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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Die Verwendung von Spiralresonatoren in Amateur-UKW-Geräten. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Knoten von Amateurfunkgeräten In modernen Transceiver-Geräten werden hohe Anforderungen an Selektivität, spektrale Reinheit von Sender- und Lokaloszillatorsignalen gestellt. Dies gilt insbesondere für die Konstruktion von Mikrowellengeräten. Gute Ergebnisse können nur erzielt werden, wenn im Designprozess eine Reihe von Techniken zur Verbesserung der Qualität der Ausrüstung verwendet werden. Lassen Sie uns die wichtigsten auflisten. Diese sind fortschrittliche Schaltungen, der Einsatz moderner rauscharmer Komponenten, rationelle Installation, Abschirmung, Stabilisierung der Versorgungskreise und natürlich die Filterung von HF- und Mikrowellensignalen. Kein Design von UKW-Geräten kommt ohne Filter aus. Beim Entwerfen treten oft Schwierigkeiten auf. Welche Art und Ausführung des Filters ist akzeptabler? Die Aufgabe der Wahl wird gestellt. Die Hauptkriterien sind hier:
Am häufigsten verwenden Funkamateure in der täglichen Praxis LC-Filter mit Drahtspulen bis 200 MHz, Draht und gedruckten Linien bei Frequenzen über 200 MHz. Beim Einsatz solcher Filter bei Frequenzen über 30 MHz gibt es Probleme mit der Güte der Spulen. Bei einer Frequenz von 30 MHz können Sie also unter Beibehaltung einer akzeptablen Spulengröße einen Qualitätsfaktor von etwa 200 erhalten. Der Qualitätsfaktor von Spulen, die in Seriengeräten verwendet werden, übersteigt 150 nicht. Die Verwendung von gedruckten Linien ist durch das Material begrenzt verwendet und die Größe der Leitungen, abhängig von der Frequenz. Hervorragende Ergebnisse werden erzielt, wenn koaxiale Viertelwellenresonatoren verwendet werden. Solche Resonatoren liefern einen Qualitätsfaktor von bis zu 5000, aber ihre Verwendung in kleinen Geräten wird aufgrund ihrer großen Abmessungen unannehmbar. So hat der Resonator bei einer Frequenz von 30 MHz eine Länge von 2.5 Metern und bei einer Frequenz von 500 MHz 15 cm. 1950 veröffentlichte der Amerikaner Alexander Horvath eine Nachricht und erhielt 1956 ein US-Patent N2.753.530 für HIGH Q FREQUENCY TUNER. Die Erfindung revolutionierte das Gebiet der Filter- und Resonatortheorie. Die Welt erfuhr von einem grundlegend neuen Resonatortyp - einem Spiralresonator. ALLGEMEINE INFORMATIONEN Die Güte von Spiralresonatoren liegt je nach Bauform und Frequenz im Bereich von 200...5000 und erreicht 85% der Güte von koaxialen Viertelwellenresonatoren. Andererseits kann die Länge von Spiralresonatoren um den Faktor 30 reduziert werden. Einfaches Abstimmen, hoher Wirkungsgrad, vielfältige Anpassungsformen eröffneten einen weiten Weg für die praktische Anwendung von Spiralresonatoren und Filtern. Der Spiralhohlraumresonator hat einen runden oder rechteckigen Schirm, in dem eine einlagige Spule platziert ist. Eines seiner Enden ist zum Bildschirm geschlossen, und das andere ist offen. Der Metallkern, der von der Seite des offenen Ausgangs der Spirale eingeführt wird, ändert die Kapazität des Resonators - so erfolgt die Frequenzabstimmung.
Bei der Berechnung von Spiralresonatoren sind die den Elementen auferlegten physikalischen Beschränkungen, die Abstimmungsmethoden, die gegenseitigen Verbindungen der Resonatoren untereinander und mit Lasten zu berücksichtigen. Abbildung 1 zeigt einen klassisch geformten Spiralresonator. (D ist der Innendurchmesser des Siebs, d ist der durchschnittliche Durchmesser der Wendel, do ist der Durchmesser des Drahts, S ist die Steigung der Wendel, b ist die Höhe der Wendel, B ist die innere Höhe der Bildschirm). Diese Werte werden in folgenden Verhältnissen gewählt: 0.5 BERECHNUNG VON SPIRALRESONATOREN AUS NOMOGRAMMEN Theoretische Berechnungen und Ableitung von Gleichungen, die die Parameter von Spiralresonatoren beschreiben, sind sehr umständlich und werden in der Praxis nie verwendet. Die akzeptabelste Methode zur Berechnung von Spiralresonatoren ist die Verwendung von Nomogrammen, bei denen alle theoretischen Schlussfolgerungen in 5 linear verbundene Nomogramme passen. Die elektrische Länge, die Randkapazität am offenen Ende der Spule und die Länge des Drahtes in der Wicklung sind ungefähr wie folgt:
