Дуплексер – це пристрій, який використовується в радіо та телекомунікаційних системах для розділення та комбінування частот передавача та приймача на одну антену.
Як працює дуплексер. Коли передаючий пристрій передає сигнал на певній частоті, він повинен бути відділений від приймального сигналу, який може знаходитися в цьому ж діапазоні. Це робиться за допомогою фільтрів, які пропускають лише певні частоти. Дуплексер являє собою два фільтри, які відповідно пропускають частоти приймача і передавача. Фільтр тракту передавача пропускає його сигнал з мінімальними втратами на антену і придушує сигнал на частоті прийому. Фільтр тракту приймача навпаки затримує сигнал на частоті передавача, захищає приймач і не перешкоджає його роботі. В той же час фільтр прийомного тракту пропускає з мінімальними втратами сигнал прийому з антени. Для нормальної роботи ретранслятора дуплексер повинен забезпечувати розв’язку рівнів сигналу між прийомом і передачею не менше – 70 дБ.
Дуплексери відрізняються конструкцією в залежності від діапазону частот. Для діапазонів VHF і UHF – конструкції на об’ємних резонаторах. Для високочастотних пристроїв використовуються дуплексери на кварцевих або керамічних фільтрах.
Дуплексер має три порти (роз’єма) – нижня частота (LOW), верхня частота (HIGT) та антена.
Не має значення на якій частоті буде прийом, а на якій передача ретранслятора – на верхній чи на нижній. Важливо саме відповідність портам налаштування нижньої і верхньої частот.
Для систем радіозв’язку діапазонів VHF і UHF робляться дуплексери в компактному виконанні («мобільні», на об’ємних резонаторах 1-2”) і на резонаторах розміром 5 та 8”.
Визначаючими параметрами дуплексера є:
Частотний діапазон/піддіапазон. Дуплексери на VHF і UHF – то різні вироби, що відрізняються геометричними параметрами елементів. Діапазон 400-470 перекривається одним дуплексером в компактному виконанні. Діапазон 136-174 МГц частіше ділиться ще на два піддіапазони.
Дуплексний рознос (рознос вехної і нижньої частоти, рознос прийому і передачі ретранслятора). Цей параметр закладається при виготовленні дуплексера і не може буди перелаштований. Як правило при розподілі частот в діапазоні VHF використовується рознос 4.5-5 МГц, в UHF – 10 МГц. При таких розносах достатньо мобільного дуплексера з резонаторами від 1”. Дуплексери в компактному виконанні для VHF відповідно під рознос 4,5 – 6 МГц, 9-13МГц, 24 МГц (дуплексні пари організовані на міліцейських частотах 148/172 МГц).
При дуплексному розносі менше 4,5 МГц використовуються дуплексери більшої добротності на об’ємних резонаторах 5 та 8”.
Максимальна допустима потужність передавача. Зазвичай виробляються варіанти на 25, 50, 100 Вт і більше потужності передавача. Відрізняються вони конструктивно. На фото нижче приклад дуплексера VHF 100Вт на об’ємних резонаторах 2”.
Як правило, зазначений параметр для моделі – це потужність, на яку розрахований дуплексер при 100% циклі роботи ретранслятора. Якщо дуплексер працює не в розрахованих на те потужностях, він починає грітися, що може призвести до механічної деформації і відхиленні від параметрів налаштування. Ретранслятор на потужності 80 Вт цілком може працювати з дуплексором на 25Вт якщо інтенсивність передачі невелика. Але при інтенсивній роботі і при недостатньому охолодженні обладнання параметри можуть порушитись.
Смуга частот пропускання – це фактично смуга, в якій можна міняти частоти ретранслятора без переналаштування дуплексера. Один і той же дуплексер можна робити з гострою діаграмою, і тоді придушення на рівні 100 дБ буде в діапазоні +- 200 кГц від налаштованої частоти, а можна робити з пологою коли придушення 80 дБ (цього, як правило, достатньо) буде в діапазоні +- 500 кГц. По замовчуванні ми робимо з гострою і з більш ефективним придушенням. До дуплексерів прикладаються графіки параметрів на частотах LOW та HIGT, з яких можна оцінювати наскільки можна рухатись по діапазону без втрати якості зв’язку. Тобто, якщо не вказувалося інше при замовлені, дуплексери робляться з полосою 400-500 кГц.
