»Roofing« ali krovni filter za
FT897D ( FT 857D)
1.Uvod
Že nekaj let uporabljam za delo na
morju ali dopustu postajo FT897 D ki jo uporabljam tako na KV kot tudi na UKV.
Postaja je zelo primerna za prenašanje zato sem si izdelal poseben kovček, kjer imam
spravljeno postajo z vsemi dodatki. Vgrajene imam 500 in 300Hz CW filtra sam pa
se dodal še NF filter z MAX 295 kot sem
ga že opisal v CQ ZRS junija 2000. Vgrajen
200HZ CW DSP v postaji je namreč za moje
pojme preozek. Kasneje sem si vgradil še vmesnik za priključitev USB SDR ključka
tako, da imam možnost priključitve
panoramskega adapterja ter »CW Skimmerja«.
Zadnje leto sta se na tržišču pojavili dve zanimivi postaji IC7300 in FT991
zato sem začel razmišljati, da svoj FT 897D prodam in zamenjam z novejšo
postajo. Ko sem obe ti postaji dobro pregledal in IC7300 tudi poslušal sem
ugotovil, da razen »šminke« mojemu staremu FT 897D ne manjka čisto nič.!! IC 7300 sem takoj izločil iz izbire ,ker nima 2m in 0,7m območja. FT991 pa je zaradi precej večjega faznega šuma na oddaji kot FT 897D na UKV
območju lahko problematična Tudi na sprejemu predvidevam da se zaradi faznega
šuma in s tem povezanega »recipročnega
mešanja« lahko celo slabše obnaša od
FT897D. Novejši postaji so zaradi
panoramskih prikazovalnikov sicer bolj všečni ampak ker danes prav vsi ob
postaji uporabljamo tudi PC računalnik to nadomestimo z boljšo grafiko kot npr.
s programom HDSDR in USB SDR ključkom,ki
ga na E-Bay-u dobimo že za ceno 10€.
Ne nazadnje tudi po primerjanju cen sem ugotovil , da nima smisla kupovati nove prenosne
postaje ,ker lahko sam dogradim nekaj malenkosti tako, da bo lahko FT897D tudi
zaradi argonomije celo boljši za uporabo
v tekmovanjih kot omenjeni novejši postaji. Za delo v tekmovanjih pa je za izboljšanje lastnosti sprejemnika smiselno
popraviti samo obstoječi »Roofing filter«.
2. »Roofing« ali
krovni filter.
»Roofing filter« omenjamo največkrat v povezavi s klasičnimi »Up conversion« sprejemniki ki
imajo prvo medfrekvenco nekje v območju 40 do 70Mhz. Naloga »Roofing filtra«, ki
naj bo čim bližje vhodu sprejemnika ni
zagotavljanje selektivnosti pač pa zaščita stopenj za prvim mešalnikom.Ozek »Roofing
filter« pri postajah z visoko prvo
medfrekvenco pomaga predvsem drugemu
mešalniku s tem, da odstrani signale, ki
so odddaljeni v eč kot 2-3 kHz od
sprejemne frekvence. Širina tega filtra
se običajno izbere tako, da zadovolji vse vrste dela tako CW, SSB kot tudi FM. Ker
komercialni sprejemniki pokrivajo tudi
FM in AM so običajno »Up convesion« poceni
dvopolni »Roofing filtri » široki od 12
do 15 khz. . Pravilo je, da je « Roofing filter« nekaj širši, kot kristalni ali DSP filter
ki zagotavljajo selektivnost in so vključeni v verigi sprejemnika na nižjih frekvencah nekje med 450kHz in 9MHz.
Večina amaterjev pa uporablja sprejemnike samo SSB in CW za kar pa potrebujemo ožji »Roofing filter«. Napraviti ozek kvaliteten filter na frekvencah nad 40Mhz je veliko težje in dražje kot npr. na 9 Mhz zato so zlasti po testih Roba Sherwooda
proizvajalci pričeli izdelovati sprejemnike z nizko prvo medfrekvenco, kjer se
da izdelati poceni kvaliteten filter . Pri tem pa se pojavijo druge težave, ki
niso predmet tega članka.
FT897D( FT 857D) je klasičen primer »Up conversion« postaje s prvo medfrekvenco na 68,330Mhz in z
preprostim 2 polnim » Roofing filtrom «, ki je širok več kot 12 Khz ker je postaja
namenjena za delo tudi v FM modu. Sam uporabljam postajo na KV pretežno na CW-ju, v UKV tekmovanjih pa tudi na SSB-ju zato mi FM
ni potreben. Zato sem se odločil , da naredim nekaj podobnega ,kot je naredil Jeff AC0C s sicer dragim 300$ »Roofingom« kjer
je tako pri postaji FT2000 bistveno izboljšal »Close In IMDDR« na 2Khz.
Moj cilj je bil izdelati »roofing filter«
širine okrog 3 kHz tako,da pokrijem tako CW kot SSB na račun izgube FM-ja.
3. Konstrukcija
filtra.
