Антенный поглощающий фильтр для КВ

Эффективным средством борьбы с помехами телевидению, особенно в зоне неуверенного приема TV сигнала, является включение в фидер передающей  антенны фильтра, подавляющего высокочастотные составляющие основного сигнала.

Обычные заграждающие индуктивно-емкостные TVI фильтры отражают
энергию высших гармоник обратно в передатчик, что приводит не только к появлению высокочастотных стоячих волн большого уровня на лампах и элементах выходного каскада, но и способствует появлению самовозбуждения, увеличению
паразитных частот по цепям питания, управления, оплеткам кабелей и т.д.

Поглощающий фильтр действует по принципу разделения частот и состоит
из двух фильтров: фильтра ФНЧ – пропускающего все частоты до частоты среза (f_ср)
в фидер антенны, и фильтра ФВЧ – направляющего все частоты выше частоты среза на активную нагрузку.

Особенностью предлагаемого фильтра является применение двухстороннего фольгированного стеклотекстолита в качестве корпуса, перегородок, на внутренних стенках вырезаны площадки емкостей фильтра. Это позволило избежать применения мощных высоковольтных конденсаторов, за счет уменьшения индуктивности внутренних проводников поднять верхний предел активной нагрузки фильтра с хорошим КСВ до 350 МГц. Рабочий диапазон частот 1 – 30 МГц, мощность – 1 кВт.

На рис. 1 приведена: а) функциональная схема; б) отдельные характеристики фильтров ФНЧ и ФВЧ; в) суммарная характеристика фильтра.

На рис. 2 приведена электрическая схема фильтра 6-го порядка.

На рис. 3 схема соединения резисторов МЛТ-2.

Добавление последовательных резонансных контуров Lp1, C2 и Lp2, C3 в ФНЧ секции позволяют получить глубокие провалы в амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) фильтра на особенно нежелательных частотах телевизионного канала. Расчет параметров элементов фильтра желательно производить индивидуально для каждого случая помех данного радиолюбительского диапазона, антенны и конкретного телевизионного канала по следующим формулам:

Расчет контуров последовательного резонанса производится по формулам:

В связи с тем, что полоса пропускания телевизионных приемников более чем в 2 раза больше чем полосы частот указанных в таблицах для телевизионных центров, к выбору частоты среза необходимо подойти с особым вниманием, т.к. приближение частоты среза к максимальной частоте излучения передатчика ведет к увеличению КСВ фильтра на этих частотах, а удаление – к уменьшению подавления высокочастотных гармоник передатчика на частотах телевизионного приема.

Например, в Новосибирске “1” программа работает на 2ом телевизионном канале, где:

f_р1  =  59.25 МГц – центральная частота несущей изображения,
f_р2  =  65.75 МГц – центральная частота звукового сопровождения.

и при работе на диапазоне 21 МГц – 3я гармоника прямо попадает на частоту 2 го телеканала.

Для примера приведены расчеты для 3х вариантов:

Примечание. Не путайте помехи по звуку от наводок сильного магнитного поля передатчика на различные катушки от динамиков, электромагнитные головки проигрывателей, некоторые виды телефонов и т.д. Борьба с такими помехами подробно описана в радиолюбительской литературе.

Конструктивно фильтр выполнен из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5 мм, и представляет собой коробку разделенную внутри перегородками, которые пропаяны внутри и снаружи на стыках.

В верхней части смонтирована ФНЧ секция фильтра, а в нижней части находится ФВЧ секция фильтра и нагрузочное сопротивление. Все конденсаторы выполнены на стенках и перегородках коробки путем вырезания на внутренней стороне фольги площадок соответствующих размеров.

Перегородки внутри ФВЧ секции изготовлены из двухстороннего фольгированного текстолита толщиной 1 мм, на которых выполнены проходные конденсаторы. Если внимательно посмотреть на емкость С6 в ФВЧ секции для разных вариантов фильтров, то можно увидеть, что величина её значительно изменяется от одного варианта к другому, и общий размер коробки определяется именно этой
перегородкой, на которой расположена емкость С6. Есть и другие варианты, при которых величина С6 ещё больше, что требует увеличения размеров этой перегородки, и что ведет пропорциональному увеличению всех размеров коробки.

Например: для варианта где: R₀ – 50 Ом, а частота среза f_ср -  30 МГц, и где

С6 = 148 пФ, что вызывает необходимость увеличивать перегородку и всю коробку.

Катушки – бескаркасные, намотаны посеребренным или  голым медным проводом (можно медной трубкой) диаметром 3 мм. Диаметр намотки - 20 мм.

Рис. 4 показана конструкция и размещение деталей фильтра.

Прежде чем приступить к изготовлению конденсаторов, необходимо определить удельную емкость на единицу площади фольгированного стеклотекстолита. Для этого на свободном куске с одной стороны чертят площадку, например 10 см на 10 см, отступают со всех сторон 4 мм, очерчивают, вырезают и отдирают скальпелем эту полоску. Оставшуюся фольгу вокруг площадки соединяют с фольгой на другой стороне проводом. Измерение проводят с возможно большей точностью приборами: Е 8-4; Р – 386; Р – 5016; MY613A и т. д.

