Из опыта настройки полосовых фильтров.

Полосовые фильтры выпускаются предприятием - производителем настроенными, согласно спецификации заказчика, где указаны частота пропускания и допустимые потери. При отсутствии такой информации фирма - производитель оставляет за собой право поставить заказчику изделие, настроенное на среднюю частоту диапазона (160 МГц, 305 МГц, 340 МГц, 420 МГц, 450 МГц ) с потерями 1 dB (для одно-баночного фильтра). Поэтому желательно заранее определиться с требованиями к фильтру и указать их при заказе.

В лаборатории фирмы настройка производится на сетевом анализаторе спектра HP Agilent 8712 ET, позволяющим одновременно наблюдать в процессе настройки за двумя характеристиками - амплитудно-частотной и КСВ. Из отечественных приборов аналогичные измерения позволяет производить только панорамный измеритель типа Р2-73. На обычных измерителях нельзя наблюдать кривую КСВ, а без этого правильно настроить фильтр невозможно. Поэтому я опишу несколько основных принципов настройки, которыми можно воспользоваться как с наблюдением КСВ, так и без.

1. Запомните главную особенность: при положении петель в одну линейку (см. рис. 1 ) потери минимальные, АЧХ пологая, КСВ низкий.

2. При увеличении угла a потери растут, АЧХ становится круче.

3. Квадрант вращения значения не имеет, важно только численное значение угла. Следите, чтобы a1=a2, это главное условие низкого КСВ. При неравенстве углов поворота импедансы не будут соответствовать 50 Ом, что сильно ухудшит согласование.

4. В некоторых случаях как раз необходимо использовать это свойство трансформации у фильтров, так как на практике обычно сопротивление трактов отличается от 50 Ом. Так, например, при помощи фильтра можно согласовать современную 50-омную антенну со старым 75-омным передатчиком.

5. При увеличении угла a1 и a2 вместе с увеличением потерь сдвигается вверх и резонансная частота с минимальным КСВ. Этот сдвиг незначителен, но его всё равно необходимо учитывать. Причём крутизна характеристик КСВ значительно выше, чем АЧХ ( см. рис.2)

При отсутствии возможности наблюдать одновременно два луча, можно порекомендовать удачную методику, предложенную специалистами фирмы "Компас+Радио" на своей страничке в Интернете. Вот в чём она заключается :

Для того, чтобы гарантировать правильное значение импеданса входа и выхода полосового фильтра петли связи должны быть установлены симметрично. Петли связи настраиваются поочередно, используя Т-образный ВЧ разъем. Нижняя часть этого разъема соединена с одним из разъемов полосового фильтра. Кабели от разъемов RF IN и RF OUT анализатора спектра соединены с Т-образным разъемом, как показано на рис.1 Установите центральную частоту анализатора на требуемую центральную частоту полосового фильтра. Установите полосу обзора анализатора достаточной для просмотра полной характеристики. Частотная характеристика в этой конфигурации представлена как режекторный фильтр (график 1). При настройке петли ослабьте 3 стопорных винта. Глубина провала на АЧХ определяется величиной связи между петлями в полосовом фильтре. Необходимо обе петли установить так, чтобы глубина провала на характеристике была одинаковой для каждой петли. Больший провал на характеристике соответствует увеличению коэффициента связи и уменьшению вносимых потерь. Величина связи может изменяться вращением петли связи. Вращение по часовой стрелке от центра уменьшает провал на характеристике и наоборот. Используя центр полосы как 0°. Минимум глубины впадины будет обнаруживаться при положении петли связи около отметки 90° вращением в направлении по часовой стрелке. Не допускайте вращения петель связи выходя за пределы этого квадранта. Максимальная глубина впадины на характеристике будет при положении петли около 0°.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 5 Подключение фильтра для установки вносимых потерь

Рисунок 6 Типовая частотная характеристика отображающая вносимые потери.

Минимум глубины впадины будет обнаруживаться при положении петли связи около от метки 90°. Положение петель связи должно быть зафиксировано тремя стопорными винтами на каждой петле. Обе петли должны быть установлены, используя эту же процедуру, причем глубина впадин на характеристике петель связи должна быть одинаковой.

