Ajuste Duplexores

7/29/2019 Ajuste Duplexores

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DUPLEXERSPor Ramn Freire Donoso

CE3BWTINTRODUCCIN.

Con la pretensin de acercar un poco ms de conocimiento a los colegas, heescogido el tema de los Duplexer y desmitificar la poca informacin que se manejaal respecto por la mayora. He encontrado apropiado escribir este artculo, el cualest basado en una publicacin tcnica de la SEITS (south east Iowa technicalsociety). Es una traduccin libre y personal de dicha publicacin tcnica, que mepareci interesante.

LOS DUPLEXERSLos Duplexer y sus parientes los Diplexers (que no es lo mismo) sonelctricamente simples filtros. Los Duplexers nos permiten transmitir y recibir conla misma antena al mismo tiempo, rechazando seales no deseadas y en el casodel Diplexer alimentar con dos seales diferentes una misma antena.

Elctricamente un Duplexer es un dispositivo que usa circuitos resonantessintonizados muy angostos para aislar un transmisor de un receptor. Esto permiteque ambos operen con la misma antena. al mismo tiempo sin que laradiofrecuencia del transmisor afecte al receptor. Debo hacer notar que debeexistir una separacin de frecuencias que separe la de transmisin de la derecepcin. Esto se llama el split. En 2 metros las repetidoras que usamos tienenun split de 600 khz. En 70 CMS (UHF) el split es de 5 Mhz.

Los Diplexer son frecuente mal llamados Duplexers o mini-Duplexers. Laaplicacin ms comn de un Diplexer, es conectar un equipo dual-band que tengados salidas de antenas a un coaxial comn y a una antena. Otras veces puedeutilizarse dos antenas diferentes conectadas a travs de un Diplexer, al equipoque slo tiene un solo conector de antena.

Los Diplexers son completamente diferentes y mucho ms simples de construirque un Duplexer que es comnmente utilizado en una repetidora. Mientras que losDuplexers, usan pasa bandas muy angostos y notches (rechazo de banda), paraproducir su mgico resultado; un Diplexer es un simple filtro pasa altos y pasabajos conectados juntos.

TIPOS DE DUPLEXERS

Hay muchas formas diferentes de construir un Duplexer. Diseos de anillo hbrido,cavidad notch y bandpass / bandreject son ofrecidos comercialmente, dondecada diseo tiene sus ventajas. El anillo hbrido es raramente visto en uso por losradioaficionados. Se basa en una combinacin de cavidades y lneas deenfasamiento. El Handbook de la ARRL tiene una excelente explicacin de cmotrabajan (por si Ud. est interesado).


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Durante varios aos, el Handbook propuso planes para un Duplexer diseado conseis cavidades tipo notch.El Handbook tiene una excelente explicacin de la teora de ste diseo. Nuestro

colega WA0AUQ David Metz, lo construy y le funcion bien, aunque encontrque este diseo es extremadamente difcil de sintonizar, ruidoso y no muyestable.Dice David Metz: ---S, s que algunos se han construido pero ahora hay diseosmejores y ms fciles de sintonizar.-- Mi Duplexer favorito es el Wacom, que secompone de 4 cavidades Bandpass/Bandreject de 8 pulgadas de dimetro. Elnico problema es su precio (cercano a los US$ 900 en Estados Unidos, almomento de esta publicacin). Por medio del uso de cavidades de alto Q (factorde mrito) y un mejor diseo, Wacom fue capaz de conseguir el rendimiento de 6cavidades del tipo notch usando slo 4 cavidades.

DESCRIPCIN DEL DUPLEXER WACOM

Examinando este diseo, se ve que dos de las cavidades estn en serie con lasalida del transmisor (las de abajo de la Figura 1 donde dice to trans.) y otras dosen serie con la entrada del receptor(mostradas ms arriba donde dice to receiver).Las dos mitades se juntan con un conector tipo T, y ste conectado al coaxial a laantena. (ver la Figura 1). Los coaxiales de conexin son de de onda para lasfrecuencias.

