Všeobecně

U krátkovlnných radioamatérských zařízení často sahá konstruktér zařízení po horní propusti v případech, kdy mu na vstupních obvodech přijímače "vyrábějí" silné rozhlasové stanice nežádoucí intermodulační produkty.

Též u této úlohy zmíním, že teoretický návrh nemusí být pro průměrného amatéra zcela triviální. Proto doporučuji přečíst alespoň veřejně dostupné publikace (Dellsperger, F.: Passive Filter; Dellsperger, F.: Passive Schaltungstechnik) a seznámit se a získat jednoduché dovednosti s dobými a na obsluhu jednoduchými programy, které nám návrhy horních propustí významně zjednoduší.

Ani já jsem ve své radioamatérské praxi neřešil problematiku horních propustí často. Vlastně si vzpomínám jen na dvě úlohy, kdy bylo toto třeba řešit:
1. Řešil jsem horní propust na vstupu KV komunikačního rádia. Nechtěl jsem, aby mi do rádia lezly signály z místního středovlnného vysílače.
2. Řešil jsem diplexer k rádiu pro pásma 70 cm a 2 m. Anténa pro pásmo 70 cm byla oddělena horní propustí diplexeru a anténa pro 2 m byla oddělena dolní propustí.
Jako příklad zde uvedu jednoduché řešení horní propusti nad 3 MHz v programu Elsie a s kontrolou ve Smith Chartu.

V programu Elsie provedeme tyto důležité kroky (myšleno mimo ukládání souborů a dalších rutinních prací):

1. Design horní propusti.  Minimálně musíme nastavit, že provádíme design horní propusti (viz zaškrtávací pole Capacitor-input highpass), šířku pásma (Ripple Bandwidth) 3 MHz, a počet elementů navrhované propusti (Order N = 5, tj. 3 kapacity a dvě indukčnosti):

2. Zobrazíme si schéma navržené propusti a provedeme editaci elementů tak, aby C1 = C3 = 1n8, C2 = 560, L1 = L2 = 1.6 mikroH. Editace se dělá v okně, které je od toho - viz obrázek pod schématem. Edituje se jednoduše tak, že vybereme příslušný element, klikneme na Edit values of this stage, napíšeme námi požadovanou hodnotu, klikneme Accept a máme hotovo: 

3. Nastavení parametrů analýzy. Parametry nastavíme v části Analysis, kde nastavujeme důležité parametry (frekvence odkud-kam, škály hodnot S parametrů, počet vypočtených bodů, atd.):

4. Provedení výpočtu charakteristik horní propusti. Tj. výpočty S21 (tj. transmission, útlum v dB) a S11 (Return v dB):

5. A můžeme si nechat vykreslit průběh impedancí ve Smith Chart. Viz graf pod textem (modrá čára). Bod vpravo pod vodorovnou osou, na obvodu kruhu je počáteční bod frekvenční charaketristiky. V našem případě f=100 kHz. Se zvyšující se frekvencí se odraz snižuje a někde pod hodnotou f = 3 MHz očekávám, že hodnota VSWR bude již uvnitř kruhu s VSWR = 2 a ještě vyšší frekvence se přiblíží hodnotě VSWR = 1. To jsou body poblíž středu Smithova diagramu.

6. Kontrola propusti v nástroji Smith Chart od profesora Dellspergera. Nakreslíme si schéma propusti (viz vpravo) a ručně upravíme hodnoty použitých kapacit a indukčností. Pro kreslení jsem použil výchozí bod daný normovanou impedancí Z = 50 + j0 a kmitočtem f = 3 MHz. Z menu jsem si bral sériové kapacity a paralelní indukčnosti. Elementy vidíte vykreslené v diagramech (viz dole). Pokud se s tímto příkladem nechcete kreslit, můžete si soubor pro Smith chart stáhnout zde.

7. Použijeme funkci Sweep a zkontrolujeme si odraz na frekvencích od cca 3.5 MHz do 30 MHz. Viz obrázek vlevo. Vidíme, že hodnota VSWR se od počátku (3.5MHz) snižuje - viz zelená čára.

8. Použijeme funkci Sweep a zkontrolujeme si odraz v části nazývané stop-band. Tedy na kmitočtech od cca 100 kHz do 3 MHz. Vidíme, že se hodnota odrazu s rostoucím kmitočtem snižuje, ale na kmitočtu 3 MHz je stále VSWR mimo kruh VSWR = 2.

 

Závěr

Z předchozích obrázků vidíme, že programem Elsie uděláme jednoduše analýzu dolní, horní nebo pásmové propusti a získáme požadované výstupy, které lze použít v radioamatérské praxi. Samozřejmě, že existuje celá řada dalších nástrojů pro návrh filtrů. Já v tomto článku uvádím nástroje jednoduché, nenáročné na výpočetní výkon PC, ale především boží z hlediska jejich obsluhy. Prostě víte, co máte dělat, i když s programem dva roky nic nepočítáte.