Some tips how to make good roofing filter for Up conversion receiver ( Slovenian language -English abstract)

Abstract 

Despite the great trend to switch to a down- conversion receiver or hybrid receiver design we have with up-conversion receiver design much better suppression of image interference.( Dr. Ulrich L.Rohde N1UL,DJ2LR-  QEX), that the importance of good second -order IMD performance can be in Europe more important than the third-order IMD product.!!! (  A typical 49m broadcast signals mix with signals near 8MHz generating ghost broadcast signals)

The down-conversion receiver may not perform on 14,10 and 7MHz as well as on other bands because of images.

The up-conversion receiver moves the image range into the VHF which a 30MHz low pass front end filter easily removes ! 

In the past in up-conversion receiver design VHF crystal filters weren,t available in the narrow widths and with the steep skirts that enabled the high dynamic range up-converting transceivers. The big change is the use of narrower roofing filter to bring the up-conversion rig to current standars for top IMD3 performing transceiver. Such narrow filter are now possible in the 50 to 75MHz range to fit the up-converting architecture

Most mid range radios have roofing filters that are to wide for serious contest. My  narrow 1,4kHz CW  and 2,4kHz SSB Roofing  50 Ohm  Filter design  can be  with minor changes used for up conversion receivers  with first  intermediate frequency (IF)  between 50 in 75 MHz  like :

          ICOM IC : 756, 765, 775,7200,7400, 7410, 7600,7700, 7850, 7851, 9100

          Kenwood  TS: 450, 480, 850, 870, 950, 2000

          Yaesu  FT :  450,847, 897, 920,950,991, 1000D, 1000MP,  2000, 9000

Some tips,how to make your own Roofing filter ( Use Google translate )

I am not responsible for any hardware failure. You made this mods on your own risk.! 

Nekaj nasvetov , kako narediti dober  roofing filter za Up conversion sprejemnike.

Down conversion sprejemniki so imeli pri produktih 3. reda IMD3 in recipročnem mešanju RMDR prednost pred up conversion sprejemniki , ker se nedavno na VHF frekvencah še ni dalo narediti ožjih filtrov od 3kHz.  Inradovi roofing filtri širine 5-6kHz  so bili za CW teknovanja preširoki , ožji NS 2,4kHz filtri, ki jih je za FT 2000 in FT 950 prodajal  Jeff AC0C pa so bili dražji od 300€.. 

Up conversion sprejemniki pa imajo zlasti v Evropi prednost , ker so bolj odporni na produkte 2. reda IMD2 ( f1+f2 , 2x f1- f2,..... na primer 7,1MHz +7,2MHz =14,3MHz  ali pa  2 x 11,95MHz - 9,7MHz = 14,2MHz ) -  črički ( birdies and spurs) zaradi broadcasting postaj , ki jih pa Rob Sherwood ne testira.

V spodnjem diagramu je jasno vidno, da so broadcasting signali,ki so vzrok motenj  bistveno močnejši od amaterskih postaj. Zato so down conversion in SDR sprejemniki na frekvencah med 7 in 15 Mhz lahko bolj občutljivi na motnje  od sprejemnikov s prvo medfrekvenco nekje med 60 in 70Mhz.

Slika 1: Jakost broadcasting postaj v dBm med 7 in 15MHz merjena na mojih antenah 

 Zato sem se odločil, da poiščem kvalitetnega  proizvajalca kristalov ,da izboljšam IMD3 ter RMDR in  sam naredim poceni  CW roofing filter 1,4 kHz,ki je primerljiv z filtrom proizvajalca  ICOM za IC 7851.  https://www.strictlyham.com.au/icom-ic-7851. 

Za izdelavo kvalitetnega roofing filtra za VHF področje  podajam nekaj nasvetov.

Poiščite kvalitetnega proizvajalca kristalov ter pri njem  naročite kristale z pribljižno sledečimi karakteristikami.;

Kristal za 3. overtonsko frekvenco npr 70 455 kHz ( primer FT 1000MP)

Kristal naj ima za SSB širino filtra 2,4kHz serijsko resonanco okrog 1000 Hz višjo Fs = 70 456 kHz

Kristal naj ima za CW širino filtra 1,4kHz serijsko resonanco okrog  1400 Hz višjo  Fs = 70 456,4kHz

kapacitvnost C0 manjša od 4pF

Upornost Rs manjša od 16 Ohm

kapacitivnost Cm= manjše od 1,5 If

toleranca manjša od +/-5 ppm

Priporočam ohišje HC 49/u

Za izdelavo roofing filtra ne potrebujete več kot 4  kose  kristalov.