Рис. 5. Размеры всех деталей коробки для варианта “а”.

У автора емкость 1 см² получилась: 1 см² = 3.45 pf  для толщины 1.5 мм, и 4.96 pf – для 1 мм. Аналогичные измерения необходимо провести для стеклотекстолита толщиной 1 мм, для перегородок в ФВЧ секции. Далее с небольшим запасом  на стенках и перегородках вырезают рассчитанные площадки, согласно рис 5, и путем подрезания уголков добиваются получения  рассчитанных емкостей. Для емкостей С2 и С3 с правой стороны дорожку вырезают не 3 мм, а 13 мм. Это позволяет к площадке припаять мягкую полоску меди, сохранив зазор 5 мм (в крайнем случае,  кусочек консервной луженой жести), отгибая или пригибая её можно в небольших пределах изменять емкость при точной настройке частот подавления помех телевидению. Не забывайте закруглить уголки!

Примечание. При изготовлении конденсаторов все острые углы желательно округлить и тщательно убрать все заусеницы во избежание образования дуги  при больших мощностях. Сверлят отверстия для разъемов и вентиляции резистора поглощения.

Рис. 6. Размеры площадок емкостей для варианта “а”.

Места спайки стенок и перегородок залуживают, коробку собирают, получившиеся стыки тщательно пропаивают со всех сторон. Внешние и внутренние слои фольги боковых, торцевых стенок коробки и перегородок по всему периметру сверху и снизу соединяют путем пропайки оплеткой от экранированного провода или полоской фольги 2 мм, иначе фильтр работать не будет!!! Монтируют входной и выходные разъемы, объемный резистор, катушки. Один из концов катушки желательно расположить перпендикулярно к оси катушки.

В этом случае появляется возможность сжимать или раздвигать катушку, что дает возможность в небольших пределах менять её индуктивность при настройке. В месте припайки катушки к фольге конец катушки загибают под углом 90^О, откусывают на 5 – 6 мм и тщательно припаивают к фольге согласно схеме.

При монтаже катушек можно использовать в качестве проводников поверхности площадок емкостей, чтобы избежать длинных соединительных проводов.

Активная нагрузка выполнена на объемном резисторе типа Р1-3 - 25 Вт, 50 Ом (фото 11), болт которого прикручен к корпусу фильтра и допускает рассеивание мощность до 25 Вт, что позволяет применять такой фильтр с передатчиком выходной мощностью более 1 кВт. Граничная частота до  1.1 ГГц. Можно применить резисторы МЛТ-2  8 шт. 100 Ом - суммарное 50 Ом для R₀ = 50 Ом, или 150 Ом – суммарное 75 Ом для R₀ = 75 Ом, соединенных по схеме на рис.3 (стр. 3). Однако, в этом случае  значительно уменьшится верхняя граничная частота до 200 – 250 МГц, где КСВ довольно быстро возрастает: 260 МГц – 1.8;  300 МГц – 2.2. Подавление около 40 db. При мощности менее 1 кВт можно обойтись четырьмя резисторами МЛТ-2  200 Ом .

Для улучшения КСВ на высоких частотах, путем уменьшения индуктивной составляющей R0, при использовании МЛТ, можно применить следующий метод.

Собирают двухэтажную батарею из 2x4 шт. МЛТ-2. Откусывают гибкие выводы, остатки которых удаляют напильником, обжимные гильзы зачищают от краски, и залуживают. Четыре шт. МЛТ кладут на ровную поверхность в плотную друг к другу, выравнивают по высоте и припаивают гильзы друг к другу вверху, внизу, с обоих сторон. Аналогично изготавливают второй ряд МЛТ. Эти два ряда соединяют по высоте друг с другом, пропаивают и удаляют остаток канифоля спиртом. Полученную батарею припаивают перпендикулярно к задней стенке фильтра напротив вентиляционных отверстий и присоединяют по схеме (рис. 3) проводом диаметром 2-3 мм или полоской гибкой латуни сечением 1x5 мм.

Такая процедура изготовления R0 позволяет улучшить КСВ на частоте 300 МГц до величины 1.8 – 1.9.

ВНИМАНИЕ! Процедуру припайки батареи сопротивлений R0 к задней стенке фильтра желательно выполнить до сборки корпуса фильтра, т.к. в собранном состоянии тщательно припаять торец батареи к задней стенке фильтра затруднительно.

К боковым и торцевым стенкам с внутренней стороны сверху и снизу припаивают  по 6 бронзовых втулок с резьбой М 2.5 на каждую из сторон, для крепления верхней и нижней крышек, которые после настройки припаивают в нескольких точках, чтоб при необходимости была возможность открыть фильтр.

К нижней крышке устанавливают скобы для крепления фильтра к корпусу передатчика. Везде тщательно удалить остаток канифоля спиртом. Когда все собрано, можно приступать к настройке фильтра.