Cada cavidad tiene dos funciones. Primero debe pasar la seal deseada (la partebandpass o pasa banda), segundo debe detener o atenuar lo ms posible la sealindeseada (con la parte band reject o rechazo de banda o Notch)

La figura 2 muestra la curva de respuesta ideal de una cavidad tpica detransmisor. Ntese que pasa casi toda la seal del transmisor que es 145.370 yque presenta un profundo rechazo (notch) a la frecuencia de recepcin. (ms de

30 decibeles de atenuacin) que est 600 khz. ms abajo.


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Las cavidades del receptor son exactamente iguales a las del transmisor exceptoque sus pasabanda estn sintonizados en 144.770 que es la frecuencia derecepcin. Su frecuencia de rechazo o Notch es la frecuencia del transmisor(145.370), de manera que las cavidades del transmisor mantienen a raya el anchoruido de la radiofrecuencia del trasmisor lejos del receptor y las cavidades delreceptor mantienen atenuada la potencia de radiofrecuencia del transmisor paraque no afecte la sensitividad del receptor. (si no se pone sorda la repetidora).

Ntese en este punto que los transmisores no concentran toda la potenciasolamente en la frecuencia seleccionada sino que desparraman ruido blanco en unrango considerable a ambos lados de la frecuencia central (que se escucha comoun hiss). Si su transmisor transmite excesivo ruido blanco puede que no lo puedarechazar del todo. (estos casos son raros). Algunos transmisores irradian menosruido blanco que otros. Unos pocos transmisores antiguos producan tanto ruidoque ellos no podan ser usados en repetidores.

FUNCIONAMIENTO

Cmo hacen esta magia aparente de permitir que Ud. transmita y reciba al mismotiempo?Sorprendentemente, una cavidad duplexora se compone simplemente de doscircuitos resonantes sintonizados cuidadosamente, elctricamente son muysimples. Un circuito sintonizado es el pasabanda y el otro es para la parte delrechazo. Eso es todo lo que es. Dos cavidades son usadas en serie simplementepara obtener mayor aislacin entre el transmisor y el receptor. Una sola cavidadno es suficiente. La complejidad de los Duplexores est en el diseo mecnicorequerido. Para hacer las cosas ms simples, analicemos slo una cavidad, dadoque son todas iguales. Una cavidad es simplemente un circuito sintonizado.


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Observe la Figura mostrada ms arriba.. El cuerpo de la cavidad y su lneasintonizada interior forman el circuito paralelo sintonizado compuesto por L1 y C1.El acoplamiento de la radiofrecuencia dentro de la cavidad es efectuado por L2 yC2.

Ahora, porqu hay que usar una cavidad tan grande cuando una bobina y uncapacitor para un circuito sintonizado de 2 metros puede hacerse muy pequeo?La respuesta est en la calidad del circuito sintonizado, es decir su Q o factor demrito. Nuestra pequea bobina y el capacitor tienen un pequeo Q, muy alejado

de lo requerido para un Duplexer., esto significa que no puede ser sintonizado losuficientemente angosto, su bandpass mximo ser muy ancho y tambin surechazo. Ahora bien, una cosa interesante ocurre cuando hacemos el dimetro dela bobina ms grande y reducimos sus vueltas.

Cuando aumentamos el valor del capacitor C1, de manera que an sintonice a lamisma frecuencia el Q aumenta y la sintona es ms filosa. Si continuamos esteproceso nuestra bobina llega a ser una lnea de de onda sintonizada. Elcapacitor es reemplazado por un gran tanque metlico (la cavidad).Mientras msgrande la lnea sintonizada y la cavidad, es ms alto el Q. Una cavidad de 8pulgadas de dimetro, tiene un Q ms alto que una de 3 pulgadas y trabajar

mejor.

