• 1
  • 2

Strojenie duplekserów

Przestrajanie filtrów dupleksowych

 Ze względu na to, że na rynku wtórnym można kupić używane filtry dupleksowe przeznaczone do łączności profesjonalnej w zakresie 450-470 MHz, np. K&L, taki jak użyłem do przemiennika SR2GA (pochodzący z lottomatu) lub inne o zbliżonej konstrukcji, jak wyroby firm Sinclair czy Procom chciałbym przedstawić rezultaty przestrajania przykładowego filtra wykonanego dla odstępu dupleksowego 10MHz na amatorskie pasmo 70cm z odstępem 7,6MHz.

 Filtr, który został użyty do eksperymentu, to identyczny jak zastosowany przemienniku SR2GA, o następujących oznaczeniach: K&L SALISBURY, MD USA, 50140 S/N 1448, K&L P/N 6CU-00003, G-TECH P/N 55-0035-02 Freq. 459.8375-459.8375.

  Przykładowe filtry, zbudowane z trzech obwodów rezonansowych w układzie bandpass-reject w każdej z gałęzi, połączonych odcinkami linii współosiowych o długości 1/4λ prezentuję na poniższych zdjęciach. Mają one identyczną konstrukcję, różnią się nieco drobnymi szczegółami, które mają znaczenie drugorzędne. Wyprodukowane zostały przez innych producentów, ale ich zasada działania i budowa są identyczne.

 
bpbr_70_6_large SinclairMR356_500pm
PROCOM BPBR 70/6 SINCLAIR MR356-500
 
 

 

 Poniżej zamieszczam charakterystyki filtra K&L przed, w trakcie i po strojenie przy użyciu wyłącznie stroików rezonatorów ćwierćfalowych (bez zmiany sprzężeń).

 
 Niestety, takie strojenie może nie przynieść oczekiwanych rezultatów, a uzyskane charakterystyki będą zdecydowanie gorsze niż przy zachowaniu oryginalnego odstępu dupleksowego. Wynika to z tego, że odstęp dupleksowy jest uzależniony od stopnia sprzężenia obwodów rezonansowych z liniami łączącymi poszczególne obwody. Przy regulacji sprzężenia zmienia się dobroć obciążanego obwodu (a więc i szerokość pasma). Przy strojeniu należy pamiętać że zmiana sprzężenia ma wpływ na odstęp pomiędzy punktem maksymalnego tłumienia a środkiem pasma przepustowego zaś regulacja częstotliwości środkowej rezonatora ćwierćfalowego przesuwa oba te punkty współbieżnie w tym samym kierunku. Obwody rezonansowe we wszystkich komorach wykonane są w identyczny sposób, różnią się jednakże sposobem włączenia w linię transmisyjną. Każdy rezonator wykonany jest z mosiężnego posrebrzanego pręta z wydrążonymi końcami. Jeden z nich jest nagwintowany i przykręcony do dna komory (od strony zasilania). Drugi, swobodny koniec jest umocowany tak, aby nie wpadał w drgania mechaniczne i zawiera teflonową tuleję z kołnierzem zagłębioną we współosiowym otworze o głębokości ok 4cm. W otwór ten zanurza się stroik - kondensator stworzony przez zewnętrzną powierzchnie posrebrzanej śruby, wewnętrzną powierzchnie otworu w końcówce rezonatora zaś dielektrykiem jest cienkościenna tuleja teflonowa. Wkręcanie śruby w głąb rezonatora zwiększa pojemność i obniża częstotliwość rezonansową obwodu.
 
 Więcej uwagi należy poświecić na poznanie budowy i zrozumienie zasady działania pętli sprzęgających.
 
 W torze nadajnika (oznaczonym TX, albo HI) sprzężenie następuję przy użyciu pętli, której jeden koniec jest połączony z stykiem "gorącym" wejścia obwodu, zaś drugi z "gorącym" stykiem wyjścia. Praktycznie jest to zrealizowane tak, że ekrany półsztywnych przewodów koncentrycznych o średnicy  2,2mm (RG405) są wlutowane w osi promienia komory, blisko siebie w środku przestrzeni pomiędzy zewnętrzną średnicą rdzenia a wewnętrzną ścianą komory. Odizolowane z teflonu, gołe stalowe posrebrzone druty z obu kabli połączone są w ciasną pętlę o długości i przekroju tak dobranych, aby rezonans utworzonej w taki sposób pułapki (jest to szeregowy obwód LC) wypadał kilka MHz poniżej częstotliwości rezonansowej równoległego obwodu rezonansowego (jakim jest rezonator współosiowy  ćwierćfalowy). Zmianę odstępu pomiędzy rezonansem obwodu równoległego, a rezonansem pułapki dokonuje się przez zmianę sprzężenia - np. obrót płaszczyzny pętli względem osi rezonatora (dokładniej, względem promienia utworzonego przez poprowadzenie linni pomiędzy środkiem rezonatora a osią symetrii pętli sprzęgającej), bądź przez jej zbliżanie i oddalanie (na co raczej nie ma miejsca w dość ciasnej przestrzeni pomiędzy rezonatorem a ścianą komory). Z punktu widzenia prądu stałego gałąź nadajnika jest rozwarta pomiędzy masą a stykiem gorącym a zapewnia ciągłość pomiędzy "gorącymi" stykami począwszy od wejścia pierwszego, skończywszy na wyjściu trzeciego obwodu.
 

