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:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Стоимость OLED-телевизоров влияет на покупательскую активность 05.01.2012 Хотя LG Electronics собирается демонстрировать свой 55-дюймовый телевизор с OLED-экраном (как и Samsung Electronics свои аналогичные продукты) на выставке потребительской электроники в Лас-Вегасе 10-13 января, принятие рынком таких устройств высокого класса будет, по мнению тайваньских индустриальных источников, целиком зависеть от стоимости. По оценкам DisplaySearch, новые 55-дюймовые OLED-телевизоры поступят на рынок в третьем квартале 2012 года по цене около $8000, и только к концу 2013 года подешевеют до $4000 благодаря росту объемов продаж и новым способам более дешевого производства таких продуктов. Однако из-за высокой производственной стоимости OLED-телевизоров годовые поставки подобных моделей от ведущих игроков рынка телевизоров достигнут лишь 500 тысяч или менее. Весьма важно, как считают источники, будет то, какие технологии будут применять LG и Samsung для производства OLED-телевизора. Указывается, что если LG будет продолжать производство таких продуктов с использованием OLED-технологии белого света, которую она приобрела ранее у Eastman Kodak, энергопотребление и качество изображения ее OLED-телевизоров будет оставаться большой проблемой.

Другие интересные новости:

▪ Структура мозга задает некоторые личностные черты человека

▪ Спутник для создания искусственных звездопадов

▪ Умные кроссовки Nike управляются со смартфона

▪ Саундбары Yamaha YAS-109 и YAS-209

▪ ИК-сеть вместо Wi-Fi

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья В самом смелом значении слова. Крылатое выражение

▪ статья Зачем змее чешуя? Подробный ответ

▪ статья Санки из лыж. Советы туристу

▪ статья Краски для материй. Простые рецепты и советы

▪ статья Блок индикации источника питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025