Filter je izdelan kot lestvičasti Cohn-ov filter 4 reda iz kristalov ,ki nihajo na 3.overtonu. Cohn-ov filter je za razliko od Chebishev ali Butherworth filtra bolj preprosto izdelati saj so vse kapacitivnosti enake (3). V mojem primeru sem izbiral primerne SMD kapacitivnosti v območju med 27 in 47pf. Z večanjem kapacitivnosti ožimo propustno krivuljo in obratno. Paziti pa moramo,ker se nam s stem spreminja impedanca filtra.
Kristale po specifikaciji sem naročil pri firmi Krystaly-Hradec Kralove na
Češkem po ceni 6€ kos + poštnina 6€. (2) Pred naročilom priporočam, da se prebere odličen članek Dr.
Matjaža Vidmarja S53MV- Kako naročiti
kremenčev kristal (6)
Pri naročilu je treba definirati
parametre kristala kot je frekvenca 68 330Mhz, , tip
ohišja, točnost frekvence v ppm, zaporedno
ali serijsko upornost Rs in kapacitivnost elektrod C0. V mojem primeru sem
naročil 4 kose kristalov ohišju HC-49/u ki nihajo na 3. overtonu in frekvenci 68 330Mhz ; s parametri: 5ppm Rs 20 Ohm in C0
4,3pF. S pomočjo programa AADE(1) sem
nato modeliral filter z vnesenimi parametri.
Slika
1 Shema in simulacija »Roofing filtra« s programom AADE
Slika 2 izračunana frekvenčna
karakteristika »Roofing filtra«
Filter sem realiziral na tiskanini
25 X35 mm , ki sem jo potem vgradil v prazen prostor na desni strani ohišja ,kjer
je napajalni konektor.
Ker ima filter v prepustnem pasu cca 6-7 dB, diplexer pa nekaj manj kot 1dB dušenja sem sem dodal še MMIC niskošumni
ojačevalnik s šumnim številom 0,6dB na 50Mhz z SPF5189 z IP3 out v rangu +39dBm. V primeru, da bi naročil bolj kvalitetne kristale z manjšo
serijsko upornostjo Rs bi lahko zmanjšal dušenje filtra in ga vključil v
sprejemnik tudi brez ojačevalnika. Za boljšo prilagoditev mešalnika v širokem
frekvenčnem območju sem pred »Roofing
fiter« dodal še »diplekser »izračunan na
frekvenco 68,330 Mhz (4) .
Ker je ojačenje nizkošumnega ojačevalnika SPF5189 cca 17 do 18dB je treba na izhodu dodati še »attenuator«,
da z prevelikim ojačenjem celo ne pokvarimo IMD3 kakor je bil to primer z Inradovim« Roofing filtrom« za FT
1000MP,kjer je imel dodan ojačevalnik cca 3dB preveliko ojačenje. Zavedati se treba, da za vsak 1dB preveč ojačenja lahko lahko poslabša IMD3 za 3dB.!! Za izboljšanje IMD3 je celo priporočljivo, da pred prvim mešalnikom zmanjšamo nivo za dB ali dva ter potem za enako vrednost povečamo ojačenje v 2. medfrekvenci za selektivnim filtrom.(8) Vrednosti attenuatorja (upori R3, R4 in R7) na shemi nisem podal, ker je velikost dušenja filtra v propustnem obsegu odvisna od
tega, kako kvalitetne kristale imamo v filtru. Sam sem izmeril, da potrebujem na izhodu attenuator okrog 10dB. Orientacijske vrednosti uporov za dušenje 10,5 dB so: R3=R4=27 Ohm in R7=32Ohm. Attenuator si lahko izračunamo s kalkulatorjem na WEB-u (6) Ojačevanik SPF5189 se napaja z napetostjo 3- 5V zato sem na
tiskanino s filtrom dodal mali SMD regulator LM78L05,ki sem ga priključil na v FT897D vgrajeni 8V regulator Q1014.
Slika 3 Shema roofing filtra
F=68,330Mhz
Filter sem v postaji vključil za 1. mešalnikom pred originalnim 15 kHz »Roofingom« slika 4. Ker bo filter z overtonski kristali prepuščal tudi osnovno frekvenco na 22,7766Khz
je v serijo še vedno vključen originalni 15Khz »Roofing filter« ki nam razen osnovne filtrira še harmonske frekvence. Filter sem vključil na
spodnji strani tiskanine ,kakor je prikazano na sliki 5. Ta poseg ne priporočam začetnikom, ki
niso vajeni dela s SMD elementi. Filter je vključen v prazen prostor nad
napajalnim konektorjem slika 6.Postaja FT 857D nima
tega prostora zato bo tisti, ki se bo odločil za takšen poseg moral filter zapreti
v malo kovinsko ohišje in vključiti nekje
zunaj na zadnji stranici. Slično lahko
ustrezen » Roofing « izdelamo tudi za
kakšno drugo «Up conversion« postajo
Slika
4: Priključna točka »Roofing filtra«.
