Практическая схема радиолюбительского полосовойгофильтр на 500 гц. Особенности проектирования полосового фильтра на коммутируемых конденсаторах для радиосвязи

Основные элементы схемы:

• Микросхема LTC1068 — полосовой фильтр 8-го порядка
• Генератор тактового сигнала для задания центральной частоты
• Источник опорного напряжения для питания аналоговой части
• Входные и выходные цепи согласования

Такая схема позволяет реализовать фильтр с полосой пропускания около 200 Гц при центральной частоте 10 кГц.

Настройка параметров фильтра

Основные параметры фильтра, которые можно настраивать:

• Центральная частота — задается частотой тактового сигнала
• Ширина полосы пропускания — определяется внутренней структурой микросхемы
• Коэффициент усиления в полосе пропускания
• Неравномерность АЧХ в полосе пропускания
• Подавление сигнала вне полосы пропускания

Как настроить эти параметры для оптимальной работы фильтра?

1. Выбрать микросхему фильтра с подходящей шириной полосы пропускания
2. Рассчитать частоту тактового сигнала для нужной центральной частоты
3. Подобрать номиналы внешних компонентов по рекомендациям производителя
4. Провести измерения АЧХ и при необходимости скорректировать параметры

Применение фильтра в реальных системах связи

Полосовые фильтры на коммутируемых конденсаторах нашли широкое применение в различных системах радиосвязи:

• Приемники систем мобильной связи
• Базовые станции сотовых сетей
• Спутниковые модемы
• Системы радиорелейной связи
• Профессиональные радиостанции

Какие преимущества дает использование такого фильтра в этих системах? Основные достоинства:

1. Высокая избирательность позволяет эффективно подавлять помехи от соседних каналов
2. Малые габариты упрощают интеграцию в компактную аппаратуру
3. Возможность электронной перестройки частоты для работы в разных диапазонах
4. Стабильность параметров при изменении условий эксплуатации

Перспективы развития технологии

Технология полосовых фильтров на коммутируемых конденсаторах продолжает активно развиваться. Основные тенденции:

• Повышение рабочих частот до единиц ГГц
• Уменьшение энергопотребления
• Интеграция с цифровыми схемами обработки сигналов
• Применение новых материалов для улучшения характеристик
• Разработка программно-определяемых фильтров с гибкой настройкой

Это позволит расширить области применения таких фильтров и повысить качество систем радиосвязи в будущем.

как спроектировать и немного схитрить / Хабр

Представьте: вы принимаете аналоговый сигнал, смотрите на результаты показаний и видите, что синусоиду «перекосило». Все из-за плохой селективности вашего приемника и шумов, которые он принимает. Чтобы выделить и выровнять полезный сигнал и не слушать бесконечное шипение, в радиоприемнике должны быть качественные фильтры. Но что это такое, как они работают и какими бывают? Давайте разбираться.

Используйте навигацию, если не хотите читать текст полностью:

→ Что такое частотный фильтр
→ Очередной резистивный делитель, или из чего состоят фильтры
→ Немного о параметрах частотных фильтров
→ Рассчитывать фильтры — это сложно
→ Собираем фильтр Чебышева

Что такое частотный фильтр

Синий сигнал — с шумами, оранжевый — идеальный, абсолютно чистый. Фильтр не может на 100% выпрямить сигнал, флуктуации все равно будут (см. пример, зеленый — отфильтрованный сигнал).

Частотный фильтр — это электрическая цепь, которая эффективно пропускает только одну область частот. Устройство позволяет «игнорировать» лишние частоты. Тем самым выделять и выравнивать сигналы любой формы — квадратные, синусоидальные, треугольные и другие.

Пример диапазона частот усиливаемого сигнала. Зависимость коэффициента пропускания по напряжению от частоты сигнала.

Фильтры широко применяют в измерительной, электронно вычислительной и радиотехнике. Яркий пример из схемотехники приемно-передающих устройств — ФНЧ/ ФПЧ в супергетеродинах и приемниках прямого преобразования, которые помогают выделить определенную частоту из диапазона.

Типичная схема супергетеродина.

Фильтры используют не только в радиостанциях, усилителях и другой профессиональной технике. Их можно встретить в любом приемно-передающем устройстве — например, в смартфоне или роутере. Если говорить о более «прекрасном», то фильтры используют в эквалайзерах для обработки аудиосигналов.

Эквалайзер FabFilter Pro-Q2.

Какие бывают фильтры

Чаще всего можно встретить фильтры нижних частот (ФНЧ) и верхних (ФВЧ), а также полосовые и заградительные.

Фильтр верхних частот — пропускает частоты выше частоты среза.

Фильтр нижних частот — пропускает частоты ниже частоты среза.

Полосовой фильтр — пропускает определенную полосу.

Заградительный фильтр — не пропускает частоты определенной полосы, но пропускает колебания, выходящие за ее пределы.

Частота среза — это такая частота, после которой идет фронт (спад) с полосы пропускания на полосу заграждения. Посмотрим, как это выглядит на АЧХ ФНЧ:

Видно, что с увеличением частоты падает коэффициент передачи.

И вот простое правило: чем круче спад, тем круче фильтр.

Соответственно, для названных видов фильтров АЧХ будут следующими:

АЧХ для ФНЧ, ФВЧ, полосового и режекторного (заградительного) фильтров.

Согласитесь — красивые рисунки! Но как получить это на плате практике?

Очередной резистивный делитель, или из чего состоят фильтры

Слева — резистивный делитель, справа — электрический фильтр.

