27

Świat Radio Październik 2005

Transceivery KF

TEST

sygnałów leżących poza pasmem

przepuszczania filtra. Producenci

wyposażają modele TRX przeważnie

w filtry kwarcowe o parametrach

dostosowanych do wymagań prze-

ciętnego użytkownika TRX. Krótko-

falowcy preferujący pracę w zawo-

dach krótkofalarskich oraz polujący

na odległe stacje DX, aby zaspokoić

swoje wyższe wymagania, wyposa-

żają zazwyczaj części odbiorcze TRX

w znacznie lepsze filtry kwarcowe,

oferowane np. przez amerykańską

firmę INRAD (prowadzoną przez

krótkofalowców i nastawioną na po-

trzeby krótkofalowców). Te specjalne

filtry kwarcowe zapewniają znacznie

lepsze parametry, jeśli chodzi o se-

lektywność, a zwłaszcza stromość

zboczy filtra oraz tłumienie sygnałów

poza pasmem przepuszczania filtra.

Są to istotne zalety TRX konstruowa-

nych tylko na pasma amatorskie.

Drugi typ TRX ma częstotliwość

pośrednią zazwyczaj w zakresie 45

do 75MHz. W torze odbiorczym

pierwszej częstotliwości pośred-

niej są stosowane

bardzo proste filtry

Układy TRX na pasma

amatorskie KF

Pomijając nieliczne rozwiąza-

nia unikalne, można stwierdzić, że

występują obecnie dwa typy ama-

torskich TRX. Pierwszy typ to TRX

wyłącznie na pasma amatorskie KF.

Zazwyczaj pierwsza częstotliwość

pośrednia jest usytuowana pomię-

dzy 4MHz a 10MHz. Drugi typ cha-

rakteryzuje się pierwszą częstotli-

wością pośrednią w zakresie UKF,

powyżej 30MHz. Jest to tzw. układ

„przemiany w górę” (po angielsku:

Up Conversion). Przedstawicielami

pierwszego typu są TRX produ-

kowane przez obu producentów

amerykańskich: Elecraft (K1 i K2)

oraz Ten-Tec (Orion i Omni). Wszy-

scy producenci japońscy (Icom,

Kenwood i Yaesu) stosują metodę

pierwszej przemiany częstotliwości

w zakres UKF.

Ponieważ nie ma na tym świecie

rzeczy doskonałych, to każdy z tych

układów ma określone zalety oraz

wady. Dla TRX pierwszego typu tech-

nologia wykonywania filtrów kwar-

cowych w zakresie 4MHz do 10MHz

jest bardzo dobrze opanowana, co

stwarza szansę na użycie pierwszego

filtra kwarcowego w torze odbior-

czym o bardzo dobrej selektywności.

Dla podstawowych emisji używa-

nych przez krótkofalowców (CW

oraz SSB) możliwe jest zastosowanie

wielokwarcowych filtrów o paśmie

dostosowanym do obu emisji. Filtry

te charakteryzują się płaską charak-

terystyką w zakresie pasma prze-

puszczania filtra, dużą stromością

obu zboczy filtrów środkowoprze-

pustowych oraz dużym tłumieniem

kwarcowe w technologii dyskretnej

lub monolityczne. Parametry tych

filtrów są dalece nieadekwatne do

potrzeb krótkofalowca, polującego

na DX-y, lub preferującego pracę

w zawodach krótkofalarskich. Do

niedawna (do czasu wyproduko-

wania IC-7800) pasmo przepusz-

czane przez te filtry miało szerokość

od 10kHz do 20kHz. Jest to zbyt

duża szerokość pasma dla dwóch

najpopularniejszych emisji, jakich

używają na co dzień krótkofalowcy:

SSB oraz CW. W tak szerokim pa-

śmie zmieści się nie tylko sygnał od

stacji, którą chcielibyśmy aktualnie

odbierać, ale także kilka innych sy-

gnałów emisją SSB i może zawierać

kilkadziesiąt sygnałów emisją CW.

Są to znane niedostatki TRX z cią-

głym pokryciem częstotliwości, od

fal długich po górny kraniec KF.

