диапазонах выше рабочего надо давить очень сильно (гармоники), а на диапазонах ниже рабочего ослабление может быть не столь столь большим (шумы).

Для борьбы с этими помехами используют диапазонные полосовые фильтры, выполненные на мощных катушках и конденсаторах, включаемые на антенну каждого диапазона.

Решение хорошее, но у него есть и недостатки. Нагруженная добротность контуров в таких фильтрах около 10. Следовательно, реактивная мощность конденсаторов должна быть вдесятеро выше пропускаемой. Ну, киловаттные конденсаторы на 100 Вт передатчика найти можно. Но на 10 кВар для передатчика 1 кВт – это уже весьма проблематично и дорого. Во-вторых, даже при очень качественных деталях нереально сделать потери меньше 0,6 дБ (здесь и далее  указываю честные потери, в самой худшей точке диапазона) в полосовых фильтрах 3-го порядка (а меньший порядок нас не интересует - не даст хорошего подавления). А это 150 Вт в тепло из проходящего киловатта. И мощность жалко терять, и фильтр перегреется.

Поэтому обычно используют режекторные  фильтры. В них, в отличие от полосовых резонансы идут на частотах других диапазонов, где РА по определению дает не киловатты, а милливатты. Поэтому конденсаторы могут быть очень простыми и недорогими.

Наиболее часто используют режекторные фильтры на четвертьволновых отрезках коаксиала.  Но  с коаксиальными резонаторами на любительские диапазоны есть проблема. В отличие от ТВ режекторов, на КВ уйдет очень много хорошего кабеля.  Посчитаем:  при работе на одном КВ тестовом диапазоне надо режектировать 5 остальных. Да еще желательно на соседний использовать два режектора. Получается, что если мы работаем на 80 м, то  потребуется ~50-ти метров коаксиала для режекции 160, 40, 20, 15 и 10 м.  Это на один фильтр. А на несколько, разных диапазонов?

Самыми лучшими в смысле характеристик (наибольшее подавление ненужных диапазонов,  минимальные потери в рабочей полосе, минимальный КСВ в ней же, разумные затраты) имеют режекторные фильтры на LC-элементах. Однако, если проектировать их "строго по науке", то получится около двух десятков номиналов конденсаторов, причем нередко не совпадающих с номинальным рядом (а это значит, что их придется набирать из нескольких). Неудобно.

Ниже приведены схемы, характеристики и файлы моделей фильтров диапазонов 160, 80, 40 и 20 м, в которых использованы только три номинала  конденсаторов: 1000 пФ, 390 пФ и 100 пФ. Потери во всей полосе каждого из диапазонов не превышают 0,1 дБ (т.е. 25 Вт из 1 киловатта проходящей мощности).

Фильтр 160 м. Его схема показана на рис.1, модель в формате RFSimm99. Резонансные частоты режекторов указаны красным.

160
Рис. 1.

На рис. 2 приведены:

160
Рис. 2.

 Параметры  фильтра 160 м:

  1. Максимальное затухание в полосе 1,8 –1,93  МГц не более 0,08 дБ.
  2. Максимальный коэффициент отражения в полосе 1,8 –1,93  МГц не более 0,1  (КСВ < 1.2).
  3. Минимальное ослабление  в полосе 3,5 ... 3,8 МГц не менее 50 дБ (здесь и далее приводится худшая точка, в лучших подавление выше).
  4. Минимальное ослабление  в полосе 7,0 ... 7,3 МГц не менее 60 дБ.
  5. Минимальное ослабление  в полосе 14,0 ... 14,3 МГц не менее 60 дБ.
  6. Минимальное ослабление  в полосе 21,0 ... 21,45 МГц не менее 50 дБ.
  7. Минимальное ослабление  в полосе 28,0 ... 28,7 МГц не менее 55 дБ.

Фильтр 80 м. Его схема показана на рис.3, модель в формате RFSimm99. Резонансные частоты режекторов указаны красным.

80
Рис. 3.

На рис. 4 приведены:

160
Рис. 4.

