FB
MÓJ KOSZYK
Mój koszyk jest pusty

TV, TV-SAT

Trochę teorii

Filtry w instalacjach telewizyjnych
Artykuł pana Arkadiusza Matysiaka z Firmy Delta
W związku z napływającymi zapytaniami dotyczącymi produkowanych przez nas filtrów, pragnę uściślić pojęcia związane z tym problemem w celu wyeliminowania ewentualnych błędów podczas składania zamówień i ich realizacji. Jako przykład, przeanalizuję filtr środkowo-zaporowy, choć zasady dotyczą wszystkich pozostałych filtrów.
Przyjęliśmy następujące oznaczenia:
  • FZK- (nr kanału) Filtr Zaporowy Kanał-(nr kanału) np. FZK-52
  • FZP- (nr kanału, nr kanału) Filtr Zaporowy Pasmowy (numery tłumionych kanałów) np. FZP-2934
Idealny filtr zaporowy posiada zerową tłumienność w paśmie przenoszenia, idealną stromość zboczy (90 stopni) i nieskończenie wielkie tłumienie w paśmie zaporowym. Wykres tłumienia (T) w funkcji częstotliwości wyglądałby tak:
W praktyce nie można osiągnąć idealnego zbocza i idealnej tłumienności, dlatego każdy filtr charakteryzuje się następującymi parametrami:
Tp - Tłumienie przepustowe- wartość tłumienia dla przenoszonych częstotliwości. (im mniejsze tym lepsze)
Tz - Tłumienie zaporowe - wartość tłumienia częstotliwości niepożądanych (im większa wartość tym lepiej)
Fp1- Częstotliwość przepustowa nr 1, dla której zachowana jest wartość Tp
Fz1- Częstotliwość zaporowa nr 1, dla której zachowana jest wartość Tz
Fz2- Częstotliwość zaporowa nr 2, dla której zachowana jest wartość Tz
Fp1- Częstotliwość przepustowa nr 2, dla której zachowana jest wartość Tp
W naszym przypadku wszystkie częstotliwości podajemy jako numery kanałów stacji TV pracującej na danym terenie.
Podczas pierwszego zamówienia filtrów, należy podać wszystkie podane wyżej wartości.
Teoretycznie, szerokość tłumionego pasma określana jest dla różnicy 3dB między środkiem a końcem pasma zaporowego. W praktyce jednak, nie interesuje nas, gdzie zaczyna się zbocze filtru, tylko które kanały filtr powinien tłumić, a które przepuszczać. Przy zamówieniu podajemy tylko interesujące nas kanały.
UWAGA nr 1.
Im większa różnica między Tp i Tz, tym filtr jest droższy.
Im mniejsza różnica między Fp1 i Fz1 (lub między Fz2 i Fp2), tym filtr jest droższy.
UWAGA nr 2.
Po podaniu wszystkich czterech kanałów, kształt charakterystyki w obszarze przejściowym ( tj. zbocza pomiędzy Fp1 i Fz1 oraz pomiędzy Fz2 i Fp2) jest nieistotny i zależy od budowy filtru lub sposobu strojenia.
Charakterystyka filtru w obszarze przejściowym może wyglądać dowolnie. Poniższe rysunki przedstawiają kształty filtrów spełniające wszystkie założone parametry.
Jeżeli instalator chce użyć dany filtr w kablówce, gdzie pomiędzy np. Fz2 i Fp2 wstawione są jakieś sygnały z przemienników to nie gwarantujemy, że filtr ten spełni jego oczekiwania.
Na dwóch rysunkach przedstawiamy filtr o nazwie FZK-52 w dwóch różnych wykonaniach.
Drugi filtr nie spełnia wyraźnie założeń technicznych dla danego terenu mimo, że w innym miejscu kraju (dla innych założeń Fp1) spisuje się dobrze. Podczas składania zamówień na filtry środkowo zaporowe FZK należy podać oprócz numeru kanału zaporowego także kanał przepustowy, zwłaszcza, jeżeli zależy nam na wycięciu blisko leżącego kanału.
Wartość Tp jest od nas niezależna i zależy od budowy filtru. Wartość ta waha się od 0.5-2 dB.
Posiadamy opracowane filtry o wartości Tz -18 dB , -25 dB a w przypadku filtrów środkowo-przepustowych ok. 30-50 dB.
Na koniec przedstawiam przykładowe charakterystyki filtrów środkowo-przepustowych.
Ze względu na inną budowę oznaczyliśmy je jako F5 lub F6. Na poniższym rysunku przedstawione są wyniki pomiarów filtrów F5 dla kanału 50. Pionowymi kreskami zaznaczona jest nośna wizji i nośna fonii dla 50 kanału.
W przypadku małej różnicy miedzy kanałem przepustowym i kanałem zaporowym (różnica 2 lub 3 kanałów) należy stosować filtry F6. Filtry F-6 posiadają dodatkowo pułapkę na wskazany kanał. Najmniejszą różnicą, dla jakiej ma sens stosowanie jakichkolwiek filtrów jest różnica dwóch kanałów.
Oto oznaczenie filtru środkowo-przepustowego na kanał 50 z pułapką na kanał 52: Filtr F-6 k50 p52.
Spotykamy się czasem z zamówieniem na przepuszczenie jednego kanału i wycięcie sąsiadującego. Pragnę wyjaśnić, że zamówienie takie jest niemożliwe do zrealizowania, gdyż nie istnieją filtry LC o tak stromym zboczu. Między sąsiadującymi kanałami istnieje tylko kilkaset kiloherców , gdzie mogłoby przebiegać zbocze, tak więc w praktyce wykonanie takiego filtru jest niemożliwe.