Разница буквально в одном элементе: вместо резистора стоит конденсатор. Но на АЧХ это влияет очень сильно. При включении делителя АЧХ будет стабильна, то есть частота источника на выходную амплитуду никак влиять не будет. Другая ситуация с фильтром: на определенной частоте появляется явный срез.

АЧХ резистивного делителя.

АЧХ ФНЧ.

Это связано с тем, что при увеличении частоты тока сопротивление на конденсаторе уменьшается и напряжение падает — по такому принципу работают ФНЧ.

Запомните правило. Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте тока и емкости конденсатора — чем больше их величины, тем меньше емкостное сопротивление.

АЧХ можно «отразить», если поменять емкость и резистор местами — превратить ФНЧ в ФВЧ. Но это не все варианты схемотехнического многообразия

Схема и АЧХ для RC-ФВЧ.

LC-фильтры

Вместо резистора можно поставить индуктивность, и тогда вместо привычного ФНЧ (RC-ФНЧ) получим LC-ФНЧ. Суть та же: у него будет своя частота среза и так далее. Но добротность фильтра будет выше — соответственно, область частот, которую пропускает фильтр (она же полоса пропускания), будет меньше, а спад АЧХ — круче.

LC-фильтры.

Принцип построения LC-фильтров основан на свойствах емкостей и индуктивностей по-разному вести себя в цепях переменного тока.

Индуктивное сопротивление катушки прямо пропорционально частоте тока, проходящего через нее. Следовательно, чем выше частота тока на катушке, тем большее реактивное сопротивление она этому току оказывает — сильнее задерживает переменные токи на более высоких частотах и легче пропускает на более низких.

У конденсатора наоборот: чем выше частота тока, тем легче протекает переменный ток. А чем ниже его частота, тем большим препятствием для тока оказывается этот конденсатор.

Слева — режекторный фильтр, справа — полосовой.

Г-, Т- и П-образные фильтры

Схематически ФНЧ и ФВЧ бывают Г-образными, Т-образными и П-образными (многозвенными).

Г-образные — это схемы ФНЧ и ФВЧ, которые мы рассмотрели выше. Их входные сопротивления всегда меньше выходных. Г-образные фильтры часто применяют в качестве трансформаторных сопротивлений. В качестве фильтров обычно используют П- и Т-образные схемы.

Г-, П- и Т-образные RC-фильтры.

Тип схемы обычно выбирают из экономических соображений. Например, для сборки LC-ФНЧ лучше использовать П-образную схему, чтобы сэкономить катушки индуктивности, а для LC-ФВЧ — Т-образную.

Немного о параметрах частотных фильтров

Ключевые параметры

При проектировании частотных фильтров учитывают следующие параметры:

• наклон АЧХ — чем круче, тем лучше,
• частота среза — выбирается разработчиком,
• неравномерность АЧХ — чем меньше, тем лучше,
• отношение входного и выходного сопротивлений — особенно важный параметр для ВЧ-фильтров,
• ослабление в полосе задержания — оно же ослабление в полосе заграждения, но без учета переходного участка (длительности фронта).

Самый важный параметр — это частота среза. С помощью нее мы можем регулировать, какую долю частотного диапазона «проигнорировать», а какую — оставить. Поговорим о ней чуть подробнее.

Подробнее о частоте среза

Частота среза — это такая частота, на которой ослабление фильтра равно -3 дБ в логарифмическом масштабе (в линейном это 0,707).

Важно отметить, что частота среза для ФНЧ и ФВЧ вычисляется по одному выражению:

Зная сопротивление/ индуктивность и емкость, можно определить, на какой частоте случится ослабление на -3 дБ. То есть, опираясь на нужную частоту среза, мы можем рассчитать и спроектировать фильтр. Или не все так просто?

Что такое порядок фильтра

Допустим, вы знаете частоту среза и хотите спроектировать фильтр. Но что такое R, C и L? Обычные номиналы для сопротивления, емкости и индуктивности? Вы можете ответить «да» и будете правы: для ФНЧ и ФВЧ второго порядка (самых обычных Г-образных RC- и LC-фильтров) достаточно подобрать резистор, конденсатор и катушку с нужными параметрами. Но для фильтров больших порядков ответ неоднозначный.

Наклон АЧХ удовлетворяет не всегда: если он сильно пологий, то радиоприемное устройство может поймать лишние частоты. Чтобы избавиться от такого эффекта, разработчики стараются делать фильтры с крутым наклоном АЧХ.

Наклон АЧХ тем круче, чем больше ослабление в полосе задержания и выше порядок фильтра. Последнее указывает на количество L- и C- элементов: в фильтре пятого порядка будет, например, три емкости и две индуктивности.

Зависимость крутизны наклона АЧХ от количества порядков (n).

Можно сказать, что каждый LC-элемент — индуктивность или емкость — дает уклонение АЧХ на 12 дБ на октаву, тогда как RC — всего 6 дБ на октаву.

Октава — это область частотного диапазона, на которой значение частоты увеличивается в два раза. Иногда в литературе предпочитают измерять в декадах, которые обозначают область с увеличением частоты в десять раз.

Рассчитывать фильтры — это сложно

Расчет фильтров — это отдельная наука, объединяющая теорию электрических цепей, электротехнику и математические методы.

Чтобы рассчитать фильтр большого порядка по заданным условиям, применяют специальные методики. Среди них — формулы на базе полиномов Баттерворта и Чебышева, функций Бесселя.