En la Figura N4, nuestro circuito sintonizado se transform en una cavidad de 25pulgadas de largo y unas 8 pulgadas de dimetro. La lnea sintonizada es un tubode cobre de 1 3/8 de dimetro que puede ser variado en su largo entre 18 y 23pulgadas. Variando la longitud de este tubo (a menudo llamado mbolo), se lograque la cavidad resuene en la frecuencia del bandpass. Son dos tubos de cobreuno dentro del otro. El tubo interior esta sujeto por un tornillo largo que al moverlodesde arriba (la perilla de ajuste) es capaz de entrar y /o salir .Es como un gammamatch con un dielctrico de bronce. An tenemos que acoplar la energa deradiofrecuencia dentro de nuestra cavidad. La radiofrecuencia entra por un

conector (rf connection en la figura 4). L2 es nuestro loop de alambre de cobre olmina que cae hacia abajo dentro de la cavidad desde la parte de arriba dando


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una pequea vuelta.(rf coupling loop) El tamao o el loop y su posicin determinala cantidad de acoplamiento de energa dentro de la cavidad.

Un ltimo refinamiento es C2, el capacitor resonante del loop. Fija la frecuencia

Notch de las cavidades. Conjuntamente L2 y C2 forman un circuito resonanteserie.

HAY ALGN PLOMERO EN CASA?

As que ahora tenemos un diseo elctrico muy simple.

Todos nuestros problemas de ahora en adelante son de naturaleza mecnicos.Primero que todo, tenemos que fabricar el cuerpo de la cavidad. Cobre, aluminio olatn trabajarn bien! Cualquier tarro que presente baja prdida elctrica. Tiene

que ser cerrado en la parte inferior. Una simple tapa remachada tambin servir.

El mbolo de sintona puede hacerse con un tubo de cobre de 18 pulgadas delargo por 1 3/8 pulgadas de dimetro externo. Dentro de l, otro tubo desintonizacin de 20 pulgadas hecho de cobre que puede moverse hacia arriba ohacia abajo por medio de una varilla roscada de de pulgada y que puedadeslizar mas o menos 3 pulgadas dentro y fuera.

El problema aqu es la conductividad elctrica del mbolo. La juntura entre los dostubos tiene que ser hecha de bronce. Todas las piezas baadas en plata. El baoen plata es sper importante. El cobre desnudo tiene mucha prdida a la

frecuencia de 2 metros como para hacer una cavidad. Adems la superficie delcobre que es por donde viaja la radiofrecuencia, se oxida haciendo ms pobre la


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conexin entre la seccin fija y la que se mueve en el mbolo. El resultado es unacavidad casi imposible de sintonizar debido al ruido generado por la parte mvil.

El mbolo sintonizable y todas las partes de radiofrecuencia dentro de la cavidaddeben estar baadas en plata .El plateado realmente hace la diferencia! Recuerdeque Ud. debe mantener el total de las prdidas de su Duplexer menor que 3decibeles. Los pequeas mejoras en eficiencia son muy importantes.

El ltimo tem es el capacitor C2. Un simple capacitor variable de aire sera muycritico para sintonizar. La Wacom resolvi ste problema al utilizar un ingeniosocapacitor que trabaja variando la constante dielctrica. Volviendo a nuestra teorabsica, recuerde que hay dos cosas que determinan el valor de un capacitor. Unaes el tamao de las placas y la otra es la calidad de la constante dielctrica delmaterial aislante entre ellas.

El capacitor de Wacom consiste en una seccin de 11 de largo por dedimetro interior. Est hecha de tubo de latn conformando una placa delcapacitor. La otra placa esta hecha de alambrn de cobre de 1/8 de dimetroexterno que va por dentro del tubo. Un tubo de plstico separa ambas placas, sedesliza por dentro del tubo de latn y por fuera del alambrn de cobre. Variando suposicin cambia la constante del dielctrico del capacitor y as su capacitancia.(Ud. est variando la cantidad del dielctrico de plstico reemplazando eldielctrico de aire). Este capacitor y el loop de acoplamiento conforman el circuitoresonante serie(refirase a la figura 3).La frecuencia de resonancia de estecircuito determina la frecuencia de nuestra cavidad notch o band reject. Esta gran

belleza del diseo Wacom, es simple y de ajuste suave de la frecuencia notch pormedio de este capacitor variable. En otros diseos de Duplexers que he trabajado,por ejemplo el de 6 cavidades del Handbook la sintona del pasabanda y del notchson muy difciles.