 W torze odbiornika (oznaczonym TX, albo HI) sprzężenie następuje przy użyciu prostego układu autotransformatorowego. Jeden z przewodów półsztywnych, stanowiący wejście jest zalutowany ekranem do dna obwodu, zaś jego żyła gorąca przylutowana jest do rezonatora w niewielkiej odległości od dna obwodu (odległość ta nie przekracza 3-4cm). Przewód stanowiący wyjście jest połączony bezpośrednio do wejściowego, najkrócej jak się tylko da przy samym dnie. Regulację odstępu dupleksowego uzyskuje się przez doginanie i odginanie przewodu łączącego wejście i wyjście z linią rezonansową. Zbliżanie przewodu sprzęgającego powoduje zmniejszanie odstępu dupleksowego, oddalanie zaś jego zwiększanie. Z punktu widzenia prądu stałego obwód o takiej konstrukcji jest całkowicie zwarty pomiędzy masą a linią transmisyjną. Ma to pewien plus - ochrona przed elektrycznością statyczną i ładunkami zaindukowanymi w torze antenowym.

 Strojenie dopasowania pętli jest bardzo delikatnym procesem. Należy zaopatrzyć się w narzędzia którymi będzie można manipulować przez niewielkie otwory w ścianie komory, wykonane z dobrej jakości tworzywa sztucznego, oraz haczyki metalowe do ew mocniejszego gięcia lub podciągania zbyt mocno wygiętych linii. Dobrze sprawdzają się tu narzędzia stomatologiczne i stroiki do trymerów z końcówkami z niemagnetycznej blachy lub całe z tworzywa.
 
 Strojenie odbywa się zatem wieloetapowo, jest procesem wymagającym uwagi i pewnego rodzaju wyczucia. Nie należy się spieszyć, a każdy ruch należy przemyśleć aby uniknąć błądzenia po omacku. Zdecydowanie odradzam strojenie na oko, byle czym, byle jak np. samym reflektometrem czy prostym miernikiem mocy. Opisy takiego strojenia można znaleźć w literaturze - choćby w artykułach które znalazłem w sieci i udostępniłem w dziale pliki do pobrania oraz linki. Zdecydowanie należy mieć dostęp do analizatora sieci o zakresie dynamiki co najmniej 90dB (Można też pokusić się o końcowe strojenie na lepszym przyrządzie). Stare wobuloskopy, analizatory skalarne o zakresie do 30 czy 50dB są po prostu nieprzydatne (można nimi zestroić co najwyżej pojedynczy obwód z osobna. Jeżeli chcecie pojechać gdzieś stroić filtr - zarezerwujcie sobie dostęp do analizatora na kilka godzin. Być może trzeba będzie na miejscu rozkręcać filtr i przelutowywać odczepy, ponownie przylutować oderwany przy wyginaniu sprzęgacz bądź wydłużać pętle.

  Procedurę można skrótowo opisać w następujący sposób.