Нормированные АЧХ фильтров.

По сути, выбирая конкретную методику, вы выбираете фильтр:

• Фильтр Баттерворта — обладает самой плоской характеристикой затухания в полосе пропускания, за счет этого имеет плавный спад.
• Фильтр Чебышева — обладает самым крутым спадом, но у него самые неравномерные характеристики в полосе пропускания.
• Фильтр Бесселя — имеет хорошую фазочастотную характеристику и крутой спад.

Чтобы понять теорию расчета фильтров, рекомендую почитать книгу «Аналоговые и цифровые фильтры». Если хотите утонуть в полиномах, аналитических вычислениях комплексных расчетах, сохраняйте в закладки.

Но рассчитать фильтр можно проще, если «схитрить» и использовать онлайн-калькулятор. Так можно узнать, например, номиналы для фильтра Чебышева пятого порядка с частотой среза 4 МГц. Проверим, работает ли он на практике.

Возможно, эти тексты тоже вас заинтересуют:

→ Как геймифицировать аренду серверов со скидкой, связав сайт с внутренней панелью администрирования
→ Первая «зеркалка» от Polaroid, робот-пылесос iRobot, гомеопатия начала XX века и кое-что еще: новые находки на барахолке
→ Проблемы безопасности SNMP на практике: имитация атак и меры профилактики

Собираем фильтр Чебышева

Multisim, схема ФНЧ Чебышева пятого порядка.

Супер — схему можно «перенести» на макетную плату.

Понадобится генератор гармонических колебаний и осциллограф, подключенный к выходам фильтра. Если у вас есть анализатор цепей, можно использовать его.

Синусоида синего цвета — выходной сигнал, желтого — входной.

Обратите внимание. Электрическая схема может отличаться по номиналам от идеальной, которую вы рассчитали под свою частоту среза. Не всегда возможно точно повторить значения емкостей и индуктивностей, потому что элементов с такими номиналами может просто и не быть.

Постепенно увеличивая частоту входного сигнала, можно составить таблицу для построения графика.

Если отразить значения на системе координат, получится график для фильтра Чебышева.

Готово — у нас получилось добиться вполне крутого спада на частоте 4 МГц, ФНЧ Чебышева работает.

В статье рассмотрена лишь малая часть теоретических и практических аспектов. Фильтров гораздо больше: есть активные на базе операционных усилителей, микроконтроллеров, рассчитанные топологии Саллена-Ки и программные фильтры. Обо всем этом — в следующей статье.

Полосовой фильтр на коммутируемых конденсаторах

Описанный ниже фильтр удобно использовать для обнаружения сигнала на фоне посторонних с близкой частотой, особенно когда задача усложняется тем, что частота интересующего сигнала отклоняется на несколько процентов. Такое может случаться, например, в телекоммуникационных системах, когда пилотный сигнал принимается от источников, разбросанных по всему земному шару.

Пусть сигнал имеет частоту 10 кГц. Из-за изменений в осцилляторах, температурных условий и старения элементов отклонение частоты может составить ±200 Гц. Усложним ситуацию – пусть имеется посторонний сигнал с частотой 11 кГц. Для его удаления требуется фильтр с очень крутой характеристикой на частоте отсечки. Учитывая отклонение основной частоты, его минимальная полоса пропускания составляет от 9,8 кГц до 10,2 кГц. Можно прийти к заключению, что единственное решение – использовать цифровой фильтр на основе DSP. Однако есть и другой способ, на основе фильтра на коммутируемых конденсаторах.

Полосовой фильтр на коммутируемых конденсаторах, например LTC1068 (Linear Technology), может иметь очень резкий спад на частотах 9-11 кГц. На рисунке 1 метки указывают на ослабление сигнала на 2,9 дБ на частоте 10,1 кГц и на 46,7 дБ на 10,6 кГц. Полоса пропускания очень узкая, около ±100 Гц 3 дБ.

Рис. 1. АЧХ фильтра Бесселя восьмого порядка на коммутируемых конденсаторах

Основная частота фильтра в 50 раз больше, чем тактовая и, согласно документации, отклоняется на 0,9% от расчетного значения. Таким образом, при прохождении участка 9,7 – 10,3 кГц будут покрыты худшие условия (т. е. 90 Гц – погрешность фильтра и 200 Гц – максимально возможное отклонение сигнала). Посторонний сигнал 11 кГц ослабляется на 50 дБ. Однако надо учесть, что задержка обнаружения составляет несколько миллисекунд (см. рис. 1). 

Улучшенная схема приведена на рисунке 2. Добавлен генератор треугольного сигнала, генерирующий сигнал V_filter_center ±5%. Это напряжение прикладывается ко входу преобразователя напряжения в частоту, который преобразует частоту фильтра в напряжение и обратно. АЧХ на частоте отсечки практически вертикальна.

Рис. 2. Схема фильтра с генератором напряжения треугольной формы                                                                                                                                                                                                    

На рисунке 3 показан один из возможных вариантов генератора треугольных импульсов. Выходной сигнал 2,5±0,125 В. Напряжение соответствует коэффициенту трансформации до желаемой частоты (для LTC1068-50 напряжению 2,5 В соответствует 500 кГц). В этом случае фильтр пропустит все сигналы в диапазоне 10 ± 0,5 кГц, и они поступят на вход преобразователя среднеквадратичного напряжения в постоянное. Сигналы, выходящие за этот диапазон, будут значительно подавлены. В рассматриваемой схеме запас погрешности определяется точностью резисторов и источника питания.

