Три фильтра — три задачи
Фильтр в антенно-фидерном тракте нужен, когда в нём есть лишняя частота: гармоника своего передатчика, мощный соседний сигнал или помеха в полосе приёма. По тому, какие частоты фильтр пропускает, а какие подавляет, различают три типа.
- Фильтр нижних частот (ФНЧ) пропускает всё ниже частоты среза и подавляет всё выше неё. Его ставят на выход передатчика, чтобы гармоники не ушли в антенну.
- Фильтр верхних частот (ФВЧ) пропускает всё выше частоты среза. Он защищает приёмник от мощных сигналов ниже его диапазона — например, от УКВ-ЧМ вещания рядом с авиационным приёмником.
- Режекторный, или заграждающий, фильтр (ПЗФ) вырезает узкую полосу и пропускает частоты по обе стороны от неё. Им убирают одну конкретную помеху, не трогая соседние полосы.
Схематичные амплитудно-частотные характеристики. Полосовой фильтр — четвёртый тип: он пропускает одну полосу и подавляет всё вокруг; о нём — в отдельной статье о фильтрах для антенны.
Параметры в паспорте фильтра
| Параметр | Что значит | На что смотреть |
|---|---|---|
| Полоса пропускания | частоты, которые фильтр пропускает с малыми потерями | все рабочие частоты системы должны быть внутри, с запасом от края |
| Частота среза | граница полосы пропускания у ФНЧ и ФВЧ | для ФНЧ — выше рабочей частоты, ниже второй гармоники |
| Вносимые потери | ослабление полезного сигнала | на передаче — потеря мощности, на приёме — чувствительности |
| Заграждение | ослабление в полосе заграждения, дБ | смотрите, на каких частотах оно указано: «≥50 дБ на 150–2000 МГц» — это одно, «≥55 дБ» без частот — другое |
| КСВН или возвратные потери | согласование входа и выхода с трактом 50 Ом | возвратные потери 16 дБ — это КСВН около 1,38 |
| Мощность | допустимая средняя мощность | для фильтра на выходе передатчика — с запасом к его мощности |
Возвратные потери и КСВН — одно и то же согласование в разных единицах. В паспортах фильтров встречаются оба варианта, поэтому полезна таблица пересчёта.
| Возвратные потери | КСВН | Отражается мощности |
|---|---|---|
| 14 дБ | 1,50 | 4,0 % |
| 16 дБ | 1,38 | 2,5 % |
| 18 дБ | 1,29 | 1,6 % |
| 20 дБ | 1,22 | 1,0 % |
| 26 дБ | 1,11 | 0,3 % |
ФНЧ: гармоники передатчика
Любой передатчик кроме основной частоты излучает гармоники — сигналы на удвоенной, утроенной и так далее частоте. Передатчик УКВ-ЧМ вещания на 100 МГц даёт вторую гармонику на 200 МГц, третью — на 300 МГц. Там работают другие службы, и гармоника мешает им. ФНЧ на выходе передатчика пропускает основную частоту и подавляет гармоники.
Диапазон УКВ-ЧМ и его гармоники до шестой. ФНЧ-110-N пропускает DC–110 МГц и даёт заграждение не меньше 50 дБ на 150–2000 МГц — туда попадают все гармоники, начиная со второй.
Правило выбора ФНЧ простое: частота среза выше верхней рабочей частоты и ниже удвоенной нижней. Для вещания 87,5–108 МГц это 108–175 МГц — ФНЧ-110-N подходит. Для передатчика TETRA 380–400 МГц вторая гармоника — 760–800 МГц; ФНЧ-410-N пропускает DC–410 МГц и даёт ≥60 дБ на 570–2500 МГц при мощности до 300 Вт.
| Фильтр | Пропускание | Потери | Заграждение | Мощность | Согласование |
|---|---|---|---|---|---|
| ФНЧ-110-N | DC–110 МГц | ≤1,5 дБ | ≥50 дБ на 150–2000 МГц | 50 Вт (непрерывная) | возвратные потери ≥16 дБ |
| ФНЧ-160-N | DC–160 МГц | ≤0,3 дБ | ≥55 дБ | по запросу, уточняйте у менеджера | ≤1,30 |
| ФНЧ-410-N | DC–410 МГц | ≤0,41 дБ | ≥40 дБ на 519 МГц, ≥60 дБ на 570–2500 МГц | 300 Вт средняя | возвратные потери ≥14 дБ |
| ФНЧ-500-N | DC–500 МГц | ≤0,5 дБ | ≥55 дБ | по запросу, уточняйте у менеджера | ≤1,20 |
Синие — полосы пропускания, красные — заграждения по карточкам моделей KADAMM. Логарифмическая шкала.