Сначала фильтр настраивают при подключенном на выходе эквиваленте  нагрузки, равной = R₀. У меня R₀  = .50 Ом – 75 Вт, опущенный в кастрюлю с водой!

Для настройки желательны следующие приборы: генератор до 300 – 400 МГц с точностью установки частоты хотя бы 0.1 МГц; какой-то измеритель до этих частот (осциллограф ? ) с возможностью измерения величины затухания сигнала до минус 60 db от входного сигнала; КСВ - метр работающий до этих частот. Автор применял самодельный “ИЗМЕРИТЕЛЬ АЧХ” до 350 МГц, 8 диапазонов, - 60 db затухания; анализатор спектра С4-45; самодельный мостовой КСВ – метр. Фильтр сразу начинает работать. При проверке КСВ оказалось, что КСВ растет на крутом спаде частоты среза, и немного на частотах подавления f_рс1 и f_рс2 .

Опыт показал, что для уменьшения КСВ в области 29 – 32 МГц можно увеличить индуктивности L1 и L2  на 10-12% и уменьшить L3 на 15% без сильного увеличения неравномерности в полосе пропускания фильтра (около 0.3 db), сжимая или растягивая катушку.

Некоторой подстройки требуют емкости С2 и С3, настраивающие последовательные контура точно на желаемые частоты подавления телевизионных каналов. Отгибая или пригибая кусочки жести передвигают провалы по АЧХ фильтра на нужные частоты. Каждый раз, после регулировок емкостей или катушек, перед измерением необходимо тщательно прикручивать крышки – влияние их достаточно велики!!!!

Результат: КСВ при Р₀ 50 Ом – 21МГц = 1; 28 МГц = 1.08; 28.6 = 1.12; 29 = 1.18
Затухание сигнала: 21 МГц – 0 db; 29 МГц – 0 db.
Подавление: 59.25 МГц - -55 db; 65.75 МГц - -57 db.

После такой предварительной настройки проверяют работу фильтра при подключенной антенне. Следует отметить, что у разных типов антенн, при одинаковом волновом сопротивлении и КСВ равном 1 на рабочей частоте, реактивная составляющая на частотах среза и частотах подавления весьма сильно отличаются друг от друга, например, GP и 5 el quad, и, естественно, он вносят различную расстройку в фильтр на этих частотах. Поэтому, фильтр, настроенный на одну антенну, может оказаться мало эффективным для другого типа антенны. По этой причине фильтр следует настраивать на ту антенну и диапазон, помехи телевизионному приему от которых наибольшие.
Методика та же. Кроме подстройки емкостей С2; С3, можно в некоторых пределах изменять значение индуктивности Lp1 и Lp2, а также L3, сжимая или раздвигая витки. 

Не забывайте после регулировки перед измерением закрывать крышки!!!

Внимание! Не подавайте ВЧ энергию на фильтр без подключенной антенны или нагрузки – возможно образование дуги и повреждение фильтра, а так же возбуждение оконечного каскада.

Если влиянию помех подвержены 6 канал и выше, то не обязательно создавать 6-ти – звенный ФНЧ и ФВЧ, а можно обойтись 4-х или даже 3-х - звенными фильтрами по формулам, изложенным выше – такие фильтры проще в изготовлении и меньше подвержены влиянию реактивности антенны.

На рис. 7 приведен вариант схемы фильтра 4го порядка, где:

Фото фильтра.

 Фото активной нагрузки R₀. Резистор - Р1-3.

В заключение, еще раз рекомендую, прежде чем городить огород с фильтром, желательно навести порядок в передающей части.

1. Следить, чтоб режимы оконечной лампы  и лампы  раскачки не выходили за пределы отрицательных сеточных токов (перекачка).
2. Чем хуже КСВ – тем больше вероятность помех.
   
3. В антенной цепи применять симметрирующие ВЧ трансформаторы.
4. На кабелях антенн, питания по сети 220 В, заземлениях, кабелях питания вращения антенн, кабелях компьютеров и т.д. использовать ВЧ дроссели на кольцах диаметром 32 - 100 мм, 100 – 1000 НН, по 5-6 витков,  что вполне достаточно. Каждое кольцо дает 5-6db затухания. Можно ставить несколько дросселей последовательно на один кабель. Попробуйте поставить дроссели на сетевые шнуры, антенные вводы ваших TV, шнуры магнитофонов, усилителей, колонок, компьютеров, телефонов, кодовых замках и других электронных устройств, сначала у себя в квартире. Тогда легче решать вопросы помех у соседей.

Литература; Книги: Фильтры Чебышева; фильтры Кауэра, где приведено много разнообразных фильтров, формулы, примеры расчетов на Basic; Резисторы Четверекова. Журналы: Радио, QST, CQ.

Мой адрес: 630501. Новосибирский район. п. Краснообск д. 19 кв. 50.
Т. (383) 3481108.    E-mail:   papa3481108 (at) yandex.ru
Юдин Геннадий Иванович, UA9PP.