presenta
DUPLEXER 144 - 430 MHz
di IZ1TQI Aldo (de Roderigo) - RCT #030
Può risultare comodo convogliare su di un'unica discesa il segnale di due antenne, in termini televisivi miscelare; per esempio sull'IC700, ma non solo su di esso, la bada dei 2 metri e quella dei 70 cm hanno un'unica uscita e/o ingresso d'antenna.
Per questo o si adopera un'antenna bibanda o si cambia antenna a seconda della banda operativa o si adopera questo dispositivo, composto da un filtro passa-basso (144 MHz) e da un filtro passa-alto (430 MHz) di ordine superiore.
Ogni filtro di ordine superiore è composta da due moduli; nel caso specifico da un filtro di primo ordine ed un filtro a T o di terzo ordine; il risultato finale è un filtro di quarto ordine.
I due filtri di ordine superiore hanno un capo in comune (porta d'ingresso in Rx o uscita in Tx) e due capi separati (porte ingresso o uscita in Tx o Rx), pertanto possono essere usati per convogliare due ingressi su di un'unica uscita o un ingresso su due uscite, insomma il marchingegno è reversibile, per cui funziona in
ricezione e trasmissione.
Per inciso, l'attenuazione del filtro a T è elevata, vi ricordo che, teoricamente, un filtro a T è equiparabile ad un filtro di 3° ordine a -18 dB/ottava; se a questi -18 dB si aggiungono i -6 dB/ottava del filtro di 1° ordine otteniamo un totale di -24 dB/ottava.
In Figura 1: lo schema ed i valori dei componenti; sarebbe bene realizzare le induttanze in filo di rame argentato, con spire spaziate, visto le frequenze in gioco. I condensatori potranno essere da 100 V di isolamento per potenze attorno ai 40-50 W, altrimenti dovranno essere ad isolamento maggiore.
Ricordate che
Vp = √ (W x 2R)
pertanto la tensione di picco su 50 Ohm, per 100 W di potenza sarà
√(100* 100) = 100 Vp.
Le induttanze sono da 24 nH (nano Henry), per la sezione VHF, e da 87 nH per la sezione UHF; i condensatori sono da 15 pF in VHF e da 8,2pF in UHF.
Tuttavia, per evitare di agire, in fase di taratura, sulla spaziatura delle induttanze, ritengo assai più facile intervenire sulla capacità dei condensatori, pertanto consiglierei caldamente di sostituire questi ultimi con compensatori ceramici.
Se opterete per agire sulla spaziatura delle induttanze, sarebbe ottimale usare condensatori in mica argentata, tuttavia cercate, possibilmente, di usare condensatori ceramici di ottima qualità, scartare assolutamente quelli in poliestere; lo stesso discorso vale per i compensatori (di cui parlerò più in basso) e se non potrete usare compensatori ad aria, servitevi di quelli ceramici.
Durante la taratura, andrà effettuato il centraggio dei filtri per la massima resa, pertanto le spire andranno più o meno spaziate, controllando con il Ros-metro per il minimo valore di ROS, che sarà attorno 1,2 - 1,3 : 1, se l'antenna risuona perfettamente.
Se sostituirete sostituire i condensatori fissi, con compensatori (variabili) ceramici o ad aria, in questo, come ho già detto, non si toccano le induttanze, Figura 1a.
Teoricamente tali compensatori in VHF sono sufficienti anche per potenze di 500 W (per una Vp = 223 V su 50 Ohm); mentre per potenze attorno ai 30-50 W credo siano validi anche i compensatori in mylar, ma non mi sento di garantire, se non fino a 20 W.
Se, nelle UHF, la realizzazione non sarà perfetta, avremo tante perdite da saltare di gioia se potremo usare i classi 35 W degli apparati come l'IC7000..
Fate attenzione perchè spesso vengono offerti compensatori (variabili) "ceramic"(sostanza plastica di sintesi) che non sono "keramic" (ceramici propriamente), quindi occhio alla somiglianza dei termini, sulla quale qualcuno ci marcia.
In teoria l'attenuazione d'inserzione, introdotta sulle frequenze che transitano, è di 0,5 dB, mentre l'attenuazione sulle frequenze di blocco, al di fuori della banda passante, è, come già accennato, di 24 dB (per ottava) cioè per ogni raddoppiare (144 MHz) o dimezzare (430MHz) di frequenza.
Essendo poi i 430 Mhz la terza armonica di 144 MHz, l'attenuazione totale, al di fuori della banda passante, ossia l'isolamento fra la banda dei 2 metri e la banda dei 70 centimetri, sarebbe teoricamente di -72 dB, se la frequenza di taglio fosse, per assurdo, sui 146 MHz per le VHF e di 430 MHz per le UHF.
Le fonti da cui ho preso spunto non danno espressamente la frequenza di taglio ed il fattore di merito "Q" dei filtri, ma forniscono dei grafici, che riporto in Figura 3 e 4, che però ho il dubbio di dover prendere un po' con le molle.
Nella Fig 3 come potete osservare, è espressa la frequenza di taglio di 205 Mhz inVHF, e di 240 MHz in UHF, poi viene attribuito un isolamento di circa -50 dB tra le due bande.
Figura 3
Teoricamente l'attenuazione (isolamento) di - 50 dB equivale ad un moltiplicatore di 0,00001, pertanto 100 W * 0,00001 corrispondono a 0,001 W, ossia un milliWatt, tale sarebbe la potenza che tuttavia transiterebbe sui filtri di blocco.