Betrachten wir Beispiele für die Berechnung von Spiralresonatoren. Für die Berechnung verwenden wir das Nomogramm (Abb. 2). Erstes Beispiel Es ist erforderlich, den Resonator für eine Frequenz von 10 MHz und einen Q-Faktor ohne Last gleich 1000 zu berechnen. Indem wir einen Punkt der Linie 1 auf der Achse fo = 10 MHz mit einem Punkt auf der Achse Q = 1000 verbinden, bestimmen wir dies der Innendurchmesser des Siebes beträgt D=150mm. Wenn wir den Durchmesser D kennen, verbinden wir den Punkt fo = 10 MHz mit dem Punkt D = 150 mm und setzen die Linie fort, bis sie die Achse N, Z0 schneidet, und erhalten die Anzahl der Windungen N = 30. Indem wir d/D=0,55 wählen, erhalten wir den durchschnittlichen Spulendurchmesser d=83,5 mm. In diesem Fall sind akzeptable Werte: S = 4.5 Umdrehungen pro cm, b = 125 mm, B = 200 mm. Wie aus der Berechnung ersichtlich ist, hat der 10-MHz-Wendelresonator sehr große Abmessungen. Zweites Beispiel Es ist erforderlich, den Resonator für eine Frequenz von 70 MHz zu berechnen. Die Güte eines unbelasteten Resonators muss mindestens 850 betragen. Der Resonator ist in einem Schirm mit quadratischem Querschnitt montiert. Aus dem Nomogramm (Zeile 2) ist ersichtlich, dass ein Sieb mit kreisförmigem Querschnitt einen Durchmesser D = 60 mm haben sollte. Das Innenmaß der Seite des quadratischen Bildschirms beträgt D/1.2 - 50 mm. Die erforderliche Windungszahl beträgt 11. Bei d / D - 0.55 beträgt der Spulendurchmesser 33 mm. Die Spulenlänge beträgt 50 mm. Die Länge des Bildschirms beträgt 95 mm. Drittes Beispiel Wir berechnen den Resonator für eine Frequenz von 400 MHz mit einem Qualitätsfaktor ohne Last Q - 2000. Aus dem Nomogramm bestimmen wir, dass der Innendurchmesser des Schirms D 50 mm und die Windungszahl n 2.25 Windungen beträgt. Der durchschnittliche Durchmesser der Spule beträgt 27 mm und der Wicklungsabstand 19 mm. Spulenlänge - 40 mm, Sieblänge - 55 mm. Bei der Konstruktion von Spiralresonatoren ist Folgendes zu beachten: Das Material, aus dem der Spulenkörper besteht, darf keine Verluste einbringen. Es wird empfohlen, Polystyrol, Radiokeramik oder Fluoroplast zu verwenden. Wenn die Spulen mit einem dicken harten Draht oder Bus hergestellt werden, ist es besser, ganz auf einen Rahmen zu verzichten. Um eine gute Leitfähigkeit sicherzustellen, ist es wünschenswert, einen versilberten Draht und eine versilberte Innenfläche der Abschirmung zu verwenden. Bei Frequenzen bis 100 MHz kann auch ein herkömmlicher Kupferdraht (auch SEW) verwendet werden, jedoch bringt ein versilberter Draht eine Erhöhung des Gütefaktors um ca. 3 %. Denken Sie daran, dass die Sauberkeit der Bearbeitung der Innenfläche des Siebes viel wichtiger ist als die anschließende Versilberung. Der Schirm sollte keine Nähte parallel zur Spulenachse haben, und falls vorhanden, müssen diese gut verlötet sein, um einen geringen Übergangswiderstand zu gewährleisten. Das untere Ende der Spule sollte möglichst gerade an die Seitenwand des Schirms geführt und dort verlötet werden. Wenn das Ende der Spule an die untere Wand des Schirms gebracht wird, muss letzterer sorgfältig mit dem Schirm verlötet werden, um Verluste in den Verbindungsstellen zu reduzieren. Die Spule sollte den Siebrand in einem Abstand von mindestens einem Viertel des Siebdurchmessers erreichen. Wenn die Spule zu tief auf den unteren Rand des Schirms abgesenkt wird, werden die unteren paar Windungen für die Energiespeicherung ineffizient sein, erhebliche Verluste einführen, die den Qualitätsfaktor des Resonators nachteilig beeinflussen. Der Spalt am oberen Rand des Schirms dient dazu, parasitäre Kapazitäten zu reduzieren und Lichtbögen in leistungsstarken Resonatoren zu vermeiden. Es ist zu beachten, dass beim Einschalten des Spiralresonators am Ausgang eines UKW-Senders mit einer Ausgangsleistung von 10 W die Spannungsamplitude am Ende der Spirale 60-80 kV beträgt. Als Stimmelement empfiehlt es sich, einen Messingkern mit einem Durchmesser von 3 bis 8 mm zu verwenden. Achten Sie beim Aufstellen darauf, dass der Kern nicht tiefer als 5-10% der Coillänge geht. Gute Ergebnisse werden durch einen Kern mit einer Scheibe am Ende mit einem Durchmesser von 60-80% des Durchmessers (Seite) des Siebes erzielt. Am äußeren Ende des Rigged Core wird ein Schlitz angebracht. Nach der Einstellung ist der Kern sicher verriegelt (Sie können eine Kontermutter verwenden). Von besonderer Bedeutung ist der Widerstand des Kontakts des Kerns mit dem Schirm. Es sollte so klein wie möglich sein. Autoren: Sergey Kuznetsov (UC2CAM), Vladimir Chepyzhenko (RC2CA); Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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