Roofing Filter a problemy

związane z intermodulacją

w torze odbiorczym

Prawie wszystkie odbiorniki mają

od strony wejścia antenowego jakieś

filtry LC. W przypadku odbiorni-

Angielski termin „Roofing Filter” to określenie powszechnie stosowane

w opisach nowoczesnych TRX na pasma amatorskie. Ale co się za tym

kryje? Otóż, jest to pierwszy filtr kwarcowy toru odbiorczego, który ma

decydujący wpływ na parametry dynamiczne odbiornika i dlatego powinien

(z zasady) charakteryzować się znaczną selektywnością. Ponadto powinien

on być ulokowany jak najbliżej pierwszego mieszacza w torze pierwszej

częstotliwości pośredniej odbiornika. Bo tylko wtedy może prawidłowo

spełniać swoje zadanie: poprzez selektywność chronić tor odbiorczy przed

niepożądanymi sygnałami, usytuowanymi poza pasmem odsłuchiwanego

kanału radiowego. Niestety, nie zawsze konstruktorzy TRX na pasma ama-

torskie KF spełniają ten, zgłaszany od dwóch dziesięcioleci, postulat. W se-

rii dwóch artykułów pokażemy, jak krótkofalowiec z zacięciem konstruktor-

skim może poprawić to, co „spartaczył” producent TRX.

Wpływ Roofing Filter na parametry dynamiczne części odbiorczej FT-1000MP

Roofing Filter w FT-1000MP

Ogólny test transceivera

Yaesu FT-1000MP został

zaprezentowany

w ŚR 7/04.

28

TEST

Transceivery KF

Świat Radio Październik 2005

ków pierwszego typu, są to prze-

ważnie filtry środkowoprzepusto-

we na pasma amatorskie i tłumiące

sygnały niepożądane spoza pasm

amatorskich. W odbiornikach dru-

giego typu realizowana jest zasada

ciągłego pokrycia, od fal długich

aż do fal krótkich. Dlatego zamiast

filtrów przepuszczających tylko sy-

gnały z bezpośredniego sąsiedztwa

odsłuchiwanego kanału radiowego,

stosowane są bardzo szerokie filtry

przepuszczające pasmo o szerokości

wielu MHz. Przez tak szerokie filtry

przedostają się nie tylko sygnały

z pasm amatorskich (te pożądane),

ale także bardzo silne sygnały z pasm

radiofonicznych i komercyjnych

(wysoce niepożądane podczas od-

bioru w pasmach amatorskich). TRX,

posiadające układy ATU, częściowo

naprawiają ten błąd. Najnowsze

modele są wyposażane w preselek-

tor na wejściu odbiorczym. Na ogół

jest to sytuacja zdecydowanie mniej

korzystna aniżeli w odbiornikach

pierwszego typu.

Zdolność odbiornika do pracy

w obecności bardzo silnych sygna-

łów zależy w istotnym stopniu od

zastosowanego układu pierwszego

mieszacza częstotliwości oraz od se-

lektywności uzyskiwanej w pierw-

szym filtrze kwarcowym (Roofing

Filter) w torze pierwszej częstotli-

wości pośredniej odbiornika.

Stosowane rozwiązania układo-

we mają swoje ograniczenia i po

przekroczeniu pewnych poziomów

granicznych na wejściu antenowym

w każdym odbiorniku wystąpi in-

termodulacja: tzn. odbiornik za-

cznie „odbierać” sygnały, które po-

wstały w nim samym, wskutek pro-

cesów nieliniowych. Intermodulację

zaczynamy odczuwać, gdy poziom

produktów intermodulacyjnych za-

czyna przekraczać poziom szumów

własnych toru odbiorczego.

Najbardziej dokuczliwe są efekty

blokowania odbiornika pojedyn-

czym bardzo silnym sygnałem, le-

żącym poza kanałem aktualnie od-

bieranym (parametr BDR), a w na-

stępnej kolejności intermodulacja

trzeciego rzędu, spowodowana

obecnością dwóch silnych sygna-

łów usytuowanych w odpowiedniej

relacji częstotliwościowej względem

odsłuchiwanego kanału radiowego

(parametr IMD DR3).

Dla intermodulacji trzeciego rzę-

du w torach odbiorczych rozróżnia-

my dwie sytuacje:



gdy oba sygnały wywołujące in-

termodulację mieszczą się w pa-

śmie przepuszczanym przez

pierwszy filtr kwarcowy,



gdy odstęp częstotliwości po-

między dwoma sygnałami wy-

wołującymi intermodulację jest

na tyle duży, że nie mieszczą się

one jednocześnie w paśmie prze-

puszczanym przez pierwszy filtr

kwarcowy.

