В даний час англійський термін «Roofing-filter» часто вживається в описах сучасних трансиверів на аматорські діапазони. Але що він означає?
Так ось, мова йде про перший кварцовому фільтрі приймального тракту. Параметри цього фільтра мають вирішальний вплив на динамічні параметри приймача, тому Roofing-фільтр повинен бути розташований якомога ближче до першого змішувача в тракті першої проміжної частоти приймача. Тільки тоді цей фільтр може правильно виконувати свою функцію - за рахунок високої селективності охороняти приймальний тракт від попадання небажаних сигналів, які перебувають за смугою використовуваного радіоканалу.
На жаль, не завжди конструктори трансиверів на аматорські діапазони дотримуються цього постулату. Виключаючи нечисленні унікальні рішення, можна стверджувати, що зазвичай зустрічається два типи аматорських трансиверів. Перший - це апарати, розраховані тільки на аматорські КВ-діапазони. Перша проміжна частота в них зазвичай становить від 4 до 10 МГц. Другий тип характеризується тим, що перша проміжна частота вибирається в області частот вище 30 МГц. Це так зване «перетворення вгору» (по-англійськи - Up Conversion).
З промислових пристроїв представниками першого типу трансиверів є випускаються двома американськими виробниками Elecraft (К1 і К2) і Ten-Tec (Orion і Omni). Японські виробники (Icom, Kenwood і Yaesu) в випускаються трансиверах використовують «перетворення вгору». На жаль, наш світ недосконалий, і кожен із зазначених способів побудови приймального тракту має певні переваги і недоліки.
Для трансиверів першого типу технологія виготовлення кварцових фільтрів в діапазоні від 4 до 10 МГц дуже добре відпрацьована, що забезпечує дуже високу селективність приймача при використанні першого кварцового фільтру. Для основних видів випромінювання, що застосовуються коротковолновікамі (CW і SSB), можна використовувати многокварцевие фільтри, смуга пропускання яких адаптована для обох видів випромінювання. Ці фільтри мають «гладку» частотну характеристику в смузі пропускання фільтра і високе придушення сигналів, що лежать поза смуги пропускання. Виробники оснащують випускаються трансивери кварцовими фільтрами з параметрами, які задовольняють потреби середнього користувача. Короткохвильовики, які віддають перевагу роботу в контестах, а також «мисливці за DX», щоб задовольнити високі запити до селективності приймача, використовують значно кращі кварцові фільтри, придбані, наприклад, в американській фірмі INRAD, заснованої коротковолновікамі і орієнтованої на потреби коротковолновіков. Ці спеціальні кварцові фільтри забезпечують значно кращі параметри, якщо мова йде про селективності, а це основна перевага трансиверів, сконструйованих тільки на аматорські діапазони.
Другий тип трансиверів має першу проміжну частоту від 45 до 75 МГц. У приймальному тракті на цій ПЧ використовуються дуже прості кварцові фільтри в дискретному або монолітному виконанні. Параметри цих фільтрів далеко не адекватні потребам коротковолновіков, «полюють за DX» або вважають за краще роботу в контестах. До недавнього часу (до випуску трансивера IC-7800) ширина смуги пропускання цих фільтрів становила від 10 до 20 кГц. Це занадто широка смуга для двох найбільш популярних видів випромінювання (SSB і CW), які використовуються коротковолновікамі. У такій широкій смузі вміщується не тільки сигнал радіостанції, яку хотілося б в даний момент приймати, але і кілька інших SSB-сигналів і, зрозуміло, кілька десятків CW-сигналів. Це відомі недоліки трансиверів з великим перекриттям по частоті (від довгих хвиль до верхніх меж KB).
Практично всі приймачі мають на вході будь-які селективні LC-фільтри. У приймачах першого типу це, як правило, смугові фільтри на аматорські діапазони, що пригнічують сигнали, що знаходяться поза цими діапазонів. У приймачах другого типу реалізований принцип безперервного перекриття по частоті - від довгих до коротких хвиль. Для цього замість смугових фільтрів використовуються широкосмугові фільтри з пропускною здатністю в кілька мегагерц. Через такі фільтри проходять не тільки сигнали, що знаходяться в аматорських діапазонах, але і дуже сильні сигнали з радіомовних і комерційних діапазонів (зовсім небажані під час роботи на аматорських діапазонах). Іноді нові моделі трансиверів забезпечуються вузькосмуговим преселектором, який встановлюється на вході приймача.
