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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA El uso de resonadores en espiral en equipos VHF de aficionados. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Nodos de equipos de radioaficionados En los equipos transceptores modernos, se imponen altos requisitos de selectividad, pureza espectral del transmisor y señales del oscilador local. Esto es especialmente cierto en el diseño de equipos de microondas. Solo se pueden lograr buenos resultados cuando se utiliza en el proceso de diseño un conjunto de técnicas para mejorar la calidad del equipo. Vamos a enumerar los principales. Estos son circuitos avanzados, el uso de componentes modernos de bajo ruido, instalación racional, blindaje, estabilización de circuitos de suministro y, por supuesto, filtrado de señales de RF y microondas. Ningún diseño de equipo VHF puede funcionar sin filtros. Al diseñar, a menudo surgen dificultades. ¿Qué tipo y diseño de filtro es más aceptable? La tarea de elección está establecida. Los principales criterios aquí son:
La mayoría de las veces, en la práctica diaria, los radioaficionados usan filtros LC con bobinas de alambre de hasta 200 MHz, líneas de alambre e impresas a frecuencias superiores a 200 MHz. Cuando se utilizan dichos filtros a frecuencias superiores a 30 MHz, surgen problemas con el factor de calidad de las bobinas. Entonces, a una frecuencia de 30 MHz, manteniendo un tamaño de bobina aceptable, puede obtener un factor de calidad de aproximadamente 200. El factor de calidad de las bobinas utilizadas en equipos en serie no supera los 150. El uso de líneas impresas está limitado por el material. utilizado y el tamaño de las líneas, dependiendo de la frecuencia. Se obtienen excelentes resultados cuando se utilizan resonadores coaxiales de cuarto de onda. Dichos resonadores proporcionan un factor de calidad de hasta 5000, pero su uso en equipos de pequeño tamaño se vuelve inaceptable debido a sus grandes dimensiones. Entonces, el resonador a una frecuencia de 30 MHz tiene una longitud de 2.5 metros y a una frecuencia de 500 MHz mide 15 cm. En 1950, el estadounidense Alexander Horvath publicó un mensaje y en 1956 recibió una patente estadounidense N2.753.530 para SINTONIZADOR DE ALTA FRECUENCIA Q. La invención revolucionó el campo de la teoría de filtros y resonadores. El mundo aprendió sobre un tipo de resonador fundamentalmente nuevo: uno en espiral. INFORMACIÓN GENERAL El factor de calidad de los resonadores en espiral, según el diseño y la frecuencia, está en el rango de 200...5000 y alcanza el 85% del factor de calidad de los resonadores coaxiales de cuarto de onda. Por otro lado, la longitud de los resonadores en espiral se puede reducir en un factor de 30. La facilidad de sintonización, la alta eficiencia y una variedad de formas de combinación abrieron un amplio camino para la aplicación práctica de filtros y resonadores en espiral. El resonador de cavidad espiral tiene una pantalla redonda o rectangular dentro de la cual se coloca una bobina de una sola capa. Uno de sus extremos está cerrado a la pantalla, y el otro está abierto. El núcleo de metal, introducido desde el lado de la salida abierta de la espiral, cambia la capacitancia del resonador; así es como ocurre la sintonización de frecuencia.