Qualche altra fonte con schema identico, per valori però diversi di induttanza e di capacità e quindi con diverso "Q", riporta il grafico di Figura 4, in cui l'isolamento tra le due bande è di -40 dB, con un fattore moltiplicatore di 0,0001 e quindi con un transito sul filtro opposto di 10 mW.
Figura 4
Poichè "in medio stat virtus", prendiamo per buono l'isolamento di -45 dB.
La taratura, effettuata con MFJ 269, ha confermato il ROS dichiarato dai costruttori cui mi sono ispirato: essa è stata effettuata con carico fittizio da 52 Ohm sull'uscita dei 144 MHz e con antenna ad "H" in cavo coassiale sull'uscita dei 430 MHz (l'HCC da me realizzata, come primo costruttore, e descritta in altro articolo) .
Il risultato è stato:
ROS 1,1 : 1 per i 430 MHZ
ROS 1,2 : 1 per i 144 MHz.
Le prove pratiche per vedere l'isolamento (attenuazione e perdite) tra le due uscite sono state effettuate per la potenza di 35 W in 430 MHz, con l'ausilio dell'IC700: sull'uscita dei 144 MHz ho posto un carico fittizio (autocostruito da 52 Ohm) seguito da un Wattmetro (Lafayette SS-1000) e su quella dei 430 MHz l'antenna ad "H". Non ho potuto fare la controprova poichè non posseggo un carco fittizio adatto per le UHF e non ho ritenuto determinante la prova con l'uscita delle UHF caricata dall'antenna, ma se tanto mi dà tanto...
Il risultato è stato che, sulla scala più bassa del wattmetro (5 W f.s.), la lancetta si è mossa appena, tuttavia quel che ho notato è stato che il ROS dei 430 MHz, inizialmente a 1,1, :1 ha subito un incremento di 0,2 ossia 1,3 : 1.
Per la realizzazione si raccomandano ottime saldature su terminali ben puliti, facendo fondere ed evaporare completamente il disossidante dello stagno, con un saldatore da almeno 50W.
Non duplicate i collegamenti di massa: i bocchettoni SO 239 devono avere un ottimo e unico contatto con la scatola metallica e le masse dei filtri devono essere raggruppate su di un'unica area abbastanza limitata; sarà la scatola stessa a collegare correttamente le masse, quindi non inserite cavetti schermati tra i bocchettoni e il filtro, che, data la robustezza delle induttanze, può essere autosostenente e i suoi terminali possono essere direttamente saldati sul polo coassiale dei bocchettoni, come si vede nella foto 2.
Sarebbe buona norma, poi, cablare le induttanze in modo da trovarsi ciascuna a 90° rispetto alla successiva: io, come potete osservare, ho rispettato parzialmente questa norma, tuttavia è importatnte che almeno non si trovino in asse.
Come contenitore, sull'esempio di alcune mie fonti, ho usato una scatoletta cilindrica, nel caso specifico, di tonno (forse cambia solo la marca), tale soluzione non appaga certamente il senso estetico (nulla osta l'uso di una scatola per sardine, con le facce piane, di forma anche più adatta), ma risponde ad esigenze pratiche, poichè è di lamierino sottile, ma robusto e soprattutto facilmente saldabile a stagno. Naturalmente la scatola va svuotata, lavata, sgrassata e carteggiata per facilitare le saldature, il lavoro ultimato è quello che vedete nelle Foto 1 e 2.
Nella foto 2, sulla sinistra, sono abbastanza visibili le tre induttanze e i due compoensatori VHF, sulla destra si intravedono le due induttanze e i tre compensatori UHF.
Non ho altro da dire, se non che la sostanza (il filtro in sè e i relativi valori) del presente articolo è una solenne copiatura dall'a alla zeta, sono mie le note teoriche sui filtri passa-basso e passa-alto (figure 1, 2, 1a) e la sintesi delle molteplici fonti in un unico elaborato, tuttavia "abusus non tolliti usum" (l'abuso non esclude l'uso) e quindi cosa ve ne cale?
Mi accomiato ringraziando le fonti (all'insaputa) di clonazione, in particolare Ivo Brugnera I6IBE e Roberto Abis IS0GRB e, per chi volesse consultarle, ne fornisco la lista bibliografica:
http://www.qsl.net/iw1fyv/duplexer_it.html
http://www.qsl.net/iw1fyv/duplexer_en.html
http://www.dxzone.com/cgi-bin/dir/jump2.cgi?ID=18278
http://www.dxzone.com/cgi-bin/dir/jump2.cgi?ID=14565
http://www.dxzone.com/cgi-bin/dir/jump2.cgi?ID=18277
http://www.dxzone.com/cgi-bin/dir/jump2.cgi?ID=25855
http://www.dxzone.com/cgi-bin/dir/jump2.cgi?ID=19190
http://www.i1wqrlinkradio.com/antype/ch31/chiave1804.htm
http://www.i1wqrlinkradio.com/antype/ch31/chiave913.htm
http://www.i1wqrlinkradio.com/antype/ch31/chiave912.htm
http://www.i1wqrlinkradio.com/antype/ch31/chiave916.htm
I6IBE Ivo Brugnera: http://hamradio.selfip.com/i6ibe/duplexer/duplexer.htm
Roberto Abis IS0GRB: http://www.i1wqrlinkradio.com/antype/ch31/chiave907.h .