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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA L'uso di risonatori a spirale nelle apparecchiature VHF amatoriali. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Nodi di apparecchiature radioamatoriali Nelle moderne apparecchiature ricetrasmittenti, sono imposti requisiti elevati in termini di selettività, purezza spettrale dei segnali del trasmettitore e dell'oscillatore locale. Ciò è particolarmente vero quando si progettano apparecchiature a microonde. È possibile ottenere buoni risultati solo utilizzando nel processo di progettazione una serie di tecniche per migliorare la qualità delle apparecchiature. Elenchiamo i principali. Si tratta di circuiti progressivi, utilizzo di moderni componenti a basso rumore, installazione razionale, schermatura, stabilizzazione dei circuiti di alimentazione e, naturalmente, filtraggio di segnali RF e microonde. Nessun progetto di apparecchiature VHF può fare a meno dei filtri. Durante la progettazione, sorgono spesso difficoltà. Quale tipo e design del filtro è più accettabile? Il compito della scelta è impostato. I criteri principali qui sono:
Molto spesso nella pratica quotidiana, i radioamatori utilizzano filtri LC con bobine di filo fino a 200 MHz, filo e linee stampate a frequenze superiori a 200 MHz. Quando si utilizzano tali filtri a frequenze superiori a 30 MHz, ci sono problemi con il fattore di qualità delle bobine. Quindi, ad una frequenza di 30 MHz, pur mantenendo una dimensione della bobina accettabile, è possibile ottenere un fattore di qualità di circa 200. Il fattore di qualità delle bobine utilizzate nelle apparecchiature seriali non supera 150. L'uso di linee stampate è limitato dal materiale utilizzato e la dimensione delle linee, a seconda della frequenza. Ottimi risultati si ottengono utilizzando risonatori a quarto d'onda coassiali. Tali risonatori forniscono un fattore di qualità fino a 5000, ma il loro utilizzo in apparecchiature di piccole dimensioni diventa inaccettabile a causa delle loro grandi dimensioni. Quindi il risonatore a una frequenza di 30 MHz ha una lunghezza di 2.5 metri e a una frequenza di 500 MHz è di 15 cm. Nel 1950, l'americano Alexander Horvath pubblicò un messaggio e nel 1956 ricevette un brevetto statunitense N2.753.530 per SINTONIZZATORE DI FREQUENZA ALTA Q. L'invenzione ha rivoluzionato il campo della teoria dei filtri e dei risonatori. Il mondo ha appreso di un tipo fondamentalmente nuovo di risuonatore: uno a spirale. INFORMAZIONI GENERALI Il fattore di qualità dei risonatori a spirale, a seconda del design e della frequenza, è compreso tra 200 e 5000 e raggiunge l'85% del fattore di qualità dei risonatori coassiali a quarto d'onda. D'altra parte, la lunghezza dei risonatori a spirale può essere ridotta di un fattore 30. Facilità di sintonizzazione, alta efficienza, una varietà di forme di abbinamento hanno aperto un'ampia strada per l'applicazione pratica di risonatori a spirale e filtri. Il risonatore con cavità a spirale ha uno schermo tondo o rettangolare all'interno del quale è posta una bobina monostrato. Una delle sue estremità è chiusa allo schermo e l'altra è aperta. Il nucleo metallico, introdotto dal lato dell'uscita aperta della spirale, cambia la capacità del risuonatore: ecco come avviene la sintonizzazione della frequenza.
