výstupní filtr

Každý koncový stupeň by měl být zakončen výstupním filtrem pro odstranění případných nežádoucích produktů, které by v něm či v předcházejících stupních mohly vznikat. To, abychom produkovali čistý signál by měla být jedna z hlavních priorit každého amatéra. Pro zajímavost si někdy poslechněte v závodě na 144MHz kolik stanic perfektně uslyšíte i na 3tí harmonické tedy 432MHz. Možná budete překvapeni. Slyšel jsem názory že za elektronkový PA není nutné filtry zařazovat, protože produkty odladí anodový obvod. Bohužel je to velký omyl. Pokud nevěříte podívejte se na simulace výstupního obvodu PA.

Požadavky na filtr

Na výstupní filtr jsou kladeny značně protichůdné požadavky. Chceme zároveň minimální útlum v propustném pásmu a zároveň maximální útlum v nepropustném pásmu. Navíc požadujeme co nejlepší přizpůsobení filtru (útlum odrazu). Pokud by měl filtr ztrátu 0,1dB, znamenalo by to při uvažovaném výstupním výkonu PA 1500W ztrátu ve filtru 35W, při 0,2dB útlumu by ztráta byla již 70W. Odvést tolik tepla z filtru je problém. Při hledání vhodného řešení jsem narazil na WWW stránky F1FRV kde jsou popisované vhodné filtry pro vysoký výkon a různá amatérská pásma. Filtry jsou poměrně náročné na výrobu, odměnou jsou ale jejich vynikající parametry. Jejich výhodou by mělo být, že pži přesném dodržení mechanických rozměrů by filtry měly ladit tam kde mají a mít udávané parametry. O tom ale později :-).

Filtr je řešen jako dolní propust s aproximací Čebyšev 7 řádu se zvlněním 0,01dB. Simulace obvodu byly na uvedených stránkách F1FRV. Simulace tam byly uvedeny pro průměry spojovacích drátů 2 a 2,5mm. Bohužel se ukázalo, že takové průměry jsou běžně nedostupné. Proto jsem použil běžně prodávaný měděný drát o průřezu 4mm což reprezentuje průměr 2,24mm. A pro tento průměr dráru jsem přepočítal simulaci.

Mechanické provedení

Filtr se skládá ze 3 segmentů z měděnných trubek které jsou spojeny měděnými dráty. Na konci jsou krátké segmenty které slouží k připojení na výstupní konektory. Vše je zasunuto do měděné trubky, která tvoří vnější plášť filtru. Zde najdete výkres s rozměry filtru. mezi vnitřními segmenty a vnější trubkou je mezera 2mm. Tuto mezeru vymezují teflonové rozpěrné kolíčky. Dobře to ukazuje fotografie

Segmenty jsou vyrobeny z měděných trubek, které jsou na konci zaslepeny mosaznými víčky. Ty mají uprostřed vyvrtané díry, do kterých jsou zapájeny spojovací dráty

Na konce krajních drátů jsou připájeny krátké tlustší segmenty, které slouží pro připojení konektorů. Jeden konektor je připojen pevně, druhý se přišroubuje z venku po zasunutí filtru do trubky. Konkrétní mechanické provedení nepopisuji, protože každý bude mít k dispozici jiné provedení konektorů a bude to muset řešit podle svých potřeb.

Dosažené výsledky

Po sestavení filtru jsem tracking generátorem změřil charakteristiku filtru. Výsledky jsou vidět na obrázku. Rozlišení na ose Y je 10dB/dílek a na ose X 50MHz/dílek. Značka je na kmitočtu 432MHz. Útlum filtru jsem neměřil, mé měřící vybavení nemá dostatečnou přesnost

Což o to. Tato charakteristika vypadala velmi pčkně. Pak jsem ale zkusil měřit PSV. Na výstup filtru jsem připojil 50Ω odpor a měřil jsem PSV přístrojem MFJ-269. A ukázalo se, že je filtr špatně naladěný. Na 144MHz bylo PSV 1:1,2 a rychle se zhoršovalo při zvyšování kmitočtu. Proto jsem filtr opět rozebral a přeměřil všechny rozměry. A ukázalo se, že měděné trubky, ze kterých jsou vyrobeny segmenty jsou o 0,3mm tlustší, než měly být. Samozřejmě je moje chyba, že jsem si to neověřil. Prostě mě to nenapadlo. Díky tlustším segmentům se snížila impedance úseků z 10Ω na 9,5Ω a to snížilo kmitočet filtru.

Co teď s tím ? Samozřejmě jediné správné řešení je provést simulaci se změněnou impedancí, odpovídajícím způsobem upravit délky segmentů a postavit filtr podle nových rozměrů. To ovšem znamenalo zahodit 3dny práce a začít znovu. K tomu jsem neměl chuť, čas ani materiál. Proto jsem uvažoval, jak filtr "ošidit" tak aby ladil správně. Nakonec jsem dostal spásný nápad. Omotal jsem spojovací dráty Cu drátem tloušťky 0,4mm přibližně 1 závit na 5mm. Tím jsem poněkud snížil impedanci spojovacích vedení a tím došlo k popoladění filtru na požadovaný kmitočet. Po této úpravě se PSV zlepšilo na 1:1,1 se zřetelným minimem na 144MHz. Lépší už to asi nebude a proto považuji filtr za dokončený. Při prvních provozních zkouškách výkonem cca 800W je filtr zcela studený. Zanedlouho bych měl mít možnost měřit přistrojem MiniVNA takže pak snad budu mít přesnější výsledky.

Po krátké době se mi podařilo slíbené měření přístrojem MiniVNA.

Filr byl buzen přístrojem MiniVNA. Výstup filtru je zatížen kvalitním odporem 50Ω. Z obrázku je jasně vidět, že je filtr na hranici použitelnosti. Modrá křivka reprezentuje útlum odrazu. Na kmitočtu 144.300 je zřetelné minimum okolo -26,5dB a k vyšším kmitočtům výrazně stoupá. Ideální by byl útlum pod -30dB. Takto špatná hodnota je patrně způsobena dodatečným doladěním filtru, které jsem popsal výše. Černá křivka reprezentuje odpovídající hodnotu PSV. Vidíme, že naměřené hodnoty odpovídají měření přístrojem MFJ-269

Celý PA už má taky za sebou řadu provozních hodin kdy byl vybuzený na plný výkon. Výstupní filtr je při tom slabě vlažný. Na rozdíl od koaxiálních kabelů, které jsou poměrně teplé :-).