Na wstępie trzeba sobie zadać pytanie co to znaczy idealnie zestrojone filtry.
Większość kolegów po wejściu w posiadanie wobulatora albo analizatora NWT jest przekonanych, że w momencie kiedy udało im się uzyskać ładną ch-kę przenoszenia lub dwie ładne i identyczne ch-ki przenoszenia to filtr jest zestrojony i gotowy do użycia.
Nic bardziej błędnego.
Uzyskanie ładnej ch-ki przenoszenia to około 20 - 30% wysiłku włożonego w porządne zestrojenie filtru.
Aby się o tym przekonać obowiązkowo należy wykonać mostek odbiciowy. Nie będę się na jego temat rozpisywać opisy i linki są również na tym forum.
Pomiar ch-ki przenoszenia zawsze traktowałem jako pomiar wstępny. Właściwy pomiar i strojenie wykonuje się za pomocą mostka odbociowego. Dowolny analizator podłączamy do mostka, a ten dopiero do wejścia filtru. Filtr obciążamy prawidłowym i dokładnym rezystorem 50 omów. Obrazek, który uzyskamy na ekranie naszego wobulatora lub analizatora może wyglądać tak:
ale ten sam filtr może wyglądać tak :
lub tak:
Na charakterystyce przenoszenia nie zobaczymy różnicy, ponieważ wynosić będzie ona setne części decybela. Dopiero oglądanie wykresu tłumienia odbicia pozwala w łatwy sposów ocenić zgodność zestrojenia filtrów.
Dodam jeszcze, że filtr sprawdzamy z obu stron, nastrojenie go od strony wejścia wcale nie oznacvza, że od strony wyjścia będzie dobrze.
Ponieważ idealne w powyższym świetle zestrojenie filtrów wymaga bardzo dużo wysiłku należy się zastanowić czy zawsze tak dobre zestojenie jest potrzebne i co to znaczy dobre?
Otóż w większości zastosowań wystarczy zestrojenie dające SWR około 1,5 czyli tłumienie odbicia na naszym wykresie rzędu -14dB. Większość anten masowo produkowanych dla radiokomunikacji tak ma.
Nasze filtry pasmowe do amatorskich TRXów też mogą tak mieć i będzie to zupełnie wystarczające.
Również pojedyncze filtry kwarcowe mogą tyle mieć i będzie to wystarczające w prostych TRXach.
Jeśli jednak myślimy o radiu wyższej klasy to należy zapewnić naszym filtrom lepsze dopasowanie, a i one same muszą być bardziej precyzyjnie zestrojone. Pojedynczy filtr w dobrym amatorskim tRXie powinien mieć tłumienie odbicia rzędu 20dB, profesjonalny poziom to co najmniej 26dB czyli SWR lepszy od 1,1.
W przypadku radia najwyższej klasy pracującego na zasadzie dipleksera zapewnbiającego brak odbicia dla sygnałów z mieszacza dwa filtry muszą być zestrojone niezwykle precyzyjnie.
Jednakowe ch-ki przenoszenia to za mało. Muszą mieć także jednakowe i dobre ch-ki odbiciowe. Do celów amatorskich tłumienie odbicia filtrów powinno wynosić co najmniej 20dB ( profesjonalnie nawet 30dB) i mieć ten sam charakter wykresu. Wykresy odbiciowe mogą się różnić dopiero wtedy, gdy osiągniemy poziom poniżej 30dB. Wtedy różnice nie będą powodowały dużych wyskoków na sumarycznej ch-ce odbiciowej całego zmontowanego układu dipleksera.
Charakterystyka odbiciowa całego dipleksera po złożeniu może wyglądać np. tak:
a po rozciągnięciu skali częstotliwości może to wyglądfać tak:
Największe zafalowania i tym samym pogorszernie intermodulacji w źle obciążonym mieszaczu występuje na granicy pasma przernoszenia filtrów kwarcowych.
Dlaczego zafalowania ch-ki odbiciowej będą największe na krańcach pasma przenoszenia filttrów?
