Применение спиральных резонаторов в любительской УКВ аппаратуре. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Узлы радиолюбительской техники

 Комментарии к статье

В современной приемо-передающей аппаратуре предъявляются высокие требования по избирательности, спектральной чистоте сигналов передатчиков и гетеродинов. Особенно это сказывается при проектировании аппаратуры на СВЧ. Хороших результатов можно добиться только при использовании в процессе проектирования комплекса приемов повышения качества аппаратуры. Перечислим основные из них. Это прогрессивная схемотехника, применение современных малошумящих компонентов, рациональный монтаж, экранировка, стабилизация питающих цепей и, конечно же, фильтрация ВЧ и СВЧ сигналов.

Ни одна конструкция УКВ аппаратуры не может обойтись без фильтров. При проектировании часто возникают затруднения. Какого типа и конструкции фильтр более приемлем? Ставится задача выбора.

Основными критериями здесь являются:

• центральная частота;
• полоса пропускания;
• добротность;
• потери в полосе пропускания;
• способ согласования;
• габаритные размеры;
• стоимость.

Чаще всего в повседневной практике радиолюбители используют LC фильтры с проволочными катушками до 200 МГц, проволочные и печатные линии на частотах выше 200 МГц.

При применении подобных фильтров на частотах выше 30 МГц возникают проблемы с добротностью катушек. Так, на частоте 30 МГц, при сохранении приемлемых размеров катушки, можно получить добротность около 200. Добротность катушек, применяемых в серийной аппаратуре, не превышает 150. Использование печатных линий ограничено применяемым материалом и размерами линий, в зависимости от частоты. Отличные результаты получаются при использовании коаксиальных четвертьволновых резонаторов. Такие резонаторы обеспечивают добротность до 5000, но в малогабаритной аппаратуре применение их становится неприемлемым из-за больших размеров. Так резонатор на частоту 30 МГц имеет длину 2.5 метра, а на частоту 500 МГц-15см.

В 1950 году американец Александр Хорват опубликовал сообщение, а в 1956 году получил патент США N2.753.530 на HIGH Q FREQUENCY TUNER. Изобретение произвело переворот в области теории фильтров и резонаторов. Мир узнал о принципиально новом типе резонатора - спиральном.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Добротность спиральных резонаторов, в зависимости от конструкции и частоты, находится в пределах 200...5000 и достигает 85% добротности коаксиальных четвертьволновых резонаторов. Зато длина спиральных резонаторов может быть уменьшена в 30 раз. Простота настройки, высокий КПД, разнообразие форм согласования открыло широкую дорогу практическому применению спиральных резонаторов и фильтров.

Спиральный объемный резонатор имеет круглый или прямоугольный экран, внутри которого размещена однослойная катушка. Один ее конец замкнут на экран, а второй разомкнут. Металлический сердечник, вводимый со стороны разомкнутого вывода спирали, изменяет емкость резонатора - так происходит перестройка по частоте.

Рис.1

При расчетах спиральных резонаторов следует помнить о физических ограничениях, накладываемых на элементы, способах настройки, взаимных связях резонаторов между собой и с нагрузками. На рис.1 изображен спиральный резонатор классической формы. (D - внутренний диаметр экрана, d - средний диаметр спирали, do - диаметр провода, S - шаг спирали, b - высота спирали, В - внутренняя высота экрана). Величины эти выбираются в следующих соотношениях: 0.5<d/D<0.39; 0.55<do/S<0.73; 2<b/d<3.

РАСЧЕТ СПИРАЛЬНЫХ РЕЗОНАТОРОВ ПО НОМОГРАММАМ

Теоретические выкладки и вывод уравнений, описывающих параметры спиральных резонаторов очень громоздки и никогда в практике не используются. Наиболее приемлемый метод расчета спиральных резонаторов-использование номограмм, где все теоретические выводы укладываются в 5 линейносвязанных номограмм.

Электрическая длина, краевая емкость на разомкнутом конце катушки и длина провода в обмотке будут примерно следующими:
электрическая длина - 94% от четверти длины волны, краевая емкость-0.15пф, длина проводника - 28% от длины волны в свободном пространстве.

Рассмотрим примеры расчета спиральных резонаторов. Для расчета будем использовать номограмму (рис.2).

Первый пример

Требуется рассчитать резонатор на частоту 10 МГц и добротность без нагрузки, равную 1000. Соединив линией 1 точку на оси fo=10 МГц с точкой на оси Q= 1000, определим, что внутренний диаметр экрана D=150мм. Зная диаметр D, соединим точку fo=10 МГц с точкой D=150 мм и, продолжив линию до пересечения с осью N, Z0, получим число витков N=30. Выбрав d/D=0,55, получим средний диаметр катушки d =83,5 мм. При этом приемлемыми значениями будут: S=4.5 витка на см, Ь=125 мм, В=200мм. Как видно из расчета, спиральный резонатор на 10 МГц имеет очень большие габариты.