Правильная глубина впадины на характеристике для конкретной величины вносимых потерь должна быть найдена методом проб и ошибок. Запишите значение вносимых потерь, в таблицу примечаний к данному полосовому фильтру, если это значение отличается от заводской установки,. Глубина впадины на характеристике, определяющая вносимые потери, будет зависеть от модели полосового фильтра. Типовое значение впадины на характеристике лежит в диапазоне значений от - 10dB до - 20dB.

После того, как петли связи установлены, должна быть установлена центральная частота полосового фильтра, измерены вносимые потери и установлен минимальный КСВ.

Длина коаксиального кабеля между передатчиком и полосовым фильтром может быть критичной для некоторых передатчиков из-за несоответствия импедансов. Рассогласование может существовать между передатчиком, полосовым фильтром, антенной, поскольку эти компоненты могут иметь отличный от 50-ти Ом импеданс. Передатчик, полосовой фильтр или антенна могут рассматриваться, как компоненты, имеющие номинальный импеданс 50 Ом и КСВ от 1,3 до 1 или от 1,5 до 1. При КСВ от 1,5 до 1, передатчик, полосовой фильтр или антенна может иметь импеданс от 33 до 75 Ом. (При значении КСВ от 1,3 до 1, импеданс может лежать в пределах от 38 до 65 Ом). В наихудшем сочетании, передатчик может иметь фактический импеданс 33 Ома, полосовой фильтр 75 Ом и антенна 33 Ома. Несмотря на то, что все компоненты соответствуют техническим требованиям фирм-изготовителей, (имеют КСВ не более 1,5), эксплуатационные параметры всей системы могут повлечь серьезные проблемы. Проблема несоответствия импедансов обычно решается подбором длины коаксиального кабеля между передатчиком и полосовым фильтром и/или установив согласующее устройство. Если передатчик чрезмерно чувствителен к несоответствующему сопротивлению нагрузки, то может появиться один или более из следующих признаков:

- передатчик генерирует значительный уровень паразитных излучений;

- выходная мощность передатчика существенно отличается от измеренной ваттметром;

- потери, вносимые полосовым фильтром могут быть оценены измерителем АЧХ, но измерения могут существенно отличаться от значения, измеренного ваттметром при подключении к передатчику;

- отраженная мощность может измениться при изменении длины кабеля между изолятором и первым полосовым фильтром. (В этом случае, ферритовый изолятор может быть использован для показа симптомов или как решение проблем.)

Перечисленные проблемы могут быть минимизированы посредством оптимизации длины кабеля между передатчиком и полосовым фильтром. Оптимальная длина кабеля может быть найдена, используя следующую методику:

1. Настройте передатчик для работы на эквивалент нагрузки 50 Ом в соответствие с инструкцией фирмы- изготовителя.

2. Подключите полосовой фильтр к передатчику. Выходной сигнал передатчика должен подаваться через ваттметр, затем через полосовой фильтр на эквивалент нагрузки. Если импеданс полосового фильтра повлечет расстройку передатчика, то длина кабеля должна быть оптимизирована.

3. Используя короткие отрезки кабеля (не длиннее 25 мм на 900 МГц, 50 мм на 460 МГц, 150 мм на 160 МГц, 600 мм на 40 МГц), постепенно увеличивайте длину кабеля между передатчиком и полосовым фильтром до тех пор, пока оптимальная длина, не вызывающая расстройки, будет найдена. Испытание можно производить, используя до четырех отрезков кабеля.

4. Слегка подкорректировать КСВ можно поворачивая входную или выходную петлю связи до достижения минимального значения отражённой волны. Если достигнутый минимум не является нормальным, это значит, что реальный резонанс находится в стороне и его можно добиться поворачивая инваровый штырь до достижения наилучшего результата. Обычно требуется повернуть винт не более 180? - резонанс очень острый. Мощность включенного передатчика при этом не должна превышать 10 Вт

Когда точная длина кабеля будет определена, то есть когда система будет работать в режиме полного согласования импедансов, замените все фрагменты кабелей на один кабель с эквивалентной электрической длиной. Не упустите из внимания то, что ваттметр был одной из составных частей длины кабеля между передатчиком и полосовым фильтром в этом процессе. Если ваттметр исключен из схемы, то длина кабеля без ваттметра должна быть увеличена на некоторую величину для достижения эквивалентной длины, как это было в схеме с ваттметром.