Otóż nasz układ sumujący nazwany już wcześniej hybrydą (tak nazywają ten układ fachowe książki) działa na zasadzie fazowania sygnałów. W normalnym stanie pracy, gdy częstotliwość znajduje się wewnątrz pasma przenoszenia filtru mamy dobre dopasowanie dwóch filtrów i cała moc rozdziela się równo na dwa tory, w rezystorze sumatora (hybrydy) nie wydziela się wtedy żadna moc. Praktycznie to co zobaczymy na analizatorze jeśli podłączymy sondę na miejsce opornika obciążającego będzie podobne do charakterystyki odbiciowej przedstawionej w poprzednim poście. Wewnątrz pasma dobrze zestrojonego układu będzie mała amplituda - praktycznie od około 20dB do 40dB. Tą wartość nazywamy przesłuchem z wejścia układu do rezystora obciążenia. Przestrajając częstotliwość na dowolne zbocze ch-ki przenoszenia filtry pasmowe tracą dopasowanie - teoretycznie obydwa w jednakowy sposób, a moc zaczyna się wydzielać w rezystorze. Poza pasmem filtrów kwarcowych następuje już całkowite przejęcie podawanej na wejście układu sumowania mocy i wydzielenie jej na rezystorze.
Wykres mocy wydzielanej na rezystorze obciążalnika może zatem wyglądać tak:
Przy idealnym zestrojeniu wykres ten będzie taki sam jak ch-ka odbiciowa użytych filtrów.
Niestety, w realnym świecie niedoskonałych układów będą odchyłki.
Nasz hybrydowy układ sumowania mocy działa na zasadzie fazowego sumowania sygnałów we wrotach sumy i fazowego odejmowania sygnałów we wrotach rezystora obciążalnika. Aby układ prawidłowo działał, fazy doprowadzonych sygnałów z wrót filtrów kwarcowych muszą mieć dla każdego przypadku przesunięcie między sobą 90 stopni. Tylko wtedy na wrotach sumy dostaniemy sumę, a na rezystorze "nic".
Największe zmiany fazy zachodzą w filtrach na ich zboczach i bardzo trudno zachować identyczność zmian fazy na zboczach obydwóch filtrów, pomimo wielkiego wysiłku włożonego w ich zestrojenie. Z powodu tych różnic w fazie sygnały na zboczach filtrów nie odejmą się dokładnie tak, aby się wydzieliły na rezystorze obciążalnika. Część sygnału wróci do wejścia jako fala odbita. Dlatego pomimo zastosowania naszego pięknego rozwiązania technicznego na brzegach pasma przenoszenia filtrów będziemy mieli zafalowania w ch-ce odbiciowej. Mogą one mieć różny charakter w zależności od różnic w zestrojeniu filtrów. Widać to na poniższej charakterystyce odbiciowej całego układu - pomiar z wejścia do którego podłączamy mieszacz:
Teoretyczny wykres, gdyby filtry były idealnie równo nastrojone byłby linią prostą na poziomie -30 do -40dB. (40dB nigdy w życiu nie udało mi się osiągnąć ale 33dB owszem tak...)
Skala wynosi 10dB na działkę, więc zafalowania ch-ki odbiciowej nie przekraczają poziomu -20dB. W dalszej odległości od pasma filtru jest już idealnie - całe obciążenie przejął rezystor i mamy w miarę równo.
Jeśli uda nam się w proponowanym układzie tyle uzyskać, będę w siódmym niebie.
W CDG2000 zastosowano filtry z mniejszą ilością kwarców. Ma to swoje uzasadnienie - przy mniejszej ilości kwarców łatwiej jest uzyskać zgodne charakterystyki fazowe obu filtrów na ich zboczach, ponieważ zbocza są łagodniejsze.
Jeszcze jeden szczegół - nasz układ jest symetryczny, zatem powinien identycznie zachowywać się mierzony od tyłu, czyli wyjścia - zarówno same filtry jak i całość.
Jerśli więc pomiary z każdej strony będą dobre można będzie uznać układ za nastrojony.
Rób więc Zdzisławie jak najszybciej mostek odbiciowy i badaj najdokładniej jak to możliwe nastrojone przez siebie filtry, chętnie zobaczę poszczególne wykresy w naszej realnej rzeczywistości pomiarowej. Jestem ciekaw jak będą wyglądały dla filtrów 6 - kwarcowych.