ESTABILIDAD DE LA TEMPERATURA

Otro problema es la estabilidad de la temperatura. Si el Duplexer est en un reaque no tiene temperatura controlada, el metal se expande y se contrae con loscambios de temperatura. Esto perfectamente puede sacar de sintona ligeramentea las cavidades. Wacom evita esto al usar una varilla de sintonizacin hecha de

una aleacin especial y muy cara llamada INVAR., que compensa los cambios detemperatura. No tengo informacin de estas varillas.Si Ud. construye Duplexers y los mantiene en un ambiente de temperaturacontrolada, no hay necesidad de estas varillas de INVAR.

Si Ud. sintoniza sus Duplexers a 72 grados Fahrenheit y los mantiene siempreoperando en las cercanas de esa temperatura, entonces no hay problema. En laprctica hemos encontrado que nuestros Duplexers hechos en casa trabajan bienen un ambiente que no se calienta, o a lo menos suficientemente bien ya que losusuarios no se han quejado.


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ACOPLAMIENTO.

Otro tema importante del diseo de un Duplexer es el acoplamiento entre sus

varios componentes. Esto se hace con cables coaxiales cortados a lambda. SiUd. est trabajando con cavidades que fueron usadas en otros servicios y en otrasfrecuencias, ser necesario cambiar los cables por nuevos coaxiales calculadospara la frecuencia que Ud. va a trabajar. Sintonice las cavidades y prubelas. Sino puede conseguir suficiente aislacin, contacte al fabricante para conseguirayuda. O siga adelante y fabrique un nuevo juego de cables coaxiales. Una ondade radiofrecuencia viajando por un coaxial es ms corta que cuando viaja por elespacio libre. La diferencia entre el largo de onda en el espacio libre y el largo deonda en el coaxial es llamado el factor de velocidad. El Handbook tiene cartasdonde da el factor de velocidad de varios cables y explica cmo calcular el largode de onda.

En todo caso sepa que de onda es igual a 75*vp/f donde vp = velocidad depropagacin y f = la frecuencia en Mhz.

Ejemplo:

Si la vp del cable es 0.66 por ciento, 75*0.66=49.5 y si la frecuencia es 146 Mhzqueda 49.5/146 =0.3390 mt. o 33.90 cm. Medidos desde la punta del conectorhasta la punta del otro conector.

He tenido coaxiales de Duplexers que han fallado as que siempre es til saber

como reemplazarlas. La eleccin de cambiar cables coaxiales es importante. Elcoaxial debe ser de doble malla y 100% de cobertura. No tiene que ser del tipoHeliax que son slidos (son muy difciles de trabajar), Si puede encontrar los dedoble malla y dielctrico de tefln son los mejores. Los cables modernos con unamalla de Mylar trabajan muy bien. No tienen que ser de gran dimetro si Ud. esttransmitiendo bajo 100 watts. El largo del coaxial es tan corto que las prdidas noson de consideracin.

CONECTORES

Ponga atencin a los conectores de los Duplexers. Muchos de los misteriosos

problemas de ruido que he escuchado en repetidores han sido rastreados hastalos conectores de los coaxiales. Mis favoritos son los tipo que se usan en losWacom.

He tenido menos problemas de ruido que fueron fcilmente solucionados allimpiarlos y apretarlos. Si tuviera que elegir pongo tipo N o BNC en Duplexersnuevos. Los tipo N son los mejores y bien valen la pena pagar ms por ellos.Tienen menores prdidas y nunca he tenido un problema de ruido con ellos.Asegrese que los conectores hayan sido fabricados en USA y que sean del tipoplateado. Hay una diferencia en la calidad del conector. Sea sper cuidadoso conconectores de UHF de codo. Hemos tenido serios problemas con ese tipo de

conectores. Muchos trabajan mejor como choques de rf que conectores con eso le


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digo todo.. Evite trabajar con ellos a toda costa. Algunos de ellos que hemosprobado introducen prdidas severas en el sistema.