Dla filtrów F-6 wartość tłumienia nośnych wynosi średnio 25 dB, przy różnicy 2 kanałów w V paśmie. Dla filtrów F-5 wartość ta wynosi ok. 18 dB. Naszym zdaniem tego typu tłumienia są optymalne w stosunku do ceny oferowanych filtrów jak i zapotrzebowania rynku.
Filtry zaporowe oprócz zmniejszania odbić telewizyjnych, służą także do eliminacji zakłóceń od nadajników położonych w pobliżu odbiorczych instalacji telewizyjnych. Filtry te tłumiąc częstotliwość nośną nadajnika, eliminują zjawisko modulacji wzmacniacza antenowego silnym sygnałem zakłócającym. Pojawienie się sporej liczby stacji bazowych dla radiokomunikacji ruchomej, nadajników obsługujących telefonię komórkową (tzw. BTS-ów) czy wreszcie lokalnych nadajników UKF-FM nadających mocą kilku kilowatów, wzmogło problemy związane z sygnałami zakłócającymi w instalacjach indywidualnych.
Skutecznym rozwiązaniem są odpowiednie filtry zaporowe, montowane między antenę a wzmacniacz antenowy jako osobne urządzenie, lub wbudowane jako integralna część wzmacniacza.
Przykładowym rozwiązaniem jest niżej przedstawiony filtr zaporowy na pasmo radiowe 88-108 MHz. W projekcie przyjęto założenia, że filtr ten powinien obniżać poziom sygnału FM o minimum 30 dB. Najlepiej nadaje się do tego trzystopniowy filtr Czebyszewa o parametrach jak na rysunku:
Praktyczną budowę filtru przedstawia poniższy rysunek. Kondensator C8 ze względów konstrukcyjnych został zamontowany jako SMD i nie jest widoczny na zdjęciu.
Obecnie, produkowane przez nas wzmacniacze A-130, posiadają standardowo wbudowany opisany filtr, przez co polecamy je w instalacjach leżących blisko lokalnych nadajników FM.
Wyniki pomiarów pasma FM we wzmacniaczu A-130 przedstawione są na poniższym wykresie.
Innym typem filtru równie skutecznie wycinającym pasmo FM, jest przedstawiony poniżej filtr Cauera :
Filtry Cauera charakteryzują się dobrą stromością zbocza, wymagają jednak bardziej krytycznego dobrania elementów LC niż filtry Czebyszewa.
Oto wykres idealnego filtru Cauera środkowo - zaporowego na pasmo 88-108 Mhz, przy założeniu tłumienia pasma zaporowego - 40 dB i nierównomierności ?1 dB w obszarze przepustowym.
W praktyce przy budowie filtru nie mamy możliwości dobrać np. kondensatorów z dokładnością do dziesiętnych lub setnych pikofarada, dlatego używamy elementów z dostępnego nam typoszeregu. Poniższy rysunek przedstawia wykresy filtru zbudowanego przy użyciu kondensatorów z szeregu E-12 i E-24.
Widać wyraźnie, że musimy użyć kondensatory z szeregu E-24, aby osiągnąć właściwe rezultaty.
Schemat ideowy filtru zaporowego na pasmo FM (oczywiście dla impedancji 75 ohm) przedstawia rysunek:
Filtr zaporowy Czebyszewa opisany na początku, zbudowany był na płytce drukowanej w postaci konwencjonalnej, natomiast drugi z filtrów (Cauera) zbudowany jest z linii paskowych.
Budowa taka, znacznie obniża koszty w produkcji seryjnej eliminując liczbę potrzebnych elementów jak i czasochłonne strojenie.
Po wstępnym obliczeniu indukcyjności, fizyczny rozkład elementów wygląda następująco:
Analiza elektromagnetyczna płytki drukowanej widoczna na rysunku poniżej, potwierdza prawidłowe wzajemne rozmieszczenie elementów jak i innych założeń projektowych.
Jak widać różnice między powyższym wykresem a filtrem idealnym są pomijalnie małe.
W symulacji komputerowej przyjęto następujące parametry:
  • Płytka drukowana jednostronna.
  • Wykonana z materiału szklano-epoksydowego o przenikalności Er=5.
  • Grubość płytki 1.5 mm.
  • Grubość miedzi 0.035 mm.
  • Współczynnik stratności 0.04.
  • Częstotliwość pomiaru 100 MHz.
Kolejne zdjęcie przedstawia fizyczny prototyp
oraz wyniki pomiarów na wobuloskopie:
Jak widać wykonanie filtru wymaga jeszcze drobnej korekcji przesuwającej go w dolną część pasma, jednak skuteczność wycięcia pasma FM jest zgodna z oczekiwaniami.
Powyższe rozważania dotyczą specyficznego zastosowania filtrów w indywidualnych instalacjach odbiorczych. Oprócz wspomnianego problemu wycinania sygnałów zakłócających, filtry mają szerokie zastosowanie w przy pakietyzacji programów, budowie zwrotnic antenowych, pasmowych lub kanałowych wzmacniaczy antenowych itp.