Dla najlepszych odbiorników

z szerokim Roofing Filter (12 do

20kHz) parametr IMD DR3 osiąga

wartości rzędu 95dB do 105dB, przy

odstępie sygnałów wywołujących

intermodulację równym 20kHz

(i większym). Odbiorniki średniej

i niższej klasy mają niższą wartość

tego parametru. Jeśli odstęp pomię-

dzy sygnałami wywołującymi inter-

modulację trzeciego rzędu jest mały

i oba sygnały mieszczą się w paśmie

przepuszczania pierwszego filtra

kwarcowego w torze pierwszej czę-

stotliwości pośredniej, to procesy

intermodulacyjne będą zachodzić

nie tylko w pierwszym mieszaczu,

ale także będą powstawać w dru-

gim mieszaczu częstotliwości po-

średniej. Wówczas wypadkowy pa-

rametr IMD DR3 dla całego toru od-

biorczego spada do wartości tylko

60dB - 70dB. To, jak szybko nastąpi

ten spadek, zależy w dużej mierze

od szerokości pasma przepuszcza-

nego przez pierwszy filtr kwarcowy

w torze pierwszej częstotliwości

pośredniej odbiornika.

Aby te ogólne rozważania nieco

przybliżyć, rozważmy przykład licz-

bowy. Załóżmy, że mamy odbiornik

charakteryzujący się parametrem

IMD DR3 = 100dB oraz poziomem

szumów własnych -135dBm. Jeśli

jeden sygnał wywołujący intermo-

dulację jest oddalony o 20kHz od

odsłuchiwanego kanału, a drugi

jest oddalony o 40kHz, to produkt

intermodulacyjny trzeciego rzę-

du, powstający w odsłuchiwanym

kanale radiowym, pojawi się wów-

czas, gdy oba sygnały (powodujące

powstanie intermodulacji w tym

odbiorniku) będą miały poziom:

100dB -135dBm = -35dBm. Zgodnie

ze standardem przyjętym w pa-

smach amatorskich KF, poziom S9

odpowiada sygnałowi na wejściu

antenowym = -73dBm. Zatem, pro-

dukt intermodulacyjny w takim

odbiorniku będzie słyszany dopiero

dla sygnałów z poziomem 38dB

powyżej S9 {-73dBm – (-35dBm)

= 38dB}. Sygnały słabsze nie wy-

wołają zauważalnego efektu inter-

modulacji trzeciego rzędu. Byłby

to odbiornik bardzo odporny na

intermodulację.

Analiza odbiornika FT-1000MP

Rozważmy teraz bardziej przy-

ziemny przykład, biorąc pod uwagę

popularny w Polsce TRX typu FT-

-1000MP. Załóżmy, że przy szero-

kości pasma przenoszonego przez

pierwszy filtr kwarcowy = 12kHz

parametr IMD DR3 wynosi 70dB.

Załóżmy dalej, że mamy dwa sy-

gnały odległe tylko o 3kHz i o po-

ziomie mogącym wywołać intermo-

dulację. Od jakiego poziomu efekt

intermodulacji będzie zauważalny

w tym odbiorniku? 70dB -135dBm

= -65dBm, czyli już dla sygnałów

o poziomach S9 +8dB i silniejszych.

Podczas pracy w zawodach krótko-

falarskich oraz polowania na DX-y

jest duże prawdopodobieństwo, że

dwa sygnały tak silne, lub jeszcze

silniejsze, a odległe o 3kHz, mogą

pojawić się w paśmie przepuszcza-

nym przez pierwszy filtr kwarcowy

toru pierwszej częstotliwości po-

średniej odbiornika.

Z powyższych wywodów można

wyciągnąć dwa oczywiste wnioski:



przy szerokim odstępie sygnałów

mogących wywołać intermodu-

lację o odporności odbiornika na

intermodulację decydują tylko

rozwiązania układowe zastoso-

wane w torze odbiorczym, poczy-

nając od wejścia antenowego do

pierwszego mieszacza włącznie,

Dodatkowe filtry InRad IF

Roofing Filter

Zdolność odbiornika do pracy w obecności bardzo silnych sygnałów

zależy w istotnym stopniu od zastosowanego układu pierwszego miesza-

cza częstotliwości oraz od selektywności uzyskiwanej w pierwszym filtrze

kwarcowym w torze pierwszej częstotliwości pośredniej odbiornika.