Второй пример

Требуется рассчитать резонатор на частоту 70 МГц.

Добротность ненагруженного резонатора должна быть не менее 850. Резонатор монтируется в экране с квадратным поперечным сечением. Из номограммы видно (линия 2), что экран с круглым поперечным сечением должен иметь диаметр D=60мм. Внутренний размер стороны квадратного экрана равен D/1.2 - 50 мм. Требуемое число витков равно 11. При d/D - 0.55 диаметр катушки будет равен 33 мм. Длина катушки равна 50мм. Длина экрана равна 95мм.

Третий пример

Рассчитаем резонатор на частоту 400 МГц добротностью без нагрузки Q - 2000. По номограмме определим, что внутренний диаметр экрана D - 50мм, а число витков n - 2.25 витка. Средний диаметр катушки будет равен 27мм, а шаг намотки - 19мм. Длина катушки - 40мм, длина экрана - 55мм.

При конструировании спиральных резонаторов необходимо помнить следующее: материал, из которого изготовлен каркас катушки, не должен вносить потерь. Рекомендуется применять полистирол, радиокерамику или фторопласт. Если катушки выполняются толстым жестким проводом или шиной, лучше вообще обойтись без каркаса. Для обеспечения хорошей проводимости желательно применять посеребренный провод и посеребренную внутреннюю поверхность экрана. На частотах до 100 МГц можно применять и обычный медный провод (в том числе и ПЭВ), однако посеребренный провод дает приращение добротности примерно на 3%. Помните, что чистота обработки внутренней поверхности экрана имеет гораздо большее значение, чем последующее серебрение. Экран не должен иметь швов, расположенных параллельно оси катушки, и если таковые существуют, то для обеспечения малого сопротивления контакта их необходимо хорошо пропаивать. Нижний конец катушки должен быть подведен к боковой стенке экрана как можно более прямо и подпаян к ней. В случае, если конец катушки подводится к нижней стенке экрана, последняя для уменьшения потерь в стыках должна быть тщательно припаяна к экрану. Катушка должна доходить до края экрана на расстояние не ближе четверти диаметра экрана. Если катушка будет опущена чрезмерно низко ко дну экрана, то нижние несколько витков будут неэффективны для накопления энергии, внесут значительные потери, что отрицательно скажется на добротности резонатора.

Зазор в верхней части экрана служит для уменьшения паразитной емкости и для избежание дугового разряда в мощных резонаторах. Следует помнить, что если спиральный резонатор включен на выходе УКВ передатчика с выходной мощностью 10 Вт, то на конце спирали амплитуда напряжения составит 60-80 кВ.

В качестве элемента настройки целесообразно использовать латунный сердечник диаметром от 3 до 8 мм. При настройке следует следить, чтобы сердечник входил не глубже чем на 5-10% длины катушки. Хорошие результаты дает сердечник с диском на конце диаметром 60-80% от диаметра (стороны) экрана. На наружном конце подстроенного сердечника делают прорезь. После настройки сердечник надежно контрят (можно с помощью контрогайки). Особое значение имеет сопротивление контакта сердечника с экраном. Оно должно быть как можно меньшим.

Авторы: Сергей Кузнецов (UC2CAM), Владимир Чепыженко (RC2CA); Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Узлы радиолюбительской техники.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Зеленый чай и метаболическое здоровье 23.01.2026

Зеленый чай на протяжении многих лет остается объектом пристального внимания ученых, поскольку его регулярно связывают с профилактикой различных хронических заболеваний. Этот напиток давно вышел за рамки повседневной традиции и стал предметом серьезных биомедицинских исследований. Недавняя научная работа показала, что полезные свойства зеленого чая могут быть гораздо шире, чем считалось ранее, особенно в контексте обмена веществ и здоровья кишечника. В рамках исследования ученые наблюдали за 40 добровольцами, среди которых 21 человек имел диагностированный метаболический синдром, а 19 участников были здоровыми взрослыми. В течение 28 дней одной группе испытуемых давали экстракт зеленого чая, тогда как другая группа получала плацебо. Такой подход позволил сравнить влияние активных компонентов напитка на разные показатели здоровья. Результаты показали, что у участников, принимавших экстракт зеленого чая, уровень глюкозы в крови оказался ниже, чем у тех, кто получал плацебо. Этот эф ...>>

