MŮJ KOŠÍK
Můj košík je prázdný

TV, TV-SAT

Trochu teorie

Filtry v televizních anténních instalacích
Překlad článku Arkadiusze Matysiake ze společnosti Delta company
V důsledku dotazů týkajících se filtrů, které vyrábíme, bych chtěl objasnit jisté termíny, které jsou spojené s touto oblastí - aby se tak vyloučily chyby, které by mohly vzniknout při objednávkách nebo implementaci filtrů do anténních systémů. Jako příklad podrobně rozeberu pásmovou zádrž, avšak principy by měly být sledovány u všech druhů vybavení.


Obdrželi jsme označení:
  • FZK-(č. kanálu): pásmová zádrž -(č. kanálu), např. FZK-52
  • FZP-(č. kanálu, č. kanálu): pásmová zádrž -(č. kanálu), např. FZP-2934
Ideální pásmová zádrž nemá v propustném pásmu žádný útlum, 90-stupňový strmý svah a nekonečně vysoký útlum v potlačeném pásmu. Kmitočtové charakteristiky (útlum - T) by byly takovéto:
V praxi je každý filtr popsán souborem parametrů:
Tp - průchozí útlum (čím nižší, tím lepší)
Tz - stop útlum (čím vyšší, tím lepší)
Fp1- průchozí kmitočet 1 (zeslabená na úroveň Tp)
Fz1- stop kmitočet 1, (zeslabená na úroveň Tz)
Fz2- stop kmitočet 2, (zeslabená na úroveň Tz)
Fp1- průchozí kmitočet 2 (zeslabená na úroveň Tp)

Frekvence (pásma) jsou dány jako čísla televizních kanálů.
Zákazník by měl specifikovat všechny výše jmenované parametry.
Teoreticky, šířka potlačeného pásma je určena dvěma body (nalevo a napravo od střední frekvence), kde úroveň zeslabení klesá o 3dB. Avšak v praxi, v televizních anténních systémech se tolik nezajímáme o tyto body, ale spíše o potlačené televizní kanály. V objednávce pak stačí specifikovat tyto kanály.
POZNÁMKA č.1.
Zvýšení poměru Tp /Tz činí filtr dražším.
Čím menší rozdíl mezi Fp1 a Fz1 (nebo mezi Fz2 a Fp2), tím dražší filtr

POZNÁMKA č.2.
Existují pouze čtyři důležité kanály - tvar přechodů ( mezi Fp1 a Fz1, a mezi Fz2 a Fp2) není podstatný - závisí na druhu filtru a metodě vyladění.

Tvar přechodů není podstatný - všechny filtry splňují jejich úkoly:
Nabízené filtry celkově nejsou vhodné pro kabelové televizní systémy (možnost rušení vznikajících mezi Fz2 a Fp2).
Níže jsou uvedeny charakteristiky dvou implementací FZK-52 filtru.
Filtr umístěný napravo není vhodný pro aplikaci v určitém kraji, ačkoli může být přijatelný v jiné zemi (odlišný Fp1). Při objednávání pásmových zádrží (FZK) je důležité specifikovat nejenom stop kanály, ale také aktivní kanály, zvláště v případě blízkých kanálů.
Tp hodnota závisí pouze na struktuře filtru (0.5-2 dB).
Tz hodnota: -18 dB nebo -25 dB (v případě propustných filtrů -30 až -50 dB).