Дана система може ефективно працювати в умовах дуже сильних сигналів залежить в основному від типу використовуваного першого змішувача і від селективності, забезпечується першим кварцовим фільтром (Roofing-фільтром) в тракті першої проміжної частоти. Застосовувані в даний час схемотехнічні рішення мають свої обмеження, і при перевищенні деякого граничного рівня вхідних сигналів на антенний вхід в будь-якому приймачі виникає інтермодуляція, яка виражається в тому, що на виході приймача з'являються сигнали, які виникли в ньому самому через нелінійних процесів. Інтермодуляції починає відчуватися, коли рівень інтермодуляционних продуктів перевищує рівень власних шумів приймального тракт.
Найбільш неприємні ефект блокування приймача дуже сильним одиночним сигналом, що лежить поза прийнятого каналу (BDR), і інтермодуляція третього порядку, викликана сусідством двох сильних сигналів, рознесених по частоті в смузі прослуховується радіоканалу (IMD DR3).
При виникненні інтермодуляції третього порядку в прийомних трактах розрізняються дві ситуації:
- коли два сигналу, що викликають интермодуляцию, знаходяться в межах смуги пропускання першого кварцового фільтру;
- коли різниця частот між двома сигналами, що викликають интермодуляцию, так велика, що вони не вміщаються одночасно в смузі пропускання першого кварцового фільтру.
Для кращих приймачів з «широким» Roofing-фільтром (12 ... 20 кГц) IMD DR3 досягає 95 - 105 дБ при розносі сигналів, що викликають интермодуляцию, 20 кГц і більше. Приймачі середнього і нижчого класу мають більш низьку селективність по інтермодуляції. Якщо різниця по частоті між сигналами, що викликають интермодуляцию третього порядку, мала, і обидва сигналу знаходяться в смузі пропускання першого кварцового фільтру, то інтермодуляційні процеси будуть відбуватися не тільки в першому змішувачі, але і в другому. В цьому випадку IMDDR3 для приймального тракту може знизитися до 60 - 70 дБ. Як швидко це станеться, у великій мірі залежить від ширини смуги пропускання першого кварцового фільтру.
Оскільки ці загальні міркування дуже приблизні, наведемо чисельний приклад. Припустимо, що є приймач з IMD DR3 = 100 дБ і рівнем власних шумів -135 дБм. Якщо один сигнал, що викликає интермодуляцию, відстоїть на 20 кГц від прослуховується каналу, а другий видалений на 40 кГц, то інтермодуляционную продукт третього порядку з'являється тоді, коли обидва сигналу, що призводять до інтермодуляції в цьому приймачі, матимуть рівень 100 -135 = -35 дБм. Відповідно до прийнятих в КВ-радіолю- бітельстве нормами, величина показань S-метра, що дорівнює 9 балів (S9), відповідає рівню сигналу на антенний вхід -73 дБм. Отже. інтермодуляционную продукт в такому приймачі буде прослуховуватися тільки для сигналів з рівнем на 38 дБ вище S9: (73 - 35 = 38 дБ). Більш слабкі сигнали не викликають помітного прояву інтермодуляції третього порядку.
А зараз розглянемо більш приземлений приклад, маючи на увазі популярний трансивер FT-1000MP. Припустимо, що при ширині смуги пропускання першого кварцового фільтру 12 кГц IMD DR3 становить 70 дБ. Припустимо далі, що є два сигнали, віддалені тільки на 3 кГц, і з рівнями, які можуть викликати интермодуляцию. При якому рівні явище інтермодуляції буде помітно в цьому приймачі? Отже, 70-135 = -65 дБм, тобто для сигналів з рівнями від S9 + 8 дБ і більше. Очевидно, що під час роботи в контестах і «полювання за DX-ами» існує дуже велика ймовірність того, що два сигнали такої сили, або ще сильніше, віддалені на 3 кГц, можуть з'явитися в смузі пропускання першого кварцового фільтру тракту.