  1. Skalibrowac analizator do pomiarów wraz z użytymi kablami i ewentualnymi adapterami do złącz.
  2. Podłączyć filtr do analizatora - wyjście generatora na środkowy port filtra (antenowy), wejście detektora na port LO (RX), port HI (TX) obciążyć wzorcowym obciążeniem 50Ω.
  3. Wstępnie przestroić gałąź odbiornika (trzy obwody, regulując wyłącznie stroiki rezonatorów ćwierćfalowych.
  4. Zamienić porty - obciążyć port HI, do analizatora podłączyć port LO.
  5. Wstępnie przestroić gałąź odbiornika (trzy obwody, regulując wyłącznie stroiki rezonatorów ćwierćfalowych.
  6. Czynności 2 do 5 powtarzać przynajmniej 2-3 razy, ponieważ jedna gałąź ma wpływ na drugą i odwrotnie.
  7. Podłączyć analizator tak, jak punkcie 2.
  8. Otworzyć otwory rewizyjne stroików we wszystkich komorach gałęzi HI i LO przez ostrożne oderwanie aluminiowych folii zakrywających otwory. W filtrach, w których otworów nad stroikami nie ma zdecydowanie proponuję dokonać modyfikacji - rozłożyć filtr całkowicie, nawierć otwory 6mm w taki sposób, jak widać na moich fotografiach i ponownie złożyć filtr. Jest z tym sporo pracy, ale nieporównywanie mniej niż próba doginania sprzęgaczy z rozkręcaniem i skręcaniem filtra za każdą zmianą. Filtr musi być naprawdę solidnie skręcony, ponieważ przez dno płyną duże prądy - pomysły ze skręcaniem na np. tylko kilka śrub są pozbawione szans na uzyskanie jakiegokolwiek dostrojenia.
  9. Doginać i odginać linie autotransformatorów pojedynczo, uważnie obserwując zmianę charakterystyki. Po każdej zmianie położenia skorygować dostrojenie regulując kondensator dostrojczy linii ćwierćfalowej w tym samym obwodzie.
  10. Czynność 9 powtarzać kolejno we wszystkich trzech obwodach aż do uzyskania zadowalającego efektu - nie gorzej niż -1.3 dB tłumienia w paśmie przepustowym i ponad -85dB w paśmie zaporowym.
  11. Zamienić porty LO i HI (obciążenie i wejście analizatora).
  12. Obracać pętle sprzęgające w torze HI, po każdym, nawet minimalnym, ruchu korygować dostrojenie regulując kondensator dostrojczy linii ćwierćfalowej w tym samym obwodzie.
  13. Czynność 12 powtarzać kolejno we wszystkich trzech obwodach aż do uzyskania zadowalającego efektu - nie gorzej niż -1.3 dB tłumienia w paśmie przepustowym i ponad -85dB w paśmie zaporowym.
  14. Zamienić porty ponownie i czynności od 9 do 13 powtórzyć dwa do trzech razy. W ten sposób powinno się dojść do optymalnego efektu.
  15. Zmierzyć końcowe charakterystyki, zbadać szerokość pasma przepustowego i zaporowego. Szerokość pułapki nie może być zbyt wąska, ponieważ przy zmianie temperatury może nam się filtr zbyt mocno odstroić - lepiej mieć optimum w szerszym nieco filtrze niż bardzo ostrą "szpilkę" sięgającą ponad -100dB  która nam ucieknie przy zmianie temperatury. Zmierzyć charakterystyki SWR, jeśli przyrząd na to pozwala - czasem łatwiej je ocenić niż wykresy wektorowe - zwłaszcza jeśli nie ma się w tym odpowiedniej wprawy.
  16. Z zestrojonym filtrem obchodzić się ostrożnie - nie stukać w niego, nie upuścić na twarde podłoże. Linie sprzęgające są co prawda dość sztywne, ale mocniejszy udar mechaniczny może zmienić nieco ich położenie i całe strojenie zacznie się od początku. Otwory rewizyjne należy zabezpieczyć metalową samoprzylepną folią - miedzianą używana jako wyklejane ekrany lub aluminiową - szeroko stosowaną np. w technice chłodniczej.

 Poniżej prezentuję uzyskane tą metodą wyniki oraz zdjęcia, które mogą być pomocne w samodzielnym strojeniu podobnych filtrów.

 

 Opisana procedura powinna się dobrze sprawdzić przy strojeniu innych, podobnych filtrów zbudowanych z czterech bądź sześciu obwodów w układzie pasmowo-przepustowym/zaporowym (z pułapką szeregową). Przy rezonatorach o większych wymiarach stroiki mogą być obracane z zewnątrz co znakomicie ułatwia strojenie. Przy odrobinie szczęścia i zdobyciu filtra z odstępem dupleksowym identycznym jak ten który zamierzamy stosować strojenie sprzęgaczy zapewne nie będzie potrzebne – wystarczy regulować linie ćwierćfalowe. Doświadczenie nabyte przy takim strojeniu pomaga samodzielnie skonstruować duplekser nawet na inne pasmo. Postępując w ten sposób zacząłem osiągać w miarę przyzwoite rezultaty przy budowie sześcioobwodowego dupleksera na pasmo 2m od podstaw.

 Inne filtry dupleksowe, które z powodzeniem przestroiłem na pasma amatorskie lub stoiłem na wybrane kanały przemiennikowe:

 Pomocna literatura:

  • Piette Bernard, VHF/UHF "Filters and Multicouplers, Applications of Air Resonators", Publisher: John Wiley & Sons, USA & ISTE UK 2010, ISBN 978-1-84821-173-5 (First edition in France 2007 by Hermes Science/Lavoisier entitled: "Multicoupleurs et filters VHF/UHF").
  • Zverev Anatolij, "Handbook of Filter Synthesis", Publisher: John Wiley Sons 1967 ISBN: 978-0471986805.

Logo PZK h15 200dpi

Ruch Obywatelski Miłośników Broni