Slika 5: Priključitev filtra na
spodnjem delu tiskanine FT897D
Slika 6:: Vgradnja filtra v prazen
prostor nad napajalnim konektorjem
4. Izmerjene
karakteristike filtra
Izmerjena karakteristika filtra z
VNA mostičem je prikazana na sliki 7 in se popolnoma sklada s AADE simulacijo na sliki 2. Širina filtra na -3dB je nekaj
manj kot 3kHz na -40dB okoli 12Khz ter na -50dB okoli 20kHz.
Slika 7: Izmerjena karakteristika »Roofing filtra« z VNA mostičem
Po vgradnji filtra sem se z SDR
sprejemnikom in s pomočjo HDSDR programa priključil na izhod iz 1. medfrekvence 68.330Mhz najprej brez vključenega filtra Slika 8 in nato
še z vključenim filtrom slika 9
,kjer se lepo vidi kako nam filter počisti spekter
Slika 8 :Izmerjen izhod iz medfrekvence
brez filtra
Slika9: Izmerjen izhod iz
medfrekvence z vključenim filtrom
Slika 10: Izmerjena karakteristika na panoramskem prikazovalniku.
Kot
končni ON-LINE test, sem postajo
preizkusil še v CQWW160 CW, kjer so zaradi ozkega frekvenčnega območja in velikega števila postaj razmere na
sprejemu v kratkovalovnem območju verjetno
najbolj ekstremne. Ob prisotnosti na lokalnega QRO hama na frekvenci s signalom 599+30dB ( -43dBm) sem brez težav lahko sprejemal signale drugih
postaj na oddaljenosti od njegove nosilne frekvence na CW že tam nekje
od 400 do 500 Hz naprej.
5 Zaključek.
Amaterji velikokrat posegamo po dragih postajah ki jih kupujemo pod vplivom rezultatov Close- In- IMDR in NPR testov Roba Sherwooda, Adama Farsona ali Petra
Harda -RadCom. V realnem testu na obsegu pa se izkaže , da tudi v najbolj
zahtevnih tekmovanjih kot je CQWW CW160m tudi poceni manjše postaje z minimalnimi spremenbami že zadovoljujejo
tudi
v okolju z izredno močnimi signali.
Nekaj podobnega je ugotovila študija, ki jo je za Bavarian Contest Club napisal
DK4YJ (7) Mogoče je včasih bolje izbrati ergonomično postajo srednjega razreda kot pa pretiravati s 3 ali celo 5 x dražjo vrhunsko postajo po Close In IMDR testu. To velja seveda za
sprejemnike na KV območjih , medtem ,ko pa je na 2m UKV območju v tekmovanju popolnoma
drugačna slika.
Opozorilo: Vsako poseg v postajo opravljate na lastno odgovornost. Za poseg se obrnite na usposobljenega strokovnjaka. Vsak tak poseg namreč izključuje vsako garancijo proizvajalcev.
6. Literatura
3. Wes Hayward W7ZOI : Designing and Building Simple Crystal Filters
5. Dr. Matjaž Vidmar S53MV : Kako naročiti kremenčev kristal :
6. Matching T attenuator calculator :
7. Close –In Dynamic Range oder: Wie
viel Roofing braucht der Contester?
Matthias Jelen, DK4YJ Bavarian Contest Club:
http://www.bavarian-contest-club.de/projects/hardware/Close-In-Dynamic-Range-oder-Wie-viel-Roofing-braucht-der-Contester-;art376,1772
8. J.Robert Sherwood and George B. Heidelman- Present day receivers-some problems and cures. Hamradio december 1977
Dodatek 30.03.2020
Ko je bil članek objavljen nisem imel instrumentarija za izvedbo meritev. Ker imam
sedaj potrebno opremo generatorjem objavljam rezultate.
Meritev je opravljena na 7MHz , nivo generatorja -6dBm, brez RF predojačevalnika,
AGC=off , generator FA-2_HF
Merjeno na frekvencah
7050 in 7052 kHz ter 7055kHz
MDS = -129 dBm Predojačevalnik izklopljen
Blocking (+/- 10kHz)= 105dB ( merjeno kot dvig šuma za 3dB)
RMDR(2kHz)= 85dB; spacing (5kHz)= 94dB
IMD3 (2kHz)=80dB; spacing (5kHz)= 86dB
IMD2 (14102kHz)=62dB
Po nasvetu Horsta DJ6EV in s pomočjo njegovega programa Dishal sem za popravek simetrije filtra paralelno prvenu kristalu paralelno dodal induktivnost 190nH in s tem
bistveno popravil simetrijo filtra. Hvala Horst DJ6EV.
Iz spodnjih rezultatov se jasno vidi, da so npr. rezultati za IMD3(2kHz) za 14dB boljši, kot so bili opravljeni Sherwood testi na IMD3(5kHz).Ker uporabljam amatersko opremo dopuščam 1-2 db pogreška. Žal Rob Sherwood testov na odmiku 2kHz ni opravil. S to predelavo sem se praktično približal kriteriju IMD3(2kHz) =85dB kar tako Rob Sherwood kot Tom W9JI smatrata kot kriterij za dober sprejemnik.