 Параметры  фильтра 80 м:

  1. Минимальное ослабление  в полосе 1,8 ... 1,9 МГц не менее 20 дБ.
  2. Максимальное затухание в полосе 3,5 –3,8  МГц не более 0,09 дБ.
  3. Максимальный коэффициент отражения в полосе 3,5 –3,8  МГц не более 0,1  (КСВ < 1.2).
  4. Минимальное ослабление  в полосе 7,0 ... 7,2 МГц не менее 60 дБ.
  5. Минимальное ослабление  в полосе 14,0 ... 14,3 МГц не менее 55 дБ.
  6. Минимальное ослабление  в полосе 21,0 ... 21,45 МГц не менее 50 дБ.
  7. Минимальное ослабление  в полосе 28,0 ... 28,7 МГц не менее 55 дБ.

Фильтр 40 м. Его схема показана на рис.5, модель в формате RFSimm99. Резонансные частоты режекторов указаны красным.

80
Рис. 5.

На рис. 6 приведены:

160
Рис. 6.

 Параметры  фильтра 40 м:

  1. Минимальное ослабление  в полосе 1,8 ... 1,9 МГц не менее 20 дБ.
  2. Минимальное ослабление  в полосе 3,5 ... 3,8 МГц не менее 30 дБ.
  3. Максимальное затухание в полосе 7,0 –7,3  МГц не более 0,1 дБ.
  4. Максимальный коэффициент отражения в полосе 7,0 –7,3  МГц не более 0,1  (КСВ < 1.2).
  5. Минимальное ослабление  в полосе 14,0 ... 14,3 МГц не менее 50 дБ.
  6. Минимальное ослабление  в полосе 21,0 ... 21,45 МГц не менее 60 дБ.
  7. Минимальное ослабление  в полосе 28,0 ... 28,7 МГц не менее 60 дБ.

Фильтр 20 м. Его схема показана на рис.7, модель в формате RFSimm99. Резонансные частоты режекторов указаны красным. В этом фильтре в отличие от всех предыдущих на входе установлен ФВЧ, сильно ослабляющий  диапазоны 160 и 80 м. В диапазоне 40 м затухание этого ADN невелико, поэтому на этот диапазон добавлен входной фильтр-пробка.

80
Рис. 7.

На рис. 8 приведены:

160
Рис. 8.

 Параметры  фильтра 20 м:

  1. Минимальное ослабление  в полосе 1,8 ... 1,9 МГц не менее 40 дБ.
  2. Минимальное ослабление  в полосе 3,5 ... 3,8 МГц не менее 27 дБ.
  3. Минимальное ослабление  в полосе 7,0 ... 7,3 МГц не менее 35 дБ.
  4. Максимальное затухание в полосе 14,0 –14,35  МГц не более 0,12 дБ.
  5. Максимальный коэффициент отражения в полосе 14,0 –14,35  МГц не более 0,07  (КСВ < 1.15).
  6. Минимальное ослабление  в полосе 21,0 ... 21,45 МГц не менее 55 дБ.
  7. Минимальное ослабление  в полосе 28,0 ... 28,7 МГц не менее 60 дБ.


Фильтры собраны в отдельных коробках и включены в разрыв кабелей соответствующих диапазонных антенн.  

Для мощности передатчиков по 1 кВт конденсаторы  пленочные на рабочее напряжение >500 В и реактивную мощность от 500 ВАр (т.е. простые и относительно недорогие пленочные конденсаторы), кроме  всех конденсаторов 100 пФ фильтра 20 м –  эти должны выдерживать до 1кВАр.  Если подходящих по мощности конденсаторов найти не удается, то  можно использовать батареи из копечных ширпотребных FKP, имеющих допустимую реактивную мощность 125 Вт: каждый из 500 ВАрных конденсаторов фильтров набирается из 4-х маломощных, а  1 кВАр-ные  – из 8-ми.

Все катушки бескаркасные из провода 1,5 мм. При расчетах, учитывайте уменьшение индуктивности из-за влияния  корпуса.

Настройка фильтров делается растяжением-сжатием катушек, до получения требуемых режекторных частот.


При работе с фильтрами  будьте очень внимательны: если случайно на диапазонный фильтр дать сигнал другого диапазона, то выгорят конденсаторы режектора, соответствующего этому диапазону. Причем выгорят уже при мощности в несколько десятков ватт: добротность режекторов больше 100 и во столько раз   возрастает на конденсаторе реактивная мощность. Разумнее всего использовать автоматику, блокирующую возможность ошибочного включения диапазона.



На главную - Main page