Рассмотрим, что за устройство называют фильтром, и какие параметры фильтра интересны для радиолюбителя прежде всего. Фильтр это
четырехполюсник (то есть, устройство, имеющее два входных вывода и два выходных), служащий для селекции сигналов по частоте, и пропускающий в свою нагрузку лишь ту часть спектра, которая находится в пределах области его прозрачности.
Характеристическое сопротивление фильтра.В предыдущем параграфе было рассмотрено, как можно практически снять и построить АЧХ фильтра. Однако, фильтр имеет еще два важных параметра, которые не отображены на амплитудно - частотных характеристиках, показанных на рис.1, но о которых необходимо помнить при работе с фильтрами. Это входное и выходное характеристическое сопротивление фильтра, обозначаемое как Zвх и Zвых. Эти сопротивления должно быть равны соответственно сопротивлению генератора, к которому подключен фильтр, и сопротивлению нагрузки, на которую нагружен фильтр. Если между фильтром, передатчиком и нагрузкой используется линия передачи (например, коаксиальный кабель), то волновое сопротивление линии передачи должно быть согласовано с характеристическим сопротивлением фильтра и сопротивлением нагрузки. При неравенстве характеристического входного и выходного сопротивления фильтра сопротивлению генератора и нагрузки, в тракте, где включен фильтр, возникают отражения сигналов от этого фильтра.
Радиолюбители, как правило, имеет дело с фильтрами, в которых входное и выходное характеристические сопротивления одинаковы. В этом случае говорят просто о характеристическом сопротивлении фильтра. На практике это означает, что фильтр имеющий, например, характеристическое сопротивление 50 Ом, предназначен для того, чтобы он был подключен на выход передатчика, рассчитанного на работу с нагрузкой 50 Ом, и что к этому фильтру будет подключен коаксиальный кабель волновым сопротивлением 50 Ом, к которому будет подключена антенна входным сопротивлением 50 Ом.
Однако, есть специальные трансформирующие фильтры, имеющие разное характеристическое сопротивление по входу и выходу. Задача этих фильтров не только осуществить фильтрацию сигнала передатчика, но и обеспечить трансформацию сопротивлений, например, сопротивления фидера 50-0м, в который включен трансформирующий фильтр, в сопротивление антенны, равное, например, 75-Ом (диполь) или 240-0м (петлевой вибратор). Специальные трансформирующие фильтры практически не применяются в радиолюбительской практике (мы не будем относить согласующие устройства, имеющие все признаки трансформирующего фильтра, и широко используемые радиолюбителями в своей работе в эфире, к этой категории фильтров), и по этой причине в этой статье мы на них останавливаться не будем. Рис.3 показывает обычное подключение фильтра нижних частот, имеющего входное и выходное характеристическое сопротивление равное волновому сопротивлению коаксиального кабеля в любительских условиях.
Рисунок 3
Остановимся более подробно на работе схемы, показанной на рис.3. Итак, что покажет КСВ - метр №1, включенный на выходе передатчика? Теоретически, при равенстве характеристического сопротивления фильтра волновому сопротивлению коаксиального кабеля и согласованной антенне этот КСВ метр должен показывать значение КСВ равное 1:1. Однако, на практике, этот КСВ метр обычно показывает значение КСВ большее, чем 1:1, в нашем примере на рис. 15.3 показано значение КСВ равное 1,5:1. А вот КСВ - метр №2 на практике обычно показывает значение КСВ равное 1:1, конечно, если входное сопротивление антенны согласовано с волновым сопротивлением линии передачи и характеристическим сопротивлением фильтра. Почему же это так происходит?
Дело в том, что практически невозможно выполнить фильтр, будь то фильтр нижних или верхних частот или полосовой фильтр, имеющий характеристическое сопротивление, согласованное с волновым сопротивлением линии передачи во всем диапазоне радиочастот, от нуля герц до десятков гигагерц. Как правило, производят согласование характеристического сопротивление фильтра с волновым сопротивлением коаксиального кабеля только в полосе прозрачности фильтра. Об этом, обычно оговаривается в техническом описании на фильтр, а если такого упоминания нет, то это подразумевается по умолчанию.
Следовательно, для высокочастотных гармоник передатчика, которые поступают на вход фильтра нижних частот, и которые должен подавить фильтр, характеристическое сопротивление фильтра не будет равно волновому сопротивлению линии передачи. Следовательно, произойдет отражение высокочастотных гармоник от входа фильтра на выход передатчика, и КСВ - метр № 1 покажет некоторое значение КСВ этих гармоник, существующее в отрезке коаксиального кабеля соединяющего передатчик и фильтр.
Обратите внимание на то, что показания КСВ метра № 1 будут носить качественный характер, который не отражает истинного значения КСВ в коаксиальном кабеле. Это происходит по следующим причинам. Во первых, на этот КСВ - метр будет действовать суммарное напряжение всех высокочастотных гармоник, отразившихся от фильтра. Во вторых, радиолюбителями для измерения КСВ, как правило, используются КСВ - метры отражательного типа, которые имеют высокую чувствительность на высоких частотах.
Например, если к КСВ- метру отражательного типа для измерения значений КСВ в антенно-фидерном тракте на частотах диапазона 160 метров необходимо подвести 100 ватт, то уже на диапазоне 144-М Гц для проведения подобных измерений хватит и 1 ватта. Так что, даже высшие гармоники небольшой мощности, присутствующие в фидере, могут вызвать значительное отклонение стрелки КСВ -метра № 1. Этим и вызвано то, что КСВ - метр № 1 может показывать большое значение КСВ.
А вот КСВ - метр № 2 обычно уже показывает значение КСВ в фидере равное 1:1. Действительно, практически всегда радиолюбителями используется согласованная антенна, входное сопротивление которой согласовано с волновым сопротивлением коаксиального кабеля. На эту антенну подается очищенное фильтром высокочастотное напряжение, не содержащее в своем составе высших гармоник.Поэтому, КСВ-метр №2 показывает значение КСВ в этом участке фидера равное 1:1.
Итак, используя схему, приведенную на рис.3, можно качественно судить о том, создает ли высшие гармоники его передатчик, и давятся ли эти гармоники фильтром. Чем выше значение КСВ, показываемое КСВ - метром № 1, тем больше гармоник производит передатчик, а показания КСВ - метра № 2 равные 1:1 говорят о том, что фильтр нижних частот, установленный в фидер между передатчиком и антенной, эффективно подавил эти гармоники.