ФНЧ на общей мачте
На мачте, где рядом стоят антенны VHF и UHF, гармоники одного передатчика попадают в приёмники другого. Третья гармоника передатчика на 150 МГц — 450 МГц, прямо в диапазоне UHF-радиосвязи; вторая гармоника передатчика на 230 МГц — 460 МГц. Антенны разнесены на метры, развязка между ними — 30–40 дБ, и гармоника, которая у самого передатчика ниже несущей на 60–70 дБ, на входе соседнего приёмника всё ещё выше его чувствительности. ФНЧ на выходе передатчика VHF — самый дешёвый способ убрать эту помеху: для передатчиков 136–160 МГц подходит ФНЧ-160-N с потерями не больше 0,3 дБ (заграждение ≥55 дБ, частоты заграждения уточняйте у менеджера).
Обратная ситуация — помеха не от гармоник, а от интермодуляции двух передатчиков в нелинейном элементе: окисленном разъёме, ржавом болте на мачте. ФНЧ её не уберёт, нужно искать источник.
Совет. Если в паспорте заграждение указано без частот, как у ФНЧ-160-N и ФНЧ-500-N, уточните у менеджера, на каких частотах оно гарантировано, — до заказа.
ФВЧ: защита приёмника снизу
ФВЧ нужен, когда мешающий сигнал ниже рабочего диапазона приёмника и сильнее полезного на десятки децибел. Типичный пример — авиационный приёмник 118–136 МГц рядом с передатчиком УКВ-ЧМ вещания 88–108 МГц. Вещательный сигнал вне полосы приёмника, но его уровень такой, что входной каскад перегружается и появляются интермодуляционные помехи. ФВЧ с частотой среза около 115–118 МГц отрезает вещание и почти не ослабляет авиационный диапазон. Так устроен ФВЧ-118-N: пропускает 118–136 МГц с потерями до 2 дБ и ослабляет 88–108 МГц не меньше чем на 50 дБ.
ФВЧ-100-N — фильтр с широкой полосой 100–530 МГц и потерями до 0,8 дБ: он отрезает всё ниже 88 МГц (не меньше 30 дБ на 20–88 МГц) и пропускает весь диапазон радиосвязи VHF и UHF. Его ставят перед приёмником или анализатором, когда мешают мощные низкочастотные сигналы — промышленные помехи, КВ-передатчики.
Второй случай — отсечь постоянный ток и низкие частоты в измерительном тракте. Для этого достаточно разделительного конденсатора, а ФВЧ ставят, когда нужно подавить ещё и низкочастотные помехи.
Режекторный фильтр: одна помеха
Режекторный фильтр выбирают, когда помеха одна и узкая, а полосы с обеих сторон от неё нужны. Полосовой фильтр здесь не подходит: он вырезал бы и полезные соседние полосы.
Пример — ПЗФ-1029/1091-N. На 1030 и 1090 МГц работают запросчики и ответчики вторичной радиолокации, их сигналы мощные и импульсные. Фильтр подавляет обе полосы не меньше чем на 50 дБ и пропускает 960–1012, 1048–1072 и 1108–1250 МГц с потерями до 1,5 дБ и мощностью до 200 Вт. Так приёмник в этом диапазоне защищают от радиолокации, не теряя соседних служб.
Второй пример — ПЗФ-743/818-N. Он вырезает полосу 743–818 МГц (не меньше 40 дБ на 758–803 МГц), где работают мощные передатчики LTE, и пропускает всё ниже 743 МГц и 818–1800 МГц. Такой фильтр нужен, когда рядом с базовой станцией работает приёмник дециметрового диапазона и его вход перегружают сотовые несущие.