Але іноді є потреба в оперативній зміні частот ретранслятора в польових умовах, і тоді зручно мати широку полосу. Також широка полоса дуплексера може бути потрібна в ВЧ-стійках багатоканальних базових станцій коли рознос між каналами досить великий.
На графіках нижче два варіанти налаштування фільтра плеча прийому одного і того ж дуплексера з різними смугами пропускання. Ліва крива – графік КСХ, права – амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) фільтра.
В першому варіанті на Графіку 1 придушення на частоті передавача на рівні -100 дБ і КСХ менше 1.25. Полоса режекції при цьому по рівню -70Дб складає 0.9 МГц.
Графік 1
В другому варіанті (Графік 2) полоса режекції по рівню -70Дб сладає 1.3МГц, а на центральній частоті менше -80Дб.
Графік 2
Деякі особливості експлуатації дуплексерів
- Дуплексер, як і будь який резонаторний ВЧ-пристрій, має залежність параметрів від геометрії. Тому він боїться механічних деформацій і перепадів температури, що призводять до зміни геометрії і відповідно налаштувань. Удари, падіння, пошкодження гвинтів налаштування, сильне нагрівання може призвести до суттєвого погіршення зв’язку.
- Як зазначено вище, нижчий номінал частоти підключається на плече LOW, а вищий на плече HIGT, не залежно на якій частоті ретранслятор приймає, а на якій передає. Якщо сплутати і передавач буде працювати не на частоті пропускання дуплексера, щось вийде з ладу – або передавач, або дуплексер. В будь якому випадку зв’язку не буде.
Як приклад. Базова станція з дуплексером, через деякий час роботи різко падає дальність зв’язку. По факту спрацював захист ретранслятора і зменшилась потужність передавача. Причина може бути в дуплексері. При використанні несправного або не в смузі налаштування дуплексера вихідна потужність передавача не потрапляє в антену і суттєво знижує чутливість приймального тракту ретранслятора. В залежності від того наскільки і в яку сторону не співпадають частоти ретранслятора і дуплексера може бути:
- Втрата потужності в дуплексері. При нормальному налаштуванні, в залежності від дуплексного розносу, втрати становлять 1-1,3 дБ при КСХ≤1.3. Тобто, при робочій потужності ретранслятора 50 Вт на виході дуплексера буде 35-40Вт. При не нормальному налаштуванні зростає КСХ і втрати зростають. Втрати 3дБ – на виході з дуплексера 25Вт і так далі.
- При певних умовах можна спалити вхід приймача ретранслятора якщо він не ввійде в захист.
- При розлаштуванні режекції потужність на виході дуплексера може бути в межах норми, а чутливість приймача впаде, що суттєво позначиться на дальності зв’язку.
- Джампери для з’єднання дуплексера з ретранслятором. Якщо джамперами з опором 50 Oм з’єднуються узгоджені на 50 Ом ВЧ-пристрої, то їх довжина ні на що не впливає, окрім втрат в кабелі. Тому вибирається мінімальна достатня довжина з огляду на зручність монтажу.
Втрати в джампері довжиноюі 0,5-1 м на частотахVHF\UHF не суттєві, тому достатньо використовувати кабель RG58 або аналогічний. Нема сенсу робити джампери з кабелю 3/8” або товще, бо вони будуть менш зручні для монтажу.
- Дуплексери на об’ємних резонаторах 5 і 8 дюймів в декілька разів дорожче дуплексерів в мобільному виконанні. Тому, якщо є можливість вибрати дуплексну пару частот з розносом не 2-3 МГц а від 4,5 на VHF і від 9 на UHF, то варто саме так і вибирати.