Рис. 3. Вариант генератора треугольных импульсов

Буквенные диапазоны частот

Нажмите здесь, чтобы перейти на главную страницу по истории микроволнового излучения

Существует путаница и споры по поводу определений диапазонов микроволновых частот, используемых в Северной Америке. Легенда гласит, что обозначения были изобретены во время Второй мировой войны, чтобы сбить врага с толку. Инженеры из Форт-Монмута, штат Нью-Джерси, придумали буквенные коды, которые в то время были засекречены. Естественно, логическая последовательность A, B, C не подходила для этой цели, поэтому они выбрали L, C, X и K, а также целую кучу обозначений поддиапазонов строчными буквами, о которых почти забыли. за исключением диапазонов Ku и Ka. После войны Дядя Сэм не рассекретил систему для всеобщего пользования, различные компании, такие как Sperry, Motorola, Narda, Hewlett Packard и Raytheon, делали обоснованные предположения о секретных диапазонах частот с противоречивыми результатами и небольшими попытками организовать отрасль. широкий стандарт.

В 1959 году на встрече Международного союза электросвязи в Женеве мир пришел к соглашению о буквенных обозначениях. Обозначения, утвержденные в 1959 году (статья 2, раздел 11 Регламента радиосвязи), доступны в Справочных данных ITT для радиоинженеров. Сейчас эти данные устарели, возможно потому, что никогда не считали, что кому-то будут интересны частоты выше 40 ГГц. Это похоже на то, как телефонная компания стандартизировала семизначные телефонные номера, думая, что один код города для каждого штата США обеспечит достаточно телефонных номеров, чтобы их хватило на всю жизнь. Из-за этой недальновидности мучительная смена кодов городов стала рутиной. Но я отвлекся…

В 1984 году любители микроволновки из IEEE пришли к соглашению о стандартных обозначениях буквенных диапазонов, показанных в таблице ниже, первые два столбца которой вы должны запомнить, если хотите, чтобы вас воспринимали всерьез. Первый стандарт IEEE был опубликован в 1976 году, затем обновлен в 1984 году и в настоящее время существует как стандарт IEEE 521-2002. Следующее обновление запланировано на 2019 год. 

Пришло время для эмпирического правила Microwaves101, которое мы свободно применяем к средствам запоминания, а также к другой полезной информации о микроволновом звуке!! Хотите запомнить правильный порядок радиолокационных диапазонов Ku, K и Ka? K — это средний диапазон (18-27 ГГц), в то время как Ku-диапазон ниже по частоте (думаю, K-«ниже»), а Ka-диапазон выше по частоте (думаю, K-«выше»).

История обозначений полос частот не заканчивается на IEEE, поскольку производители волноводов в США со временем приняли свой собственный набор стандартов, соответствующих полосам пропускания множества различных волноводов с прямоугольным сечением, которые стали стандартом в отрасли ( волноводы ведут себя как полосовые фильтры). В отличие от стандартов частоты IEEE, диапазоны волноводов в значительной степени перекрываются, так что вы можете выбрать тип волновода, где ваше приложение находится ближе всего к центральной частоте.

Мы храним нашу полосу с буквами волновода и информацию о размерах на другой странице (нажмите здесь). Хотя между поставщиками волноводов существуют разногласия, наша таблица представляет систему США (в других странах, таких как Великобритания, есть своя странная номенклатура, которая столь же запутана).

Новый материал!

Приведенный ниже материал только что привлек наше внимание, он также говорит о происхождении диапазонов букв микроволнового диапазона, и кажется, что он имеет большой смысл.

Лента	Диапазон частот	Происхождение имени
я	до 200 МГц	Неизвестно
Г	от 200 до 250 МГц	Неизвестно
П	от 250 до 500 МГц	P означает «предыдущий», поскольку британцы использовали этот диапазон для самых первых радаров, но позже перешли на более высокие частоты.
Л	от 0,5 до 1,5 ГГц	L для «длинной» волны.
С	от 2 до 4 ГГц	S для «короткой» волны. Не путайте это с коротковолновым радиодиапазоном, который намного ниже по частоте
С	от 4 до 8 ГГц	C за «компромисс» между диапазонами S и X.
Х	от 8 до 12 ГГц	Использовался во время Второй мировой войны для управления огнем, X для перекрестия (как в перекрестии)
Ку	от 12 до 18 ГГц	Ку для «курз-под».
К	от 18 до 26 ГГц	Немецкое «kurz» означает «короткий», еще одно указание на короткую длину волны.
Ка	26 до 4-0	Ка для «курц-выше».
В	от 40 до 75 ГГц	В для диапазона «очень» высоких частот (не путать с УКВ)
Вт	от 75 до 110 ГГц	W следует за V в алфавите

Полосы с буквами EW

Это пришло от Энди, полосы с буквами EW нельзя игнорировать! Осторожно, приведенная ниже информация взята с канадского веб-сайта!

Обратите внимание, что ширина канала не соответствует полному диапазону. Например, в радиодиапазоне диапазона J 18 ГГц шаг канала будет составлять 1000 МГц (17 000–18 000–19 000…). Спасибо MN!

Если у кого-то есть какая-либо другая информация о диапазонах частот (например, ссылка на эти определения), пришлите!

 Для тех, кто хочет выйти за пределы частотных диапазонов буквенных диапазонов, взгляните на официальную интерактивную диаграмму распределения спектра FCC.
 

