Jak jsem dělal anténní filtry pro OK0MF

…Je to bezvadné pásmo, když máte to štěstí a Matka Příroda zatáhne za řetěz…

Při stavbě 6m převaděče OK0MF na mě připadl úkol vyřešit anténní filtraci / duplexer. Duplexer na 50MHz jsme samozřejmě neměli a jeho pořízení by převaděč značně prodražilo. Navíc je kmitočtový offset v pásmu 6m pouze 600kHz, což je při potřebné izolaci ∼80dB celkem náročné. Na internetu jsem našel stavbu duplexeru amatérským způsobem pomocí koaxiálního kabelu 1″5/8 helical . To mělo však hned dva problémy, sehnat patřičný koaxiál, také rozměry duplexeru nejsou zanedbatelné. Tudy cesta nevedla. Po delší úvaze jsem se rozhodnul udělat filtraci pomocí helical dutin. Ty vychází rozměrově dobře a parametry taky. V původní úvaze figuroval ještě krystalový filtr coby band-pass, ten ale při minimální potřebné šířce pásma 30kHz vychází na 3-5 sad krystalů. Při ceně za sadu cca 1700kč a nejistotě výsledku jsme toto zavrhli.

Základní parametry pevaděče byly:

  • Budou použity dvě antény, RX a TX zvlášť
  • Antény budou ∼23m od sebe, odstup bude ∼30dB – se kterým počítáme v parametrech.
  • RX strana bude obsahovat 1x band-pass filtr (kmitočet RX) a 2x Notch (kmitočet TX) útlum -55dB
  • TX strana bude obsahovat 3x Notch (kmitočet RX) útlum -75dB
  • Je potřeba ošetřit nejbližší rušivé kmitočty tj. CB opakovač a FM radio (87,6MHz / 1kW), TX OK0MF.

Rozmístění na kótě:

Mapa_ok0mf

1.   OK0MF – RX

2.   OK0MF – TX

3.   CB opakovač

4.   FM vysílač – Černá hora

Jako materiál pro obal dutin jsem zvolil Cu okapovou rouru délky 150mm s průměrem 80mm a tloušťkou stěny 0,5mm. Drát pro vinutí cívek je opět Cu ∅ 3,4mm (2,8mm).Kondenzátory pro doladění jsou typu Johanson 5202 (0,8-10pF). Konektory pak BNC. Nařezané dutiny jsem zaslepil Cu plechem z téže roury, víčka jsou přípájena k dutinám a zalepena Cu folií. Vnitřní samonosné cívky jsem fixoval plastem z tavné pistole, to se ale neukázalo jako dobré řešení. Termoplast má celkem vysokou kapacitu a pří výkonu cca 20W se vytavil a ztekl na dno dutiny. Cívka je vlastně autotransformátor, který má napájení na 0,5z, takže na 10. závitu je už „slušná pára“. Stejně jsem dopadnul s tisknutou kostřičkou z ABS, takže jsem nakonec zkončil u sklolaminátu a závity jsem k sklolaminátové destičce fixoval epoxidem.

Sekce RX:

Protože žádné stříbření je lepší než špatné stříbření, rozhodnul jsem se vyleštěnou měď pouze nalakovat pájitelným lakem (5 vrstev). Měď na kmitočtu 52MHz má míru vnikání (skin effect) ≈9μm, což je relativně dost a stříbření není ani nutné.

Řetězec filtrů pro přijímač má za úkol dostatečně zatlumit nám nežádoucí kmitočty.

  • CB opakovač „Faltus“ 27,255MHz(4W)  úroveň na ant. vstupu:cca +0dBm (52m)
  • FM komerční vysílač 87,6 (1kW) úroveň na ant. vstupu: cca +16dBm (44m)
  • Vlastní TX převaděče OK0MF (10W do ant.) úroveň na ant. vstupu: cca +7dBm (23m)

Vlastní vysílač je nejbližší a nejsilnější signál, ten by procházel vstupními filtry radiostanice a zahlcoval vstupní předzesilovač, který má vlastní zesílení ∼20dB. CB opakovač a vysílač FM rádia „Černá hora“ jsou už dostatečně daleko. Pro potlačení CB a okolních podružných vysílačů postačuje band-pass dutina, pro FM rádio ¼ λ pahýl, pro TX převaděče pak 2x dutina Notch.

