自制高Q值空腔滤波器.docVIP

由 70 年代初期到 80 年代中期的十多年間，是香港 VHF/UHF 電信事業飛躍發展的黃金時期，尤其是中小型企業單位，更是人才與錢財大豐收的年代。在電信事業中，移動通信和無線電尋呼的發展最為蓬勃，筆者有幸 (也可能是不幸 )！適逢其會，在自願或被迫的情況，多多少少掌握了一些無線電通信的硬體技術。 而在 70 年代以前，香港的移動通信事業都被幾家大洋行所壟斷，VHF 通信機的機價、維修費、交貨期，都十分不合理。而由 60 年代開始起飛的香港中小企業很多，對交通運輸需求迫切，進而促使移動無線通信的發展。眼看大洋行的高額利潤，誘發很多工程技術人員出來創業，使香港的電信事業翻開新的一頁。 有競爭才有進步，針對大洋行的缺點，這批創業先鋒一般採用幾個方針： 從日本進口無線電機，價錢就比歐美產品便宜一大半 (當時 1 美元兌 450 日元以上 )。 加強服務並縮短維修期及系統調試期。 自製電源供應器、天線、濾波器、遙控器、頻率合成器，以能儘量減低成本來爭取顧客，還有一個很重要的因素 -- 縮短交貨期。 在上面第三點中的濾波器，是當時的 VHF 移動通信所必需的，因為當時的商業通信頻段多集中在 140-170MHz 之間，並且將移動通信及無線電尋呼頻率混雜在一起 (與現時廣州及上海等地很相似 )。 由於無線電尋呼電台的發射機數量多、分佈在城市的各個角落、24 小時開機 ON AIR、功率特大，因此，對於移動通訊的干擾十分嚴重，加上早期又沒有強制規定尋呼發射機在輸出端加入 ISOLATOR CIRCULATOR，因而產生強烈互交調制，造成極大的無線電污染。當時每個使用頻譜分析儀觀看 150MHZ 頻率左右的人，都會被那些雜亂無章的干擾訊號嚇一大跳。 而在移動通信系統中的汽車台，由於天線位置偏低以及可以選擇通信地點的特性，此一干擾狀況還可勉強忍受，但基地台就無處可躲了，一開機就是噪音，比現時 7060KHz 還嚴重。在這種情況下，就唯有加入濾波器來解決此問題 (但亦不能保證百分之百 OK)。  「空腔濾波器」能有效排除干擾 在眾多濾波器中，經過長期試驗，只有「空腔濾波器」 (CAVITY FILTER)，以其較高的 Q 值、較窄的通頻帶、以及能夠容許大功率通過的特性，才能較有效地排除干擾 (其實各參考書中早有此結論 )。 當時美製 4 吋直徑，頻寬 140-170MHz 的 CAVITY BAND PASS FILTER，一組單價超過 300 美元 (現在也差不多，但不包括運費 )；而有些洋行則向基地台收取 600 美元以上，所以當時的中小型電訊公司自己訂貨回來，以 400 多美元的價錢販售，便可爭取大量生意。但無論是誰，都受到美國廠方兩、三個月交貨期之困擾。另一方面，尋呼機業務發展越來越火熱，電波干擾也就更大，進而增加空腔濾波器的需求量。 在眾多因素影響之下，我們唯有硬著頭皮去嘗試仿製 CAVITY FILTER，在經過若干個晝夜試驗，與若干次失敗後，最後雖算是仿製成功，但卻不能完全達到廠製品的標準，其中主因大功率通過而引起的溫度問題未能解決。美製 FILTER 一般可通過 150W 左右的 FM 連續功率，而仿製品則只可通過 80W，再大則造成嚴重溫升及損耗。 到此地步，我們已經無心再試驗下去，因為： 大多數基地台的輸出功率都小於 50W FM 間斷功率 (法定為 25W。 改良機械結構及電鍍工藝會使成本上漲及製作週期延長。 各人工作繁忙。 仿製的空腔濾波器經多次在移動通訊系統使用後，基本上都可解決問題，這就成為我們當時的一個秘密武器。 現在向大家介紹的空腔濾波器，卻又不是上述的仿製品方案，因為該種方法要動用車床及燒鋁銲，相信不是大多數業餘無線電 OM 所能應付的。這個 CAVITY FILTER 的自製方法，是我們最早試驗的方法之一，材料十分容易找到，最重要的是加工方便，而其效果亦能解決大部份的 2 米波干擾。  高頻濾波器的工作原理和干擾訊號的情況 在討論實際製作之前，我們先來探討高頻濾波器的工作原理和干擾訊號的情況： 圖 1：在正常範圍內， 甲、乙台可以互相收到訊號但是在甲、乙中間位置的丙台用同一頻率發射訊號，只需 1/4 的功率 (6.25W)， 就可構成干擾。 大部分的 2 米通訊都是 FM 模式，而 FM 電波在發射時，高頻功率基本上是恆定的；例如當甲台發射訊號給乙台接收時，無論甲台是否向 MIC 講話，只要一按發射，就有固定的功率出去；以 25W 功率為例，在正常範圍內，甲、乙台可以互相收到彼此的訊號；但是，如果在甲、乙之中間位置有一丙台用同一頻率發射訊號，無論是有意或無意，根據電場密度計算，他只需 1/4 的功率 (6.25W)，就可構成干擾；如果丙台亦是 25W 時，則甲與乙