З наведених вище міркувань можна зробити два очевидних висновки:
- при великому частотному розносі сигналів, які можуть викликати интермодуляцию, стійкість приймача до інтермодуляції залежить тільки від схемотехнічного рішення приймального тракту, починаючи від антенного входу і до першого змішувача;
- при використанні фільтра з шириною смуги пропускання 12 кГц і малому частотному розносі сигналів максимальний рознос за частотою сигналів, які можуть викликати интермодуляцию третього порядку, становить 3 кГц.
Якщо зменшити ширину смуги пропускання Roofing-фільтра з 12 кГц (як в FT-1000MP) до 4 кГц, то сигнали, віддалені всього на 1 кГц від прослуховується частоти, вже не викликали б явище інтермодуляції. Цей факт відомий вже багато років, і в кінці XX століття деякі наукові інститути в країнах колишнього СРСР і деякі фірми на Заході виробляли кварцові фільтри на частоти від 45 до 75 МГц з пропускною здатністю 3 ... 4 кГц, але це була одинична, дуже дорога продукція . Лише початок XXI принесло рішення за прийнятними цінами.
Roofing-фільтр з смугою пропускання 4 кГц хороший для SSB. А для CW? Якби вдалося побудувати Roofing- фільтр з смугою пропускання 250 Гц, то сигнали, віддалені всього на 62 Гц від прослуховується частоти, не викликали б интермодуляцию Це було б дуже гарне рішення для «мисливців за DX», але для контестменов такий фільтр занадто вузьке. За пропозицією фахівців фірми INRAD, компромісом для обох вищезгаданих груп коротковолновіков повинен бути фільтр з смугою пропускання близько 400 Гц. Більш широка смуга пропускання першого фільтра передбачає також менші втрати сигналу, що проходить через кварцовий фільтр (ці втрати швидко ростуть зі зменшенням смуги пропускання фільтра). З двох конфігурацій кварцових фільтрів фірма INRAD зупинилася на 4-кварцовою версії, що має менші вносяться втрати в смузі пропускання фільтра. 8-квар- цевие фільтри для CW зажадали б додаткового підсилювача, що погіршило б динамічні властивості приймального тракту.
Як показали лабораторні вимірювання, відзначено значне поліпшення динамічних параметрів приймального тракту модернізованого трансивера FT-1000MP. З порівняльних даних видно, що обидва основні динамічних параметра для близько розташованих заважають сигналів (рознесених на 5 кГц) значно покращилися після установки вузького Roofing-фільтра. Безумовно, більш наочна графічна ілюстрація поліпшення селективності приймального тракту першої проміжної частоти FT-1000MP до і після установки Roofing-фільтра. АЧХ з широкою смугою пропускання характеризує приймальний тракт по першій проміжній частоті перед установкою вузького Roofing-фільтра, а «вузька» АЧХ - після модернізації установки фільтра INRAD. З графіка видно, що модернізація трансивера призведе до значного зменшення інтермодуляционних перешкод для сигналів, віддалених на 2 ... 10 кГц від робочої частоти. Модернізація корисна для приймального тракту в перевантажених аматорських КВ-діапазонах. Правда, 4-кілогерцевий Roofing-фільтр кілька погіршив якість прийому радіомовних АМ-станцій на основний приймач трансивера FT-1000MP. Однак для прийому «нетипових» для коротковолновіков сигналів можна використовувати другий (допоміжний) приймач в FT-1000MP, який не модернізується при установці вузько смугового Roofing-фільр.
І останнє зауваження. З вищевикладеного випливає очевидна перевага концепції приймача з першої проміжної частотою в межах 4 ... 10 МГц над концепцією «перетворення вгору». Те, що амбітний коротковолновік хоче поліпшити в трансивері з перетворенням вгору, в приймачах першого типу реалізовано спочатку.