Руководство по объединению фильтров и ферритов | Корпорация EMR

Общие сведения об объединении передатчиков с ферритовым фильтром

Автор: Уильям Ф. Лиске старший, основатель корпорации EMR

Скачать PDF

Корпорация EMR разрабатывает и производит оборудование для объединения передатчиков с момента своего основания в 1980. Комбинатор типа «Ферритовый фильтр» стал основой операций в коммерческих и общественных системах безопасности. В 1983 году начались разработки в диапазоне 800-960 МГц. диапазонах, что привело к беспрецедентному росту потребности в 5-, 10- и 20-канальных объединителях передатчиков для обслуживания систем SMR.

   Рисунок 1

Этот тип объединителя чаще всего называют фильтром – ферритовый , поскольку основными компонентами являются объемные фильтры и изоляторы на основе феррита. Выбранные кабели, разъемы и оборудование завершают список компонентов. Мы рассмотрим природу ферритовых объединителей фильтра в качестве общего обзора, а затем покажем, как различные элементы этого типа сумматоров вносят свой вклад в общую сборку.

Объемные резонаторы используются для привязки двух или более передатчиков к общей антенне уже более 70 лет. Там, где два передатчика были разнесены друг от друга на несколько МГц, можно было разместить один или несколько полосовых резонаторов между каждым передатчиком с тройником, соединенным с общей антенной. Раньше гибридные ответвители использовались для объединения пар передатчиков к общему выходу.

Еще один бюллетень под названием Системы объединения передатчиков с гибридной связью можно найти в этой группе технических документов .

Когда стали доступны высококачественные ВЧ-изоляторы с малыми потерями, возникла идея совместного использования полостей и изоляторов для объединения нескольких передатчиков.

Поскольку гибридный ответвитель имеет потери более 3 дБ в каждой ветви, объединение четырех, шести или восьми передатчиков на практике приводит к потерям до 10 дБ. Для сравнения, ферритовый фильтр имеет гораздо меньшие потери, поэтому наземные мобильные инженеры и техники называют его фильтром с низкими потерями.

На рис. 1 показана базовая схема двухканального объединителя фильтра и феррита.

Сдвоенный ВЧ-изолятор питает полосовой резонатор в каждой ветви, а выходы резонаторов соединяются тройником для объединения в общую антенну.

При условии соблюдения определенного минимального разноса частот группы от пяти до более чем десяти передатчиков могут быть объединены таким образом с использованием общего соединения с антенной.

Объемные резонаторы

Характеристики резонаторов полосового пропускания , используемых в сумматорах фильтра-феррита, определяют практический разнос частот. По мере того, как расстояния становятся меньше, необходимо увеличить контур «Q» полостей, чтобы обеспечить более узкие кривые селективности.

Термин «Q» обозначает показатель качества (например, качество) полости. На данной радиочастоте, чем выше добротность, тем острее будет избирательность при данной величине связи через резонатор. Примечание. Подробное обсуждение объемных резонаторов можно найти в бюллетене «Понимание, техническое обслуживание и перенастройка дуплексеров» в другом месте этой папки.

Рис. 2

Характеристики фильтрации и обратные потери типичного 7-дюймового квадратного или 8-дюймового круглого полосового резонатора 3TEM(1) показаны на рис. 2. Резонатор был настроен на потери 1,2 дБ. Обратите внимание, что на частоте 1 МГц. выше или ниже 860 МГц. частоте резонатор подавляет сигналы примерно на 17 дБ.

(1) 3TEM — способ записи 3-й поперечной электромагнитной моды. Это обозначает резонатор с длиной элемента резонатора ¾ длины волны.

На рис. 3 мы наложили отклик второй системы фильтров на отклик на рис. 2, смещенный на 1 МГц. Обратите внимание, что подавление 17 дБ обеспечивается для обоих сигналов и что обратные потери каждой из двух полостей, если смотреть со стороны антенного порта, составляют 20 дБ или лучше обратных потерь. Важно учитывать точки, в которых кривая отклика одного резонатора пересекает частоту пропускания другого резонатора. Снижение на 17 дБ от заданного уровня мощности составляет около 2%, таким образом, при подаче 100 Вт на один резонатор только 2 Вт будут введены в другой.

   Рисунок 3

Однако без дополнительного затухания эти 2 Вт, смешанные с противоположной несущей и/или гармониками в каскадах усилителя мощности передатчика, будут генерировать продукты интермодуляции.

В другом месте этой папки вы найдете статью под названием: «Уход и питание радиочастотных изоляторов». В этой статье рассматривается теория работы и рабочие характеристики изоляторов. Вам настоятельно рекомендуется просмотреть его на этом этапе.

Снова обратимся к рисунку 1, предположим, что между каналами на частоте 1 МГц обеспечивается затухание 17 дБ. интервал. Каждый двухкаскадный изолятор обеспечивает дополнительное ослабление на 75 дБ или более, что в сумме составляет 92 дБ или более для развязки между каналами. На рис. 4 показана характеристика данного объемного резонатора при трех различных настройках связи.

Рисунок 4

При потерях через резонатор 0,75 дБ обеспечивается около 12 дБ затухания на частоте 1 МГц, 16 дБ при 1,5 дБ и 25 дБ при коэффициентах связи 2,0 дБ. Важно определить, что разумный компромисс между связью по соседнему каналу и вносимыми потерями приводит к минимальным потерям наряду с необходимым контролем интермодуляции.