Nekaj EU dobaviteljev kristalov :

www.omig.com

www.andyquarz.de

www.pupin.rs

www.krystaly.cz

Slika 2:  Primer izbire kristala za  CW filter FT 1000MP  frekvence  70.455  ( 70456,4) kHz proizvajalca Krystaly 

Program za izračun : Crystal Ladder Filter Calculator " DISHAL" by Horst  DJ6EV http://warc.org.uk/wp-content/uploads/2014/01/eDishalHelp-1.pdf

Za izračun CW filtra uporabite  tip  filtra  Butterworth za izračun SSB filtra pa  tip Chebyshev.

S spreminjajem B3dB parametra in PB ripple parametra  v programu Dishal se poskušajte čimbolj približati impedanci filtra 50 Ohm. V primeru,da konstruirate filter za drugačno impedanco ga morate

impedančno prilagoditi!

Na vhodu filtra obvezno predvidite  diplexer,ki prilagodi impedanco filtra v širokem območju na  izhod mešalnika. Uporabite diplexer calculator ( Bridged Tee) 

Kvaliteta Q na frekvencah 50 -70 MHz naj bo  1-3

https://www.changpuak.ch/electronics/calc_16a.php

V postaje vgrajeni originalni filtri so običajno prilagojeni na impedanco 50 Ohmov zato je primerno izdelati 50 Ohmski roofing filter in ga z obstoječim filtrom vezati v kaskado. Tako pridobimo tudi večje končno dušenje celotne verige filtrov.Prvemu kristalu je paralelno vezana induktivnost s katero kompenziramo Cp in s tem izboljšamo simetrijo filtra.

Zaradi dušenja filtra okrog 8dB v prepustnem pasu sem na izhodu dodal nizkošumni ojačevalnik z veliko dinamiko PGA103+, ki se mu z attenuatorjem prilagodi ojačenje tako, da celotna veriga nima večjega ojačenja od 1, sicer lahko pokvarimo IMD3 !!!

Slika 3: Primer - Shema roofing filtra za frekvenco 68,330 kHz (  FT 897D, FT 857.. )

  Slika 4: Primer PCB tiskanine

Po vgradnji boste v primeru, da lahko preklopite med različnimi roofing  filtri,kot je to npr . primer v postaji FT 2000( 15 kHz, 6 kHz, 3 kHz)  pri vključenem novem roofing filtru zaznali bistveno manjši šum,

kar je normalno !!!!

Karakteristiko filtra najlaže izmerite z VNA mostičem. Na spodnjih slikah   podajam primer izmerjenega  2,1 kHz SSB filtra. za FT 2000   izmerjeno z NanoVNA .

  Slika 5: Karakteristika 2,1kHz roofing filtra ( Logmax, SWR, Smith )

  span 15kHz 

 Slika 6:  2,1KHz  SSB filter  prenosna karakteristika na - 6 dB / 2,1kHz 

(   NanoVNA WebUSB Client - v1,4 android  10  )

Slika 7 : 2, 1kHz SSB filter prenosna karakteristika na - 65 dB / 10,5 kHz 

(  NanoVNA WebUSB Client - v1.4 android  10 ) 

Nekaj nasvetov,kako z NanoVNA merimo kristalni filter : 

https://www.youtube.com/watch?v=3uRA1p6OotA

Kako lahko sami izmerimo parametre kristalov :

https://www.youtube.com/watch?v=G9zZRNzhsEE

https://www.youtube.com/watch?v=rVIHVi-7brs

Kako simuliramo filter :

https://www.youtube.com/watch?v=Y0_H8e4QTy8

Načrt celotnega vezja je objavljen na mojem blogu :  YAESU FT 950 SSB 2,4kHz roofing filter.

Opomba:  Vgradnja v postajo na lastno odgovornost. Priporočam le izkušenim z tehniškim znanjem. Za eventuelne napake ne odgovarjam.