Quando si calcolano i risuonatori a spirale, si dovrebbero tenere a mente i limiti fisici imposti agli elementi, i metodi di accordatura, le connessioni reciproche dei risuonatori tra loro e con i carichi. La figura 1 mostra un risuonatore a spirale di forma classica. (D è il diametro interno dello schermo, d è il diametro medio dell'elica, do è il diametro del filo, S è il passo dell'elica, b è l'altezza dell'elica, B è l'altezza interna del schermo). Questi valori sono scelti nei seguenti rapporti: 0.5 CALCOLO DEI RISONATORI A SPIRALE DA NOMOGRAMMI I calcoli teorici e la derivazione di equazioni che descrivono i parametri dei risonatori a spirale sono molto macchinosi e non vengono mai utilizzati nella pratica. Il metodo più accettabile per calcolare i risonatori a spirale è l'uso di nomogrammi, in cui tutte le conclusioni teoriche si inseriscono in 5 nomogrammi collegati linearmente. La lunghezza elettrica, la capacità del bordo all'estremità aperta della bobina e la lunghezza del filo nell'avvolgimento saranno approssimativamente come segue:
Consideriamo esempi di calcolo di risonatori a spirale. Per il calcolo utilizzeremo il nomogramma (Fig. 2). Primo esempio Occorre calcolare il risonatore per una frequenza di 10 MHz e un fattore Q senza carico pari a 1000. Collegando una linea 1 punto sull'asse fo=10 MHz con un punto sull'asse Q=1000, determiniamo che il diametro interno dello schermo è D=150 mm. Conoscendo il diametro D, colleghiamo il punto fo=10 MHz con il punto D=150 mm e, proseguendo la retta fino all'intersezione con l'asse N, Z0, otteniamo il numero di giri N=30. Scegliendo d/D=0,55, otteniamo il diametro medio della bobina d=83,5 mm. In questo caso, i valori accettabili saranno: S = 4.5 giri per cm, b = 125 mm, B = 200 mm. Come si evince dal calcolo, il risonatore elicoidale da 10 MHz ha dimensioni molto grandi. Secondo esempio È necessario calcolare il risonatore per una frequenza di 70 MHz. Il fattore di qualità di un risuonatore scarico deve essere almeno 850. Il risuonatore è montato su uno schermo a sezione quadrata. Dal nomogramma (riga 2) si evince che uno schermo a sezione circolare deve avere un diametro D=60mm. La dimensione interna del lato dello schermo quadrato è D/1.2 - 50 mm. Il numero di giri richiesto è 11. Con d / D - 0.55, il diametro della bobina sarà di 33 mm. La lunghezza della bobina è di 50 mm. La lunghezza dello schermo è di 95 mm. Terzo esempio Calcoliamo il risonatore per una frequenza di 400 MHz con un fattore di qualità senza carico Q - 2000. Dal nomogramma, determiniamo che il diametro interno dello schermo D è 50 mm e il numero di giri n è 2.25 giri. Il diametro medio della bobina sarà di 27 mm e il passo di avvolgimento sarà di 19 mm. Lunghezza bobina - 40 mm, lunghezza schermo - 55 mm. Quando si progettano risonatori a spirale, è necessario ricordare quanto segue: il materiale di cui è fatto il telaio della bobina non deve introdurre perdite. Si consiglia di utilizzare polistirene, radioceramica o fluoroplasto. Se le bobine sono realizzate con un filo rigido o un bus spesso, è meglio fare a meno di un telaio. Per garantire una buona conduttività, è preferibile utilizzare un filo argentato e una superficie interna argentata dello schermo. A frequenze fino a 100 MHz è possibile utilizzare anche un filo di rame convenzionale (incluso SEW), tuttavia un filo argentato aumenta il fattore di qualità di circa il 3%. Ricorda che la pulizia della lavorazione della superficie interna dello schermo è molto più importante della successiva argentatura. Lo schermo non dovrebbe avere cuciture parallele all'asse della bobina e, se ce ne sono, devono essere ben saldate per garantire una bassa resistenza di contatto. L'estremità inferiore della bobina deve essere portata alla parete laterale dello schermo il più diritta possibile e saldata ad essa. Se l'estremità della bobina viene portata alla parete di fondo dello schermo, quest'ultimo deve essere accuratamente saldato allo schermo per ridurre le perdite nelle giunzioni. La bobina dovrebbe raggiungere il bordo dello schermo a una distanza non inferiore a un quarto del diametro dello schermo. Se la bobina viene abbassata troppo in basso nella parte inferiore dello schermo, i pochi giri più bassi saranno inefficienti per l'accumulo di energia, introducono perdite significative, che influiranno negativamente sul fattore di qualità del risonatore. Lo spazio nella parte superiore dello schermo serve a ridurre la capacità parassita e ad evitare la formazione di archi nei risonatori potenti. Va ricordato che se un risonatore a spirale è collegato all'uscita di un trasmettitore VHF con una potenza di uscita di 10 W, alla fine della spirale l'ampiezza della tensione sarà 60-80 kV. Come elemento di accordatura, si consiglia di utilizzare un'anima in ottone con un diametro da 3 a 8 mm. Durante l'installazione, assicurarsi che il nucleo non superi il 5-10% della lunghezza della bobina. Buoni risultati si ottengono da un'anima con un disco all'estremità con un diametro del 60-80% del diametro (lato) dello schermo. Una fessura è praticata all'estremità esterna del nucleo truccato. Dopo la regolazione, il nucleo è bloccato in modo sicuro (è possibile utilizzare un controdado). Di particolare importanza è la resistenza del contatto del nucleo con lo schermo. Dovrebbe essere il più piccolo possibile. Autori: Sergey Kuznetsov (UC2CAM), Vladimir Chepyzhenko (RC2CA); Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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