QRO dolní propust pro pásmo 432 MHz

---

článek popisuje výpočet a konstrukci dolní propusti pro pásmo 70cm a výkon řádu kilowattů

Dolní propust by měla být součástí každého výkonového zesilovače, který je používán jako koncový.  Smyslem dolní propusti je potlačit harmonické kmitočty na úroveň vyžadovanou Povolovacími podmínkami. V našem (OL3Z) případě bylo impulsem ke stavbě dolní propusti rušení příjmu v pásmu 1296 MHz, které jsme způsobovali sami sobě provozem v pásmu 432 MHz. V pásmu 432 MHz používáme elektronkové koncové stupně s GS-31, resp. GI-14, které samy o sobě mají třetí harmonickou potlačenou cca 30 dB, což znamená, že při výkonu PA 500W má třetí harmonická 500 mW a to při vzájemné vzdálenosti antén (jsou na jednom stožáru) spolehlivě stačí k rušení příjmu. Zadání tedy bylo navrhnout a vyrobit dolní propust, která bude minimálně ovlivňovat vysílač na kmitočtu 432 MHz a na 1296 bude mít útlum aspoň 30 dB. Celou věc jsem pojal tak, že nehodlám řešit problémy se spolehlivostí, s vypálenými cívkami, kondenzátory, nebo konektory, tak jsem propust zkonstruoval v  robustním a v podmínkách provozu na amatérských pásmech nezničitelném provedení. Protože v klubu používáme tlusté kabely, je filtr osazen konektory 7/16", ale nic nebrání použití konektorů N, rozdíl je pouze ve velikosti odfrézované dosedací plochy v trubce pro přírubu konektoru.

Inspirací byla dolní propust kdysi přivezená z burzy v Laa, která byla celá vestavěna do trubky. Proměřil jsem ji, zjistil jsem, že funguje uspokojivě a že vyrobit něco podobného je celkem snadné. Toto provedení dolní propusti se v anglicky psané literatuře  jmenuje stepped lowpass. Návrh filtru jsem provedl pomocí programu Ansoft designer. Studentská verze je zadarmo a pro tyto účely plně postačí.

Dolní propust typu stepped lowpass je vlastně koaxiální vedení, které má střídavě vysokou a nízkou impedanci. Změny impedance jsou realizovány pomocí speciálně provedeného středního vodiče, který má střídavě velký a malý průměr. Na tomto obvodu je krásně vidět, že přechod mezi obvody se soutředěnými parametry a rozprostřenými parametry je plynulý. Část vedení o malém průměru je vlastně podélná indukčnost, válečky je možné považovat za příčnou kapacitu a celý filtr je vlastně klasický T článek. Filtr funguje tím lépe, čím je tenčí tenká část středního vodiče a čím mají válečky větší průměr (aby to někoho nespletlo, nelze zlepšovat funkci vypočteného provedení změnou průměrů). Je jasné, že praktická realizace naráží na limity mechanické pevnosti a proveditelnosti. Protože tenký vodič má současně nosnou funkci a musí bez velkého průhybu unést mosazné válečky, které cosi váží, je prakticky nemožné jít pod 4 mm.  V praxi vypadá střední vodič filtru pátého řádu dle níže uvedeného obrázku:

Střední vodič je tvořen mosaznou kulatinou průměr 4 mm, na kterém jsou navlečené provrtané válečky o průměru 32mm, jsou zafixovány na správném místě podle výkresu a upevněny pájením. Válečky jsou vysoustružené z mosazné kulatiny. Spájený celek je možné pro klid duše  povrchově postříbřit, není to však nutné, na funkci to nemá pozorovatelný vliv. Celý sestavený střední vodič dlouhý 165,6mm zasuneme do vnějšího vodiče tvořeného  hliníkovou silnostěnnou trubkou o světlosti 40mm. Trubka je silnostěnná proto, aby měla dostatečnou tloušťku stěny pro zafrézování dosedacích ploch pro panelové konektory 7/16". Ke střednímu vodiči konektorů je pripojen střední vodič našeho koaxiálního filtru. Původně jsem měl obavy z toho, aby se nosná kulatina průměr 4 mm neprohýbala pod vahou válečků , u filtru 5. řádu se však obavy ukázaly jako neopodstatněné.

Filtr pátého řádu byl navržen pro

zvlnění v propustném pásmu: 0,1 dB

kmitočet zlomu:  500 MHz

útlum na 1,25 GHz:  -31 dB

malý průměr středního vodiče d=4mm

velký průměr středního vodiče D=32mm

světlost vnějšího vodiče: 40mm

Měřením na praktické realizaci byla ověřena velmi dobrá shoda s vypočtenými údaji a z útlumových vlastnosti je vidět, že pro splnění našeho zadání filtr pátého řádu postačuje.

 

---

 

Pokud je potřeba větší potlačení třetí harmonické, je možné zhotovit filtr sedmého řádu, výkres středního vodiče je na obrázku zde:

 

Filtr sedmého řádu byl navržen pro

zvlnění v propustném pásmu: 0,1 dB

kmitočet zlomu:  500 MHz

útlum na 1,3 GHz:  -50 dB

malý průměr středního vodiče d=4mm

velký průměr středního vodiče D=33mm

světlost vnějšího vodiče: 40mm

Filtr sedmého řádu jsem nakonec nestavěl, protože nebyl potřeba. Je velmi pravděpodobné, že kulatina průměr 4mm by se už ve vodorovné poloze prohýbala pod vahou válečků, takže by buď bylo možné provozovat filtr pouze ve svislé poloze, nebo prostřední váleček v trubce (vnějším vodiči) zafixovat nějakou dielektrickou vložkou, detaily ponechávám na fantazii případného konstruktéra.

 

řez filtrem pátého i sedmého řádu je stejný a je zobrazen zde

 

podélný řez vnější trubkou - pláštěm filtru

 

kolíček (mezikus mezi konektor a střední vodič koaxiálního filtru)

 

Fotografie praktické realizace dolní propusti:

 

detail zafrézované dosedací plochy s osazeným konektorem 7/16"

 

detail připojení dtředního vodiče ke konektoru

 

útlum odrazu na vstupu filtru: -27,5 dB na 432 MHz

 

poměr stojatých vln na vstupu filtru: 1:1,09 na 432,200 MHz

 

přenosová charakteristika: útlum 0,07 dB na 432 MHz; 32 dB na 1296 MHz

 

Ze snímků obrazovky lze odečíst naměřené hodnoty:

průchozí útlum na 432 MHz: cca 0,07 dB

útlum na 1296 MHz: cca 32 dB

zvlnění v propustném pásmu: zanedbatelné

útlum odrazu na vstupu (měřeny oba konce) na 432 MHz: -27,5 dB

PSV na vstupu/výstupu na 432 MHz: 1:1,09

 

Konstrukční poznámka: kolíky, kterými je připojen střední vodič vedení ke konektorům, představují podélnou indukčnost a chybí zde příčná kapacita, aby byla zachována impedance 50 Ohmů. Pro nápravu je nutné konce trubky zavíčkovat, jak je vidět na jedné fotografii a na kolíček (prodloužení středního vodiče konektorů) připájet plechový praporek, který má vůči víčkům správnou kapacitu - naladíme na co nejlepší útlum odrazu.

 

Závěrem omluva na kvalitu obrázků, jsou focené mobilem z obrazovky měřicího přístroje.