Al calcular los resonadores en espiral, se deben tener en cuenta las limitaciones físicas impuestas a los elementos, los métodos de sintonización, las conexiones mutuas de los resonadores entre sí y con las cargas. La figura 1 muestra un resonador en espiral de forma clásica. (D es el diámetro interior de la pantalla, d es el diámetro medio de la hélice, do es el diámetro del alambre, S es el paso de la hélice, b es la altura de la hélice, B es la altura interior de la pantalla). Estos valores se eligen en las siguientes proporciones: 0.5 CÁLCULO DE RESONADORES ESPIRALES A PARTIR DE NOMOGRAMAS Los cálculos teóricos y la derivación de ecuaciones que describen los parámetros de los resonadores en espiral son muy engorrosos y nunca se utilizan en la práctica. El método más aceptable para calcular resonadores en espiral es el uso de nomogramas, donde todas las conclusiones teóricas encajan en 5 nomogramas conectados linealmente. La longitud eléctrica, la capacitancia de borde en el extremo abierto de la bobina y la longitud del cable en el devanado serán aproximadamente como sigue:
Consideremos ejemplos de cálculo de resonadores en espiral. Para el cálculo, utilizaremos el nomograma (Fig. 2). Primer ejemplo Se requiere calcular el resonador para una frecuencia de 10 MHz y un factor Q sin carga igual a 1000. Al conectar un punto de línea 1 en el eje fo=10 MHz con un punto en el eje Q= 1000, determinamos que el diámetro interior de la pantalla es D=150mm. Conociendo el diámetro D, unimos el punto fo=10 MHz con el punto D=150 mm y, continuando la línea hasta cortar con el eje N, Z0, obtenemos el número de vueltas N=30. Eligiendo d/D=0,55, obtenemos el diámetro medio de la bobina d=83,5 mm. En este caso, los valores aceptables serán: S = 4.5 vueltas por cm, b = 125 mm, B = 200 mm. Como puede verse en el cálculo, el resonador helicoidal de 10 MHz tiene unas dimensiones muy grandes. Segundo ejemplo Se requiere calcular el resonador para una frecuencia de 70 MHz. El factor de calidad de un resonador descargado debe ser de al menos 850. El resonador está montado en una pantalla con una sección transversal cuadrada. Se puede ver en el nomograma (línea 2) que una pantalla con una sección transversal circular debe tener un diámetro D=60 mm. La dimensión interna del lado de la pantalla cuadrada es D/1.2 - 50 mm. El número requerido de vueltas es 11. Con d / D - 0.55, el diámetro de la bobina será de 33 mm. La longitud de la bobina es de 50 mm. La longitud de la pantalla es de 95 mm. Tercer ejemplo Calculamos el resonador para una frecuencia de 400 MHz con un factor de calidad sin carga Q - 2000. A partir del nomograma, determinamos que el diámetro interior de la pantalla D es de 50 mm y el número de vueltas n es de 2.25 vueltas. El diámetro promedio de la bobina será de 27 mm y el paso de bobinado será de 19 mm. Longitud de la bobina: 40 mm, longitud de la pantalla: 55 mm. Al diseñar resonadores en espiral, es necesario recordar lo siguiente: el material del que está hecho el marco de la bobina no debe presentar pérdidas. Se recomienda utilizar poliestireno, radiocerámica o fluoroplasto. Si las bobinas están hechas con un cable o bus duro y grueso, es mejor prescindir de un marco. Para asegurar una buena conductividad, es deseable utilizar un alambre plateado y una superficie interna plateada del blindaje. En frecuencias de hasta 100 MHz, también puede usar un cable de cobre convencional (incluido el SEW); sin embargo, un cable enchapado en plata aumenta el factor de calidad en aproximadamente un 3 %. Recuerde que la limpieza del procesamiento de la superficie interna de la pantalla es mucho más importante que el plateado posterior. La pantalla no debe tener costuras paralelas al eje de la bobina, y si las hay, deben estar bien soldadas para garantizar una baja resistencia de contacto. El extremo inferior de la bobina debe llevarse a la pared lateral de la pantalla lo más recto posible y soldarse a ella. Si el extremo de la bobina se lleva a la pared inferior de la pantalla, esta última debe soldarse cuidadosamente a la pantalla para reducir las pérdidas en las uniones. La bobina debe llegar al borde de la pantalla a una distancia no inferior a un cuarto del diámetro de la pantalla. Si la bobina se baja demasiado hasta el fondo de la pantalla, entonces las pocas vueltas más bajas serán ineficientes para el almacenamiento de energía, introducirán pérdidas significativas, lo que afectará negativamente el factor de calidad del resonador. El espacio en la parte superior de la pantalla sirve para reducir la capacitancia parásita y evitar la formación de arcos en resonadores potentes. Debe recordarse que si se conecta un resonador en espiral a la salida de un transmisor VHF con una potencia de salida de 10 W, al final de la espiral la amplitud del voltaje será de 60-80 kV. Como elemento de afinación, se recomienda utilizar un núcleo de latón con un diámetro de 3 a 8 mm. Al configurar, asegúrese de que el núcleo no sea más profundo que el 5-10% de la longitud de la bobina. Se obtienen buenos resultados con un núcleo con un disco al final con un diámetro del 60-80% del diámetro (lado) de la pantalla. Se hace una ranura en el extremo exterior del núcleo amañado. Después del ajuste, el núcleo queda bloqueado de forma segura (puede usar una contratuerca). De particular importancia es la resistencia del contacto del núcleo con la pantalla. Debe ser lo más pequeño posible. Autores: Sergey Kuznetsov (UC2CAM), Vladimir Chepyzhenko (RC2CA); Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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