SINTONIZACIN

Sintonizar un Duplexer de diseo band pass / band reject es fcil comparado conlos Duplexers convencionales tipo notch. El mbolo de la cavidad pone lafrecuencia del pass band. Aqu se desea que pase la mayor cantidad de seal deradio frecuencia posible a travs del Duplexer. El capacitor de sintona C2 pone lafrecuencia notch (de rechazo). Claramente marca el paso y el rechazo (notch) delas frecuencias en cada cavidad. Recuerde que ellas son opuestas paratransmisin y recepcin.

Ejemplo:

Cavidades del receptor: Pasan 144.770 Rechazan 145.370Cavidades del trasmisor: Pasan 145.370 Rechazan 144.770

La forma ms fcil de sintonizar cavidades es con el monitor de servicio equipadocon generador de rastreo y con un analizador de espectro. Si es posibleconsgase con alguien que tenga ese tipo de equipo, para que le haga la sintonade los Duplexers. Si esto no es posible, no se desespere. Mtodos de ajuste sinequipo profesional son posibles y funcionan bien. Slo debe hacerlo mscuidadosamente. Ud. va a necesitar alguna fuente de seal estable y un mtodopara medir la amplitud de la seal de radio frecuencia.

Un generador de seales que pueda poner al menos un volt de radiofrecuencia esmuy til. Puede hacer un barrido de frecuencias para ver donde estn pasando lasseales. Usando un transmisor con baja potencia, puede medir la frecuencia depaso con un wattmetro. Para la sintona fina del rechazo puede usar un vltmetrode radio frecuencia. Tambin podra usar un receptor equipado con un meter quemuestre unidades S y con un atenuador a la entrada.

Esto trabajara perfecto para la sintona de los notches (rechazos). Solamentetenga cuidado con la cantidad de radiofrecuencia que le inyecta al Duplexermientras lo sintoniza no sea cosa que dae el receptor cuando encuentre el puntodel pasabanda. Si Ud. va a construir su propia punta de prueba para medir

radiofrecuencia vea el Handbook de la ARRL para mayores detalles. Constryalosobre un conector que Ud. pueda poner directamente a los cables del Duplexer.

Para el vltmetro de radio frecuencia utilice un instrumento anlogo de aguja o unsimple micro ampermetro. Es ms fcil sintonizar los peaks y los rechazos con uninstrumento anlogo que con uno digital.

UNO A LA VEZ

Parta con solo una cavidad conectada. Encienda la salida de radiofrecuenciatotalmente en el generador de seales y vare la frecuencia, haciendo un barrido

arriba y abajo hasta que vea un peak de seal en su vltmetro de radiofrecuenciao el S meter.


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Recuerde que al mover el mbolo hacia adentro baja la frecuencia de paso(passband). Moviendo el mbolo hacia fuera sube la frecuencia . Ponga la salidadel generador para mantener el instrumento (meter), en la porcin lineal de la

escala.

Todo lo estamos haciendo es un sintona gruesa primero. De manera que nointente que quede perfecto de inmediato Conecte la prxima cavidad en la cadenay repita el proceso para poner la frecuencia de paso (passband). En seguidaponga el segundo set de cavidades para su frecuencia de paso (bandpass). Aques fcil que uno se confunda y porqu es importante tener las frecuenciasmarcadas en las cavidades. Haciendo eso se evitar un montn de problemas.

Cuando ambos set de cavidades, las de transmisin y las de recepcin hayanpasado la sintonizacin gruesa de las frecuencias que debe pasar (bandpass),

conecte todos los cables en el conjunto de Duplexers. Conecte el wattmetro y eldummy load (carga fantasma), tal como indica la Figura 5 a la conexin de laantena. Ponga su equipo en baja potencia a la frecuencia de paso (bandpass) delas cavidades del transmisor. En mi ejemplo es 145.370 Mhz. Presione el Ptt ysintonice las cavidades para mxima salida.