29

Świat Radio Październik 2005



przy wąskim odstępie sygnałów

mogących wywołać intermodu-

lację odporność odbiornika na

intermodulację jest uwarunko-

wana szerokością pasma prze-

puszczanego przez pierwszy filtr

kwarcowy.

Konkluzja: powinniśmy stoso-

wać Roofing Filter adekwatny do

odbieranej emisji.

Przy wąskim odstępie sygnałów

mogących wywołać intermodulację

i filtrze o szerokości pasma 12kHz,

maksymalny odstęp częstotliwości

sygnałów mogących wywołać inter-

modulację trzeciego rzędu wynosi

3kHz. Gdyby udało się zmniejszyć

szerokość pasma przepuszczane-

go przez Roofing Filter z 12kHz

(przypadek FT-1000MP) do 4kHz, to

maksymalny odstęp częstotliwości

sygnałów mogących wywołać inter-

modulację zmalałby do tylko 1kHz

(jest to szerokość pasma przepusz-

czanego przez filtr podzielona przez

4). Prawdy te były znane od kilku-

nastu lat (pisałem o tym w polskiej

i amerykańskiej prasie krótkofalar-

skiej). Już pod koniec XX wieku nie-

które instytuty naukowe w krajach

byłego ZSSR oraz niektóre firmy na

Zachodzie oferowały filtry kwar-

cowe do pierwszej częstotliwości

pośredniej w zakresie 45 do 75MHz,

z pasmem przepuszczania rzędu 3-

-4kHz. Ze względu na produkcję na

konkretne zamówienia jednostkowe,

filtry te były bardzo drogie. Ponadto

mało kto wiedział o możliwości ta-

kiej modernizacji. Dopiero początek

XXI wieku przyniósł rozwiązania

bardziej przystępne cenowo.

Roofing Filter z pasmem prze-

puszczania 4kHz jest w miarę dobry

dla emisji SSB. A co z emisją CW?

Gdyby udało się zbudować Roofing

Filter z pasmem przepuszczania

tylko 250Hz, to już sygnały odległe

o 62Hz od odsłuchiwanego kana-

łu radiowego nie powodowałyby

intermodulacji. Byłoby to rozwią-

zanie bardzo dobre dla krótkofa-

lowców polujących na DX-y, ale dla

krótkofalowców biorących udział

w zawodach krótkofalarskich byłby

to filtr zbyt wąski. Zdaniem specja-

listów z firmy INRAD, kompromi-

sem dla obu ww. grup powinien

być filtr z pasmem przepuszczania

rzędu 400Hz. Za szerszym pasmem

pierwszego filtra przemawiają także

mniejsze straty sygnału w paśmie

przenoszonym przez filtr kwarco-

wy (straty te rosną szybko wraz ze

zmniejszaniem szerokości pasma

przenoszonego przez filtr kwarco-

wy). Z dwóch konfiguracji filtrów

kwarcowych, firma INRAD zdecy-

dowała się na wersję 4-kwarcową,

ze względu na mniejsze straty wno-

szone dla sygnałów przepuszcza-

nych przez taki Roofing Filter. Filtry

8-kwarcowe dla emisji CW wyma-

gałyby dodatkowego wzmacniacza,

co pogorszyłoby własności dyna-

miczne toru odbiorczego (a chodzi

nam przecież o to, aby je poprawić).

Dla szerszego pasma zajmowanego

przez emisję SSB adekwatne będą

filtry 8- lub 10-kwarcowe.

Poczynając od roku 2004, ame-

rykańska firma INRAD oferuje mo-

dernizację TRX typu FT-1000MP

(i innych modeli TRX serii FT-1000)

po cenach przystępnych dla szer-

szego grona krótkofalowców. Firma

INRAD wykorzystuje dobrej ja-

kości filtry kwarcowe na częstotli-

wość centralną 70,445MHz oraz na

pierwsze częstotliwości pośrednie

stosowane w innych TRX.