Path loss“ tedy útlum prostředí mezi anténami je dán vztahem:

L = 20\ \log_{10}\left(\frac{4\pi d}{\lambda}\right)     [m, dB]

Několik obrázků konstrukce Band-Pass & Notch helical dutin:

Dutina_BP_1Dutina_BP_3

Dutina_BP_5

 

Dutina_BP_4

 

notch_dutina

vyroba dutin

 

 

 

rezani_dutin_2 rezani_dutin fixace_civky

 

 

 

 

 

 

 

Parametry řetězce pro RX jsou následující:

  • Průchozí ztráta (insertion loss) Band-pass dutiny je -0,3 dB
  • Průchozí ztráta celého RX řetězce (51,370MHz) je: -1,8 dB
  • Útlum na 3,7 MHz ≈ -46dB
  • Útlum na 14 MHz ≈ -32dB
  • Útlum na 27,255 MHz ≈ -22dB
  • Útlum na 87,6 MHz ≈ -50dB
  • Útlum na TX OK0MF (51,970MHz) je -55dB
  • Citlivost RX s filtry je 0,35μV / -116dBm (10dB SINAD)
    Pro aktivaci převaděče stačí pak signál o cca 3dB slabší tedy -119dBm / 0,25μV

Viz měření:

reject_TX B-P_char Reject_FM

 

 

 

TX_prototyp1 RX_prototyp1 RTX_prototyp1

 

 

 

Chrakteristika_2m Chrakteristika_70cm Chrakteristika_HF

 

 

 

TX_mereni RX_mereni

 

 

 

 

 

 

Co se mechanické pevnosti týče, tak prvním nechtěným testem byl pád jedné z Notch dutin ze stolu na parkety pod ním (80cm). „Škody“ jsou následující:

Parametry změnila pouze dutina která utrpěla náraz pádem, převoz se na změně parametrů neprojeví. Což se nedá říci o variantě s koaxiálnímy kabely, které jsou náchylné byď jen na malou změnu polohy a celek musí být dobře fixován a obvykle naladěn až na místě konečného provozu.

Skoda_po_paduZ tohoto obrázku je dobře vidět změna parametrů dutiny Notch, ta se odladila o ∼220kHz. Zhoršila tím Notch celého řetězce o 13dB / 29,5% ( z  -44dB na -31dB)

  1. Band-pass kmitočet
  2. Notch pro TX převaděče
  3. Rozladění jedné Notch dutiny oproti bodu 2

 

 

Sekce TX :

V sekci vysílače je zařazen trojnásobný HelicalNotch filtr pro RX (51,370MHz) který má maximální útlum -75dB. Filtr je zde kvůli ochraně před zvednutím šumovéhu prahu, šum generuje vysílač a je produktem oscilátoru (termální šum), který pak dále zesílí obvody radiostanice + PA. Průchozí útlum TX řetězce je 2,3dB. Výkon na TX anténní svorce je 15W.

Tento šum který „zahlcuje“ přijímač se nazývá Desensitization noise

Desensitization noise by měl být cca 10dB pod prahem citlivosti přijímače aby ho neovlivňoval.

Teoretická citlivost RX je dána vztahem

[-174 + 10 * log B + 3]     kde B je sirka pasma v Hz (pro nas pripad 16kHz). => to je -128dBm.

Zkracovací činitel koaxiálů:

Ve filtračních členech jsem několik druhů propojek délky ¼ λ, ty jsou vyrobeny z koaxiálních kabelů různých impedancí. Závislost mezi kmitočtem a vlnovou délkou je dám vztahem:

λ = c / f  


Vypočteme tedy vlnovou délku pro ¼ λ a tu vynásobíme zkracovacím koeficientem použitého koaxiálního kabelu.

RG-58U  se zkracovacím čínitelem 0,659 (rychlosti světla c) a impedancí 50Ω.