Conecte el transmisor a las cavidades del receptor y ponga la frecuencia a144.770 y ajuste para mxima salida de radio frecuencia en el wattmetro. Nteseque si por accidente la frecuencia de rechazo esta demasiado cerca de lafrecuencia de paso Ud. no podr sintonizar la cavidad adecuadamente. Si Ud.sospecha esto, mueva la barra de ajuste de la frecuencia de rechazo levemente eintente de nuevo el ajuste del pasabanda.

SINTONIZANDO LOS RECHAZOS (NOTCHES)

Sintonizar los rechazos o notches es un poco ms difcil. Ud. necesita un detector

ampliamente ms sensitivo que el Wattmetro que hemos usado hasta ahora. Si sugenerador de seales puede poner suficiente radiofrecuencia en las cavidades


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una simple punta de prueba de radiofrecuencia servir. Remueva el wattmetro yreemplcelo por un conector tipo barril. Sus cavidades estarn ahoraapropiadamente terminadas con una carga de 50 ohms y Ud. podr medir el

voltaje de radiofrecuencia a travs de esa carga. Pruebe con baja potencia.Cuidado su equipo no ver 50 ohms de carga cuando la seal esta rechazada.Asegrese que pueda soportar un alta Roe.

Presione el Ptt del transmisor y ajuste la primera cavidad para rechazarapropiadamente la frecuencia de rechazo. Puede que tenga que aumentar lasensibilidad del meter o la potencia de radiofrecuencia para ver claramente elrechazo (notch). Debera ser muy agudo Repita este proceso en la prximacavidad. Mas all de cambiar la frecuencia el procedimiento ser el mismo para elotro set de cavidades.

Si todo va bien. Ud. tendr el 99% de la sintona lista. Vuelva atrs y retoque lasintona del passband y de los rechazos una vez ms. Calcule la prdida sufrida alpasar por las cavidades. No debera ser menos de 2 decibeles y no ms 3 db. Si laprdida es excesiva revise la sintonizacin de nuevo. Si ese no es el problema,revise la prdida ofrecida por los cables coaxiales y los conectores.

La principal razn que prefiero el diseo band pass / band reject es su facilidad desintonizarlo. Rara vez necesita retoques cuando estn conectados al repetidor Enalgunos casos muy raros Ud. puede querer retocar el ajuste notch (rechazo) paraeliminar el ltimo trazo de desensitizacin (ruido blanco en el receptor).Necesitaruna seal no modulada recibida en su antena para hacer esto y un medidor de AC

conectado en el parlante monitor de la repetidora. .

Yo utilizo una antena ltigo en mi monitor de servicio para producir esta seal dbil.Ajuste la salida hasta que Ud. tenga cerca de 10 db. con el squelch abierto.Encienda y apague el transmisor y observe la diferencia en el ruido. Cualquier hissadicional que se escuche cuando el transmisor est encendido y con el Pttapretado es ruido blanco desde el transmisor, Si Ud. estima que es demasiado,retoque los rechazos.

RUIDO BLANCO

La mayora de los repetidores que he escuchado tienen un sonido de ruido blancoaudible en el receptor. Perfeccin es difcil de conseguir en el mundo real.Preocpese solamente. Si el nivel de ruido es alto y que impide que las sealesdbiles no activen la repetidora que Ud. normalmente esperara escucharlasbien.(en este caso decimos que la repetidora est sorda). Por ejemplo,supongamos que Ud. puede escuchar claramente una seal de 0.25 microvoltscon el transmisor apagado. Con el trasmisor encendido el nivel del ruido aumentaen 2 db.


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Esto Ud. podr aceptarlo despus que sintonice todo. Si la misma sealdesaparece completamente cuando el transmisor se enciende, entonces ladesensitizacin es excesiva y todava hay problemas en el sistema.

RAMON FREIRE DONOSOCE3BWT

PIRQUE 22 de Junio de 2011

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