Надлежащая практика проектирования и настройки ферритовых сумматоров с фильтрами предполагает, что 3 дБ комбинирующих потерь от входа изолятора до антенного порта являются приемлемыми, независимо от рабочего диапазона. Хотя 3 дБ представляют собой ½ входной мощности, потерянной в процессе объединения, преимущества объединения, как правило, компенсируют эффекты потери мощности.

  Рисунок 5

На рисунке 5 показаны относительные отклики характеристических кривых «носа» резонатора при трех коэффициентах связи. Разрешение по вертикали в этом случае составляет 1 дБ на деление для канала «b» и 10 дБ на деление для канала «А». Обратите внимание, что даже при таком разрешении селективность сужается по мере увеличения вносимых потерь.

Рисунок 6

На рисунке 6 показаны отклики пятиканального резонаторного коллектора, скорректированные для частоты 0,5 МГц. расстояние между каналами.

Звездообразная развязка

Схема, показанная на рис. 7, использует пятистороннюю коаксиальную развязку с общим антенным портом. Поскольку соединение имеет пятиугольную форму, его стали называть «звездным соединением». При использовании надлежащей длины кабеля в зависимости от частоты, типа кабеля и характеристик разъема может быть достигнуто точное соответствие между выходами всех резонаторов и портом антенны.

Этот метод объединения отдельных каналов фильтра-феррита вместе обеспечивает наиболее равномерное вносимое затухание во всех каналах и достаточно широкий диапазон частотного разброса. Настройка очень проста после оптимизации длины кабеля.

В большинстве объединителей передатчиков, поставляемых корпорацией EMR, используется конструкция Star Junction.

Рисунок 7   Объединитель звездообразных соединений

Объединители сегментов линии

Как показано на рисунке 8, критическая длина линии передачи может использоваться для объединения нескольких ответвлений фильтра и феррита вместе. В этом случае тройниковый соединитель или специально изготовленная вращающаяся соединительная петля обеспечивают средства для соединения выходов резонатора вместе.

Из схемы на рисунке 8 видно, что мощность накапливается по цепочке отрезков линии, которые настраиваются короткозамкнутым шлейфом на противоположном от антенны конце. Обычно потери в канале немного выше на частоте, ближайшей к шлейфу линии, из-за накопленных потерь в линии и разъеме. Более того, входная мощность отдельных каналов накапливается, и необходимо обращать внимание на номиналы кабелей и разъемов, чтобы предотвратить отказы разъемов. Иногда создаются специальные адаптирующие устройства для работы с кабелем большего размера и переноса накопленных радиочастотных токов, когда все каналы активны.

Рисунок 8   Сумматор линейных сегментов

Сравнение звездообразных и линейных сегментов

При правильном проектировании и настройке оба типа сумматоров имеют одинаковые характеристики при использовании одних и тех же типов изоляторов и объемных резонаторов. Тип соединения Star Junction обычно имеет более равномерное вносимое затухание на канал , а благодаря использованию специального разъема, такого как 7/16-дюймовый разъем DIN или другого разъема с высокой мощностью, вполне возможно безопасно работать с мощностью до 200 Вт на канал. канал в пятиканальный, 800 МГц. комбайнер диапазонов SMR.

Нужно больше каналов?

Оба типа объединителей могут быть расширены за счет добавления одного или двух каналов, при условии, что интервалы частот подходят. В основном это вопрос механики, поскольку наиболее популярные лицензированные частотные распределения распределяются группами по пять частот, равномерно распределенными через 0,5 или 1,0 МГц. приращения. Некоторые системы используют непоследовательные частоты, как разрешено правилами FCC. В плане объединения необходимо учитывать минимальное расстояние между соседними каналами.

С, особенно в диапазоне 800 МГц. диапазон, наиболее подходящие длины кабелей относительно короткие (8-10 дюймов) в обеих конструкциях, практическое расположение полостей и изоляторов часто бывает очень трудно разработать при добавлении каналов в существующую систему.

Некоторые производители объединителей предлагают «расширяемые на месте» объединители. Однако оказывается, что если технические возможности пользователя и инструментарий не являются адекватными, сумматор должен быть возвращен на завод для расширения и повторной оптимизации, чтобы обеспечить надлежащую долгосрочную работу.

Подробнее о интервалах между каналами

Оглядываясь назад на рисунки 4, 5 и 6, видно, что существует некоторый практический минимальный разброс частот между передатчиками, который можно использовать. На это есть несколько причин. По мере того, как расстояние между каналами становится меньше, полости должны быть развязаны, чтобы обеспечить достаточную селективность, чтобы предотвратить передачу более чем небольшого количества мощности на соседние каналы.

По мере разъединения резонаторов для увеличения потерь селективность «носа» становится более резкой, как и кривые обратных потерь. Когда многоканальный сумматор правильно оптимизирован, каждый объединенный канал «увидит» приемлемое соответствие импеданса на порту антенны.

Антенны и линии передачи со временем меняются. Ледяная нагрузка на антенны, влага или даже ветер, раскачивающий антенну, установленную сбоку возле опоры мачты, могут вызвать изменения КСВ антенны. Каждая антенна начинает изнашиваться в день ее установки, и ее производительность со временем снижается из-за разрушительного воздействия ветра, дождя, льда и воздействия солнечных лучей. Даже коаксиальный кабель к антенне будет иметь некоторое изменение коэффициента скорости с течением времени, а диэлектрическая проницаемость изоляции будет заметно изменяться от ниже нуля до более 100 градусов по Фаренгейту9. 0003

Когда происходят эти изменения, истинный импеданс ведомого конца линии передачи может и будет меняться в достаточной степени, чтобы отражать изменение нагрузки на сумматор. Когда частотные разносы каналов очень близки, изменение согласования импеданса будет проявляться в отраженной мощности в соотношении фаз, что приводит к неподходящему согласованию. Это «расстраивает» объемные резонаторы, сдвигая пики их отклика в сторону соседних каналов или фактически на частоту канала в экстремальных ситуациях.