RG-62 AU se zkracovacím čínitelem 0,84 a impedancí 93Ω

H155 se zkracovacím čínitelem 0,81 a impedancí 50Ω

¼ λ propojky RX (51,370 MHz)

  • RG-58U   –   0,962m
  • RG-62AU –   1,226m
  • H155       –   1,182m

¼ λ propojky TX (51,970 MHz)

  • RG-58U   –   0,951m
  • RG-62AU –   1,212m
  • H155       –   1,169m

Různé impedance jsem volil kvůli impedančnímu přizpůsobení mezi jednotlivými dutinami, připouštím že je to jistá alchymie:) V této fázi je nenahraditelným pomocníkem měřič impedance, ja používal MAX6 Antenna analyzer který mi laskavě zapůjčil Petr OK2ZAR.

Teplotní stabilita:

Měření teplotní stability dutiny Helical – Notch
RX část – měřena pouze jedna dutina na 1/4 lambda vedení
Datum: 25.8.2015
Teploměr: Infračervený
Měřící přístroj: R8000A-General Dynamics
Teplota v místnosti: 23˚C
Měř. čís. Čas měření Teplota dutiny [˚C] Notch maximum [MHz]
1. měření
1 7:45 24 51,971
2 8:17 -9 51,995
3 8:19 -1 51,995
4 8:19 4 51,991
5 8:20 8 51,988
6 8:20 12 51,985
7 8:22 13 51,981
8 8:24 15 51,977
9 8:26 17 51,977
10 8:28 18 51,972
2. měření
1 9:22 25 51,972
2 10:18 -15 51,997
3 10:20 -8 51,992
4 10:21 0 51,99
5 10:23 8 51,987
6 10:24 13 51,982
7 10:26 15 51,982
8 10:28 17 51,977
9 10:30 18 51,977
10 10:33 19 51,972
11 10:42 22 51,967
Duplexer Sinclair MR356*2 pro porovnání
1 9:00 25 438,725
2 9:30 -15 438,33
10x vyšší kmitočet 20x vyšší chyba.
Měření dvojice dutin NOTCH na 1/4 lambda vedeních
Měř. čís. Čas měření Teplota dutin [˚C] Notch maximum [MHz] Útlum 970 Útlum 370
1 10:51 24 51,965 -34 -2
2 12:24 -15 51,983 -31 -1,7
3 12:26 -5 51,983 -32 -1,7
4 12:27 -3 51,983 -34 -1,8
5 12:28 6 51,975 -35 -1,9
6 12:29 11 51,964 -35 -1,9
7 12:30 13 51,965 -35 -2
8 12:31 15 51,96 -34 -2

Časová náročnost:

Návrh, výpočty a samotná stavba Helical rezonátorů a vedení k nim vyšla na cca 220 hodin během 3 měsíců.

Finanční náročnost:

Výpočet časové náročnosti při stavbě OK0MF
Celkové náklady: 24945
Výroba Duplexeru 220 Hodin
Materiál duplexer
CU roura 80mm/2m 750
Drát na vinutí cívek 25m 500
Konektory N 200
Konektory BNC 7x 120
Koaxiály 15m 375
Transportní / krycí bedny 700
Tisk krycích krabiček (5ks) 300

 

OK0MF je v ČR vůbec prvním fungujícím převaděčem na 6m, svou konstrukcí je unikátní, mnoho dílčích částí jsme použili „poprvé“ v našem prostředí.  Budeme rádi za Vámi zaslané reporty a informace o zařízení s jakým jste spojení dělali.

Nakonec bych rád poděkoval mému příteli Carlosi Hérnandezovi, který mi byl teoretickou oporou a velmi usnadnil vývoj.

Zdroje:

1/   http://oh2btg.blogspot.cz/2015/03/6m-50mhz-duplexer-for-repeater-do-it.html

2/   http://www.repeater-builder.com/antenna/heliax-6m-filter.html

3/   http://www.hubbatech.com.au/AMATEUR%20RADIO/RF%20Filters/Rf%20Filters.htm

4/   http://www.pa0nhc.nl/IMDfilter/EN/Notch/Single/HelicalNotchfilters2mEN.htm

5/   http://www.qsl.net/k5jmp/Six_Meter_Heliax_and_Helical_Duplexer_info/01duplex.PDF

6/   http://www.qsl.net/n1irz/sixmeter.html

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

*