Jak pokazały pomiary w reno-

mowanym laboratorium, po za-

stosowaniu modernizacji INRAD

uzyskano znaczną poprawę para-

metrów dynamicznych toru od-

biorczego zmodernizowanego FT-

-1000MP. Prezentacja parametrów

dynamicznych w

tabeli 1.

Z danych pomiarowych widać,

że oba podstawowe parametry dy-

namiczne dla bliskiego odstępu sy-

gnałów przeszkadzających (o 5kHz)

uległy znacznej poprawie po in-

stalacji węższego Roofing Filter.

Zapewne bardziej poglądowa jest

ilustracja graficzna selektywności

toru odbiorczego pierwszej czę-

stotliwości pośredniej FT-1000MP,

przed i po wymianie Roofing Filter.

Przedstawia to

rysunek 1.

Szersza krzywa dotyczy selek-

tywności toru odbiorczego pierw-

szej częstotliwości pośredniej przed

modernizacją, a węższa odzwier-

ciedla stan po wykonaniu moder-

nizacji INRAD. Z wykresu widać,

że modernizacja będzie skutkować

znacznie mniejszymi zakłóceniami

intermodulacyjnymi dla sygnałów

odległych o 2 do 10kHz od aktualnie

odsłuchiwanego kanału radiowe-

go. Modernizacja INRAD zwiększa

przydatność części odbiorczej FT-

-1000MP na zatłoczonych pasmach

amatorskich KF. Co prawda 4kHz

Roofing Filter pogorszy nieco jakość

odbioru przez odbiornik główny

FT-1000MP stacji radiofonicznych

nadających emisją AM. Z tym że do

odbioru „nietypowych“ dla krót-

kofalowców emisji nadal można

wykorzystywać drugi (pomocniczy)

odbiornik w FT-1000MP, który nie

podlega tej modernizacji.

Podsumowanie

Modernizacja Roofing Filter prze-

suwa część odbiorczą FT-1000MP, FT-

-1000MP MARK V oraz FT-1000MP

Mk Field do odbiorników najwyż-

szej klasy na pasma amatorskie KF

(osiągi zbliżone do K2, Orion oraz

IC-7800), przyczyniając się do zna-

czącego zredukowania poziomu

produktów intermodulacyjnych 3.

rzędu. Taka modernizacja jest nie-

porównanie tańsza aniżeli wymiana

TRX na np. reklamowany ostatnio

IC-7800 (jest on wyposażony w za-

łączany na żądanie węższy Roofing

Filter = 6kHz).

I ostatnia konkluzja: z powyż-

szego wynika oczywista przewaga

koncepcji odbiornika z pierwszą czę-

stotliwością pośrednią w zakresie

4-10MHz nad koncepcją „przemiany

w górę“. To, co ambitny krótkofa-

lowiec musi poprawiać po produ-

cencie TRX w układzie przemiany

w górę, w odbiornikach pierwszego

typu jest już zainstalowane na star-

cie. Ewentualne doposażenie polega

na wymianie standardowych filtrów

kwarcowych producenta na filtry

o znacznie lepszych parametrach

(oferowane np. przez INRAD).

SP7HT i SQ7FI

FT-1000MP

BDR (dB)

Zakres dynamiczny

przy odstępie 5kHz

IMD DR3 (dB)

Odporność na intermodulację

trzeciego rzędu przy odstępie

5kHz

BDR (dB)

Zakres dynamiczny przy

odstępie 20kHz

IMD DR3 (dB)

Odporność na intermodu-

lację trzeciego rzędu przy

odstępie 20kHz

Przed

modernizacją

119

83

142 (Off)

137 (Flat)

96,7

93,5

Po

modernizacji

130

89

146

93

Tab. 1. Parametry toru odbiorczego FT-1000MP przed i po wymianie Roofing Filter

Rys. 1. Selektywność toru odbiorczego pierwszej częstotliwości
pośredniej FT-1000MP przed i po wymianie Roofing Filter na węższy

Źródło:
www.qth.com/inrad/
Fotografie dotyczą

modernizacji wykonanej

przez HK3AK/VE2ZH

w odniesieniu do

FT-1000MP MK V Field

W następnym artykule

będzie opisana kom-

pleksowa modernizacja

wejścia odbiorczego

FT-1000MP Mark V,

wykonana przez KG6TED

(były SP8BJI i SP7BJI).