Eksperyment polegał na zastosowaniu do budowy filtra standardowego profila aluminiowego i sprawdzeniu odchyłki parametrów w stosunku do zakładanych wartości
ZAŁOŻENIA
Naszym celem było zbudowanie dobrego filtra pasmowego palcowego (Interdigital Bandpass Filter) na częstotliwość pracy sieci Meshtastic w paśmie ISM 868 MHz i przy użyciu dostępnych w handlu profili aluminiowych zamiast kosztownego frezowania komory.
PROJEKT
Korzystając z kalkulatora na stronie www.changpuak.ch/electronics/interdigital_bandpass_filter_designer.php obliczyliśmy wymiary filtra przy parametrach wejściowych:
– częstotliwość środkowa: 868 MHz
– pasmo przepustowe: 10 MHz
– ilość wibratorów: 3
– średnica wibratora: 8 mm
– szerokość wnęki filtra: 32 mm (zakładamy profil alu o szerokości zewnętrznej 40 mm i grubości ścianki 4 mm
Oto wyniki kalkulacji wymiarów i parametrów tłumienia:
Jak widać, wyliczona wnęka filtra powinna mieć długość 136,27 mm, szerokość 32 mm (to zadaliśmy sami) oraz wysokość 86,35 mm. Dostępny na rynku profil aluminiowy 100 x 40 x 4 mm, który postanowiliśmy zastosować, ma wysokość wnęki 92 mm czyli o blisko 6mm więcej. Czy przy takiej rozbieżności wymiarów filtr zachowa swoje parametry? Przekonajmy się sami.
BUDOWA FILTRA
Zakupiony profil został precyzyjnie przycięty i nawiercony na obrabiarce przez naszego klubowego kolegę Łukasza, który również wyciął dekle z blachy alu o grubości 5 mm. Gwintowanie otworów pod śruby nierdzewne dekli M2,5 wykonano ręcznie. Wibratory docięto nieco krótsze niż w projekcie ze względu na wprowadzenie regulowanej pojemności końcowej (śruby mosiężne M4 kontrowane nakrętkami). Wymiary wibratorów skrajnych przyjęto na 78,5 mm a wibratora środkowego na 78,00 mm. Pręty zostały nagwintowane u podstawy i wypolerowane. Skrajne wibratory mają odczepy zasilające na wysokości 3,8 mm. Na tym poziomie zostały wkręcone gniazda SMA.
STROJENIE I POMIARY FILTRA
Po zestrojeniu filtra na częstotliwość pracy sieci Meshtastic 869,5 MHz okazało się, że posiada on dokładnie takie parametry, jak pokazywał kalkulator. Tłumienie na środku pasma przenoszenia wyniosło 0,60 dB (szacowane 0,584 dB) a szerokość filtra nieco ponad 10 MHz. Z tego wynika, że trochę większy wymiar wnęki nie spowodował degradacji jego parametrów.
Filtr ma dobrą charakterystykę w paśmie zaporowym do około 1700 MHz.
Powyżej tej częstotliwości dają znać o sobie rezonanse wnęki i filtr słabiej tłumi niektóre częstotliwości.
Ze względu na zestrojenie filtra na najmniejsze tłumienie w środku pasma przenoszenia, tam też pojawia się najlepsze dopasowanie wejść (SWR 1,10 oraz 1,02).
BADANIE STABILNOŚCI TEMPERATUROWEJ
Ponieważ filtr docelowo ma pracować na wieży, zbadaliśmy również wpływ temperatury na jego parametry.
Pierwszy pomiar dokonano po jego ochłodzeniu w zamrażalniku do -17 stopni.
Charakterystyka filtra przesunęła się około 300 kHz w górę, przy czym tłumienie w środku pasma prawie nie uległo zmianie (0,59 dB).
Następnie rozgrzano filtr w piekarniku do około 65 stopni.
W tym przypadku filtr przesunął się około 700 kHz w dół a na częstotliwości 869,5 MHz tłumienie wzrosło do 0,74 dB.
Należy uznać, że zbudowany filtr zachowuje się stabilnie w zakresie temperatur, jakie mogą wystąpić w miejscu jego pracy.
Poniżej wszystkie trzy charakterystyki na jednym wykresie (czerwona +65 st, pomarańczowa +20 st, niebieska -17 st).
opracował: Mariusz SP9HSQ