По этой причине фильтрующие ферритовые комбайнеры, которые установлены слишком близко друг к другу, становятся неустойчивыми, требуют постоянного обслуживания и часто вызывают выход из строя разъемов, полостей и изоляторов в результате изменений в антенне и линии передачи.

В конце этого описания приводится приложение, в котором мы предлагаем минимальное практическое разнесение частот в соответствии с рабочим диапазоном, мощностью передачи и количеством комбинируемых частот.

Практический минимальный и максимальный разнос частот

Мы обсудили минимальный разнос между частотами объединителя. Необходимо также учитывать максимальный разнос частот. Полоса пропускания антенны должна учитываться вместе с частотным распределением объединяемых каналов.

На рис. 9 показано, что происходит по мере объединения все большего числа каналов. По мере уменьшения частотного интервала потери возрастают. Кроме того, по мере добавления каналов потери будут увеличиваться.

Рисунок 9

Часто в УКВ системах общественной безопасности мы обнаруживаем неправильные группы частот каналов, которые нужно комбинировать. Следует соблюдать следующие правила:

1. Определите, что используемая антенна имеет достаточную полосу пропускания для обеспечения полезного КСВ от самой низкой до самой высокой частоты канала. Старайтесь избегать антенн, для которых КСВ номинально составляет 1,5:1.

2. Если возможно, выберите частоты для объединения, которые разнесены не менее чем на 200 кГц в диапазоне 150–174 МГц. диапазона, 300 кГц в диапазоне 450-470 МГц и 500 кГц в диапазоне 800-9Диапазон 60 МГц.

3. Если заданная группа частот разнесена таким образом, что объединение всех их на одну антенну приведет к неприемлемым потерям для одного или нескольких каналов. Лучше использовать вторую антенну, выбирая каналы в соответствии с наилучшим разнесением.

Некоторые примеры объединения

Предположим, что у нас есть группа из 12 частот УВЧ, которые нужно объединить наилучшим образом. Частоты:

T1-461,025 МГц. Т7-463.925 МГц.
T2-461.100                      T8-464.350
T3-463.150                        T9-464.375
T4-463.200                        T10-464.500
T5-463.550                        T11-464.675
T6-463.825                        T12-464.9 75

Данный список частот характерен для группы «Бизнес Радио» каналы, которые должны быть транкинговыми в соответствии с новыми правилами «рефарминга». Мы хотим, чтобы уровни сигналов для каждого канала были как можно более одинаковыми, чтобы обеспечить равный доступ к каналам.

Мы можем разделить двенадцать частот на три подгруппы, каждая группа имеет по крайней мере 300 кГц. смещения от соседних частот. Определяем, что будут использоваться три антенны и линии передачи. Объединенные группы:

Группа №1
T1-461,025 МГц.
T2-463.150
T3-463.825
T4-464.375

Группа #2
T1-461,100 МГц.
T2-463.200
T3-463.925
T4-464.500

Группа №3
T1-463,550 МГц.
Т2-464.350
Т3-464.675
T4-464.975

Рис. 10

Логика, используемая в этом плане объединения, является результатом использования наименьшего количества каналов с приемлемыми (менее 3 дБ) потерями в каждой группе. При таком размещении частот потери будут варьироваться от 2,4 до чуть менее 3 дБ, обеспечивая уровни передачи с силой 0,6 дБ. Потери будут ниже 3,0 дБ на канал.

Смежность антенн сумматора

В приведенном выше примере с 12-канальным объединением частот, где мы располагаем три антенны относительно друг друга? В каталогах EMR Corp и многих других вы найдете номограммы, которые показывают изоляцию и расстояние между антеннами, расположенными как по вертикали, так и по горизонтали.

Мы будем использовать вертикальное (также называемое коллинеарным) разнос с хорошим преимуществом, чтобы отделить приемные антенны от передающих антенн в схемах объединения-мультисвязи. Наиболее желательно, чтобы все передающие антенны, к которым может получить доступ конкретный подвижный объект, находились в одной или почти в одной плоскости, чтобы поддерживать надлежащее соотношение коэффициента усиления по высоте. определить местонахождение Эти антенны могут располагаться горизонтально напротив друг друга на расстояниях, которые приведут к возникновению связи между ними на уровне 20 дБ или более. Эта изоляция дополняет изоляцию, обеспечиваемую комбинацией изолятор-резонатор в каждом тракте объединителя, обычно в сумме составляет более 100 дБ изоляции, что обычно достаточно для защиты от проблем интермодуляции.

Для многоэлементных и коллинеарных антенн с усилением предлагаются следующие расстояния по горизонтали:

Полоса частот     Разнос (*)
66–88 МГц. 48 дюймов мин.
140–175 МГц. 32 дюйма мин.
450–470 МГц. 20-24 дюйма
806-864 МГц. 16-18 дюймов
827-960 МГц. 15-17”

Следует помнить, что отражения от мачт, растяжек и других антенн изменяют коэффициент связи. Хорошей идеей является фактическое измерение и запись каждой связи, чтобы убедиться в наличии развязки не менее 20 дБ. В противном случае должны быть предприняты шаги для достаточного разделения антенн, чтобы обеспечить развязку на уровне 20 дБ или более.