Наушники Sony LinkBuds Clip 23.01.2026

Sony представила новую модель беспроводных наушников - LinkBuds Clip. Они заметно отличаются от классических устройств. Это открытые наушники с клипсой, которые не вставляются в ушной канал и не охватывают ухо. Вместо этого они фиксируются на ухе, как кафф или ювелирное украшение, позволяя слушать музыку, не отсекая окружающие звуки. Это открытые наушники с клипсовым креплением, которые не вставляются в ушной канал и не охватывают ухо целиком. Они фиксируются на внешней части уха, напоминая кафф или декоративный аксессуар, и позволяют слушать музыку, не перекрывая естественные звуки окружающей среды. В основе модели лежит концепция open-ear, благодаря которой пользователь одновременно слышит воспроизводимый контент и то, что происходит вокруг - шум транспорта, объявления или речь собеседников. По утверждению Sony, такая "всегда открытая" конструкция особенно удобна для повседневного длительного использования, поскольку отпадает необходимость каждый раз ставить воспроизведение на ...>>

Луна поглощает воздух нашей планеты 22.01.2026

Взаимодействие Земли и Луны оказывается не только гравитационным. Новые исследования показывают, что наш естественный спутник постепенно "поглощает" крошечные фрагменты атмосферы Земли, используя для этого солнечный ветер и магнитное поле нашей планеты. Этот процесс исследователи называют космическим каннибализмом. Еще во времена миссий "Аполлон" в 1970-х годах ученые обнаружили в лунном реголите необычные следы воды, углекислого газа, гелия и азота. Стало ясно, что часть этих веществ, включая ионы азота, попала на Луну из верхних слоев земной атмосферы. Долгое время считалось, что подобная передача могла происходить только до того, как Земля сформировала свое магнитное поле. Магнитосфера, как считалось, должна была защищать планету и блокировать утечку атмосферных частиц в космос. Новое моделирование показало, что это представление неверно. Ученые объединили данные лунных образцов с компьютерными моделями и выяснили, что поток ионов усиливается, когда Луна проходит через так ...>>

Случайная новость из Архива Простая технология производства динамиков в рулонах 04.05.2022 Ученые из Массачусетского технологического института разработали простую технологию производства звуковых динамиков. Они могут выпускаться в рулонах и по толщине не больше обычных бумажных обоев. В источник качественного звука можно будет превратить любую поверхность. Исследователи заменили динамик с одним большим диффузором на сплошное поле из тысяч диффузоров (динамиков) микронного размера. Высота каждого диффузора (купола) составляет 15 микрон. Это примерно в шесть раз тоньше человеческого волоса. Во время звучания ход диффузоров не превышает половины микрона. Но все вместе микродинамики создают звук значительной громкости, чтобы их можно было использовать в качестве обычных звуковых колонок. "Это замечательное ощущение - взять то, что выглядит как тонкий лист бумаги, прикрепить к нему два зажима, вставить в порт наушников компьютера и начать слышать звуки, исходящие из него. Его можно использовать где угодно. Для его работы нужен лишь небольшой запас электроэнергии", - рассказал Владимир Булович (Vladimir Buloviс), заведующий кафедрой новых технологий Fariborz Maseeh, руководитель лаборатории органической и наноструктурной электроники (ONE Lab), директор MIT.nano и ведущий автор статьи. В ходе экспериментов тонкопленочный динамик закрепили на стене в 30 см от микрофона. При подаче питания 25 В с частотой 1 кГц динамик создал звуковое давление 66 дБ - это громкость обычного разговора. На частоте 10 кГц звуковое давление выросло до 86 дБ или до уровня шума на загруженной транспортом улице. Потребление тонкопленочного динамика при этом было на уровне 100 мВт на квадратный метр его площади. Обычная звуковая колонка для создания такого звукового давления в аналогичных условиях потребовала бы свыше 1 Вт. Производить тонкопленочные динамики очень просто. К перфорированному пластику подкладывается пьезоэлектрическая пленка толщиной 8 мкм. Сверху создается вакуум, а нижняя часть разогревается до 80 °C. Пленка вздувается в отверстиях и купол диффузора готов. Точнее, диффузоры образуются на всей площади, где есть перфорация. Низ пленки ламинируется, чтобы избежать повреждений диффузоров и снизить искажения звука. Пьезоэлектрик после подачи сигнала начинает вибрировать с его частотой и создает звуковое давление перед своим фронтом - генерирует звук. Подобными "обоями" можно обклеить комнату, внутреннюю поверхность в самолетах и машинах и так далее, что кроме звука от стен позволит организовать активное шумоподавление. Также технология позволит выпускать интересные гаджеты и, в целом, наверняка найдет массу применений в сфере развлечения и не только.

Другие интересные новости:

▪ Альтернатива переливанию крови

▪ Информационный двигатель

▪ Беспилотники SkyOrbiter обеспечат доступ в интернет

▪ Роботы-ежи для исследования спутников и астероидов

▪ Повышение качества марсианского грунта

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья История мировых религий. Конспект лекций

▪ статья Какой медицинский материал использовался советскими изготовителями кустарных пластинок? Подробный ответ

▪ статья Асфальтобетонщик. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Многополосный бесфильтровый эквалайзер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Волшебная палочка и подарки. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026