Ukázka charakteristik propustných filtrů.
Kvůli odlišné struktuře jsou klasifikovány jako F-5 nebo F-6. Níže je uvedena charakteristika F-5 filtru (kanál 50). Svislé čáry označují indicate nosné obrazu a zvuku.
V případě blízkých kanálů (aktivní a nežádoucí - jedno nebo dvou kanálová mezera) by měly být použity F-6 filtry. Tyto filtry jsou navíc vybaveny bočním filtrem pro požadovaný kanál. Filtry obecně pracují efektivně alespoň pro jednu kanálovou mezeru.
Označení pásmového filtru pro kanál 50, s bočním filtrem pro kanál 52: Filtr F-6 k50 p52.
Není možné vytvořit LC filtry, které by procházely jedním televizním kanálem a zastavily by jeden sousední kanál - existuje pouze několik stovek kHz pro sklon.
F-6 filtry zajišťují typický útlum nosných při 25 dB úrovni (jednokanálová mezera, UHF - pásmo V), F-5 filtry - 18 dB. Tyto parametry jsou vhodné pro aplikace.
Pásmové zádrže nesnižují pouze odrazy, ale také eliminují rušení pocházející z různých vysílačů pracujících blízko anténních systémů. Filtry odstraňují možné intermodulace anténních zesilovačů, způsobené silnými nežádoucími signály, přičemž silně zeslabují jejich nosné. Četné množství základních stanic, buňkové BTS, lokální FM vysílače (až několik kW) jsou typickými zdroji nežádoucích signálů.
Toto je úkolem pásmových zádrží, zapojených mezi anténou a zesilovačem (nebo může být nedílnou součástí zesilovače).
Ukázkové řešení pásmové zádrže pro FM pásmo (88-108 MHz) je zobrazen níže. Hlavní zásadou tohoto projektu byl minimální 30 dB útlum nežádoucích signálů. Nejlepší volbou je 3-stupňový Chebyshev filtr:
Níže uvedený obrázek zachycuje praktickou implementaci (C8 je typ SMD - zde není vidět).
Anténní zesilovače A-130 jsou vybaveny takovými filtry, takže mohou být použity v anténních instalacích operujících poblíž lokálních FM vysílačů. Níže jsou uvedeny charakteristiky zesilovače.
Dalším vhodným typem filtru, který lze použít pro potlačení FM rušení, je Cauer (nebo eliptický) filtr.
Tento druh filtrů je ostřejší než všechny ostatní, avšak přípustná odchylka LC prvků musí být mnohem menší než než v případě Chebyshev filtrů. Také zachycuje vlnění v celé šířce pásma.
Níže je uvedena charakteristika pásmové zádrže Cauer (88-108 MHz, 40 dB).

Ve výrobní praxi je obtížné přesně zvolit kondenzátory, obvykle jsou vybrány hodnoty z IEC 60063 preferované číselné řady (E12 nebo E24). Následující grafické schéma zobrazuje charakteristiky získané s kondenzátory této řady.
Je zřejmé, že pouze řada E24 zajišťuje patřičné výsledky.
Základní schéma FM pásmové zádrže (75 ohm vstupní/výstupní impedance):
Výše znázorněná implementace (Chebyshev filtr) byla založena na tradičních komponentech (systém soustředěných parametrů), druhé řešení (Cauer filtr) zapojuje mikropáskovou technologii (systém rozděleného parametru).
Posledně zmíněná implementace je méně nákladnější při hromadné výrobě a eliminuje potřebu časově náročného nastavení.
Po vypočítání induktivních komponentů jsme obdrželi následující PCB rozložení:
MASA=GROUND; We=vstup; Wy=výstup

Elektromagnetická analýza tohoto rozložení prokazuje správnost řešení:
Rozdíly mezi výše uvedeným grafem a technickými daty nejsou důležité.
Pro počítačovou simulaci stanoveny následující parametry:

  • Jednostranný PCB.
  • ubstrát epoxid-skleněné vlákno, relativní permitivita: Er=5.
  • PCB tloušťka: 1.5mm.
  • loušťka plátované mědi: 0.035 mm.
  • Činitel dielektrických ztrát: 0.04.
Obrázek fyzického prototypu...
...a charakteristika převzetá z rozmetače kmitočtů:
Potřeba je pouze sekundární korekce kmitočtové charakteristiky (nalevo). Obecné požadavky byly splněny - FM pásmo je účinně potlačeno.
Diskuse se týká použití RF filtrů v individuálních (nebo malých komunitních) anténních instalacích pro filtrování nežádoucích signálů. Podobné filtry se používají také v anténních diplexorech/multiplexorech, v pásmových/kanálových zesilovačích atd.