Замечания по установке

За некоторыми исключениями, все фильтрующие ферритовые сумматоры поставляются с завода в полностью настроенном и оптимизированном состоянии. Исключением могут быть сборки, которые хранятся в качестве запасных частей или хранятся у дистрибьюторов, и в этом случае их технические специалисты выполняют необходимые услуги по настройке. Если они не повреждены при транспортировке, большинство объединителей готовы к подключению и вводу в эксплуатацию. Если иное не указано производителем, никаких корректировок на месте не требуется, и не следует предпринимать никаких попыток.

Техническое обслуживание сумматоров и систем

Нам часто возвращали сумматоры нашего производства для повторной настройки на разные частоты после ежедневной эксплуатации в течение 8–10 лет, и мы обнаружили, что их производительность не превышает десятых долей дБ по сравнению с исходными спецификациями. . Если не произойдет что-то непредвиденное, этот тип сумматора не нуждается в «настройке» или настройке каждые несколько недель или месяцев, при условии, что соблюдаются минимальные интервалы частот. Это верно для всех конструкций, представленных на сегодняшнем рынке.

Если есть признаки системных проблем, таких как перегрев или перегрев оконечной нагрузки изолятора, вероятно, неисправна антенная система, отражающая мощность обратно на сумматор. Чтобы убедиться в этом, поместите портативный ваттметр между выходом сумматора и фидерной линией антенны и включите каждый передатчик (по одному за раз) и наблюдайте как прямую, так и отраженную мощность. Вполне возможно, что антенна частично выйдет из строя, так что в диапазоне объединенных частот будут присутствовать разные мощности отражения.

Если присутствует небольшое количество отраженной мощности, а выходная мощность сумматора ниже стандарта на данном канале, либо резонатор сместился, была непреднамеренно расстроена, либо была повреждена молнией (Да, это может случиться! ). Изоляторы также могут выйти из строя из-за превышения их безопасной номинальной мощности или длительной работы с высокой отраженной мощностью, которая повреждает выводы нагрузки. Разъемы и кабели также могут быть повреждены молнией.

Локальная система мониторинга мощности будет полезна при управлении системой, особенно та, которая может удаленно обеспечивать мониторинг важных уровней мощности через модем и компьютерное считывание.

Изменения частоты

Часто приходится перенастраивать один или два канала из объединенной группы из-за изменения частоты. Частоты каналов объединителей фильтра и феррита могут быть изменены при соблюдении определенных правил. К ним относятся:

1. Убедитесь, что новая частота для канала соответствует минимальным интервалам (см. Приложение 1).

2. Если вы будете переходить на другую частоту, которая находится в пределах 2% или менее от старой, а частота составляет не менее 250 кГц. с любой другой существующей частоты канала вы сможете просто подать малую мощность на вход этого канала и перенастроить резонатор для максимального выхода на антенну. Пример: Старая частота была 153,200 МГц. и новая частота 155,025 МГц. Разница составляет 1,825 МГц. или около 1,2% от частоты нового канала.

3. Реакция изолятора относительно широкая, однако, если выполняется изменение частоты до 2% от частоты полосы, можно выполнить настройку изолятора.

Приложение № 1: Минимальный частотный интервал между комбинированными каналами

Диапазон частот	Размер полости, тип	Минимальное расстояние	Максимальное расстояние (3)	Комментарии
66–88 МГц.	4” кв. или 5-дюймовый круглый	0,150 МГц.	4 МГц.	Входная мощность 100 Вт
150–174 МГц.	4” кв. или 5-дюймовый круглый	0,200 МГц.	6 МГц.	150 Вт Входная мощность
150–174 МГц.	7 дюймов кв. или 8-дюймовый круглый	0,175 МГц.	6 МГц.	Входная мощность до 250 Вт(1)
406–455 МГц.	4” кв. или 5-дюймовый круглый	0,450 МГц.	10 МГц.	Фед. Правительство. и любительское
406–455 МГц.	7 дюймов кв. или 8-дюймовый круглый	0,275 МГц.	12 МГц.	Фед. Правительство. и любительское
450-470 МГц.	4” кв. или 5-дюймовый круглый	0,400 МГц.	10 МГц.	Бизнес и промышленность
450-470 МГц.	7 дюймов кв. или 8-дюймовый круглый	0,300 МГц.	12 МГц.	Бизнес и промышленность
851–869 МГц.	4” кв. или 5” Rd.TEM1	1.500. МГц.	15 МГц.	Блок управления SMR малой мощности.
851–869 МГц.	7 дюймов кв. или 8” Rd.TEM3	0,500 МГц.	18 МГц.	SMR – Магистральные системы
928–931 МГц.	7 дюймов кв. или 8” Rd.TEM3	0,600 МГц.	5 МГц.	Пейджинг высокой мощности(2)
940–945 МГц.	7 дюймов кв. или 8” Rd.TEM3	0,700 МГц.	5 МГц	SMR – Магистральные системы

(1) Требуются изоляторы мощностью 250 Вт и система охлаждения для работы в условиях высокой нагрузки.

(2) Модели с входной мощностью до 500 Вт на канал. Необходимо терморегулирование.

(3) Возможны ограничения полосы пропускания антенны.