Полосы пропускания и заграждения по карточке модели: две узкие полосы по 2 МГц вырезаны, всё между ними и вокруг проходит с потерями до 1,5 дБ.
Крутизна: почему близкая помеха дороже
Между полосой пропускания и полосой заграждения лежит переходная зона. Чем она уже, тем больше резонаторов нужно фильтру, тем он крупнее и тем выше потери в полосе пропускания. У ПЗФ-1029/1091-N переход от пропускания 1012 МГц к заграждению 1029 МГц — 17 МГц, это под силу компактному фильтру. Если помеха отстоит от полезной частоты на сотни килогерц, нужен резонаторный фильтр — по размерам как дуплексер радиосвязи.
Сколько нужно заграждения: расчёт
Требуемое заграждение считают от уровня помехи и допустимого уровня на входе приёмника. Пример: мощная помеха приходит на вход приёмника с уровнем −10 дБм, а приёмник без ухудшения чувствительности выдерживает вне полосы −50 дБм. Нужно ослабить помеху на 40 дБ и добавить запас 10 дБ на разброс и старение — итого фильтр с заграждением не меньше 50 дБ на частоте помехи.
Для ФНЧ на выходе передатчика счёт обратный: от уровня гармоники передатчика до нормы на побочные излучения. Передатчик 50 Вт (+47 дБм) с гармоникой на 40 дБ ниже несущей даёт +7 дБм на второй гармонике; фильтр с заграждением 50 дБ снижает её до −43 дБм. Норму берут из требований к вашей радиостанции.
Если данных о приёмнике и помехе нет, ориентир для узлов радиосвязи — 40–60 дБ заграждения на частоте помехи. Меньше 30 дБ обычно не хватает, больше 70 дБ у компактного фильтра не получить — для такого требования нужен резонаторный фильтр или разнос антенн.
Какой тип выбрать
| Ситуация | Фильтр |
|---|---|
| Гармоники своего передатчика мешают другим службам | ФНЧ на выходе передатчика |
| Мощный сигнал ниже диапазона приёмника перегружает вход | ФВЧ на входе приёмника |
| Одна узкая помеха, соседние полосы нужны | режекторный (ПЗФ) |
| Нужна одна полоса, всё вокруг лишнее | полосовой фильтр |
| Приём и передача на одной антенне | дуплексер |
| Несколько передатчиков на одну антенну | комбайнер |
Установка и проверка
- ФНЧ ставят сразу после передатчика, до дуплексера или комбайнера; мощность фильтра — с запасом.
- ФВЧ и режекторный фильтр ставят на вход приёмника или в тракт приёма после дуплексера.
- Фильтры этих серий ставят в помещении или шкафу (у ПЗФ-1029/1091-N — IP60, для помещений); на мачте — только в защищённом шкафу.
- Соединяйте фильтр короткими кабельными сборками с разъёмами N; каждый лишний переход добавляет потери.
- После установки проверьте КСВН тракта на рабочих частотах и уровень помехи до и после фильтра.
Частые ошибки
- ФНЧ выбран с частотой среза выше второй гармоники — гармоника проходит без ослабления.
- Заграждение взято из паспорта без частот, на которых оно указано.
- Режекторный фильтр поставлен там, где помех несколько, — нужен полосовой.
- Фильтр на входе приёмника рассчитан на малую мощность, а стоит он после антенного коммутатора на передаче.
- Не учтены потери фильтра: 1,5 дБ на приёме — это заметная потеря чувствительности.
Что прислать для подбора
- Рабочие частоты системы и частоты помехи или гармоник.
- Мощность в точке установки.
- Требуемое заграждение или уровень помехи.
- Где будет стоять фильтр и тип разъёмов.
Модели KADAMM
Фильтры нижних частот и заграждающие фильтры — в разделе фильтров СВЧ KADAMM.
| Потери | ≤1,5 дБ |
| Потери | ≤0,41 дБ |
| Потери | ≤2,0 дБ |
| Потери | ≤1,5 дБ |