アマチュア VHF 機器でのスパイラル共振器の使用。スキーム、説明

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アマチュア VHF 機器におけるスパイラル共振器の使用。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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最新のトランシーバー機器では、選択性、送信機のスペクトル純度、および局部発振器信号に高い要件が課せられています。これは、マイクロ波機器の設計に特に当てはまります。設計プロセスで一連の技術を使用して機器の品質を向上させた場合にのみ、良い結果が得られます。主なものを挙げてみましょう。これらは、高度な回路、最新の低ノイズコンポーネントの使用、合理的な設置、シールド、電源回路の安定化、そしてもちろんRFおよびマイクロ波信号のフィルタリングです。

VHF機器の設計は、フィルターなしでは実行できません。設計するとき、しばしば困難が生じます。どのタイプとデザインのフィルターがより受け入れられますか？選択したタスクが設定されます。

ここでの主な基準は次のとおりです。

中心周波数;
帯域幅;
品質係数;
帯域幅の損失;
合意の方法;
寸法;
費用

ほとんどの場合、アマチュア無線家は、200 MHz までのワイヤコイル、200 MHz を超える周波数のワイヤおよびプリントラインを備えた LC フィルタを使用します。

このようなフィルタを 30 MHz を超える周波数で使用すると、コイルの品質係数に問題が生じます。したがって、30 MHz の周波数では、許容可能なコイルサイズを維持しながら、約 200 の品質係数を得ることができます。シリアル機器で使用されるコイルの品質係数は 150 を超えません。印刷された線の使用は、材料によって制限されます。周波数に応じて、使用されるラインのサイズ。同軸 5000/30 波長共振器を使用すると、優れた結果が得られます。このような共振器は、最大 2.5 の品質係数を提供しますが、サイズが大きいため、小型機器での使用は受け入れられなくなります。したがって、500 MHz の周波数での共振器の長さは 15 メートルで、XNUMX MHz の周波数では XNUMX cm です。

1950年にアメリカのAlexanderHorvathがメッセージを発表し、1956年にHIGH QFREQUENCYTUNERの米国特許N2.753.530を取得しました。本発明は、フィルタおよび共振器理論の分野に革命をもたらした。世界は根本的に新しいタイプの共振器、つまりスパイラル共振器について学びました。

一般情報

スパイラル共振器の品質係数は、設計と周波数に応じて 200 ～ 5000 の範囲であり、同軸 85/30 波長共振器の品質係数の XNUMX% に達します。一方、スパイラル共振器の長さは XNUMX 分の XNUMX に短縮できます。チューニングの容易さ、高効率、さまざまな形態のマッチングにより、スパイラル共振器とフィルターの実用化への幅広い道が開かれました。

スパイラルキャビティ共振器には、単層コイルが配置された円形または長方形のスクリーンがあります。その一方の端は画面に対して閉じており、もう一方の端は開いています。スパイラルのオープン出力の側面から導入されたメタルコアは、共振器の静電容量を変化させます-これが周波数調整が行われる方法です。

アマチュアVHF機器でのスパイラル共振器の使用
Pic.1

スパイラル共振器を計算するときは、要素に課される物理的制限、チューニング方法、共振器同士の相互接続、および負荷との相互接続に留意する必要があります。図 1 は、古典的な形状のスパイラル共振器を示しています。 (D はスクリーンの内径、d はらせんの平均直径、do はワイヤーの直径、S はらせんのピッチ、b はらせんの高さ、B はらせんの内側の高さです。画面）。これらの値は、次の比率で選択されます: 0.5

ノモグラムからのスパイラル共振器の計算

スパイラル共振器のパラメータを記述する方程式の理論計算と導出は非常に面倒であり、実際には使用されません。スパイラル共振器を計算するための最も受け入れられる方法は、すべての理論的結論が 5 つの直線的に接続されたノモグラムに適合するノモグラムの使用です。

電気的な長さ、コイルの開放端のエッジ静電容量、および巻線のワイヤの長さは、次のようになります。
電気的長さ-94分の0.15波長の28％、エッジ静電容量-XNUMXpf、導体長-自由空間の波長のXNUMX％。

スパイラル共振器の計算例を考えてみましょう。計算には、ノモグラムを使用します（図2）。

最初の例

周波数10MHz、負荷なしのQファクター1000に等しい共振器を計算する必要があります。fo=1MHz軸上のライン10ポイントをQ=1000軸上のポイントに接続することにより、次のように決定します。スクリーンの内径はD=150mmです。直径Dがわかっているので、点fo =10MHzを点D=150 mmに接続し、軸N、Z0と交差するまで線を続けて、巻数N=30を取得します。 d / D = 0,55を選択すると、平均コイル直径d =83,5mmが得られます。この場合、許容値は次のようになります：S = 4.5回転/cm、b = 125 mm、B =200mm。計算からわかるように、10MHzヘリカル共振器の寸法は非常に大きくなっています。

XNUMX番目の例

周波数 70 MHz の共振器を計算する必要があります。

無負荷の共振器の品質係数は、少なくとも850である必要があります。共振器は、正方形の断面を持つスクリーンに取り付けられています。ノモグラム（2行目）から、断面が円形のスクリーンの直径はD=60mmである必要があることがわかります。四角いスクリーンの側面の内部寸法はD/1.2-50mmです。必要な巻数は11です。d/D-0.55の場合、コイルの直径は33mmになります。コイル長は50mmです。画面の長さは95mmです。

第三の例

負荷なしの品質係数Q-400で周波数2000MHzの共振器を計算します。ノモグラムから、スクリーンDの内径は50 mm、巻数nは2.25巻であると判断します。コイルの平均直径は27mm、巻線ピッチは19mmになります。コイルの長さ-40mm、画面の長さ-55mm。

スパイラル共振器を設計するときは、次の点に注意する必要があります。コイルフレームを構成する材料が損失を引き起こしてはなりません。ポリスチレン、ラジオセラミック、またはフルオロプラストの使用をお勧めします。コイルが太い硬線やバスで作られている場合は、フレームなしで行う方が良いでしょう。良好な導電性を確保するために、銀メッキされたワイヤとシールドの銀メッキされた内面を使用することが望ましい。 100 MHzまでの周波数では、従来の銅線（SEWを含む）を使用することもできますが、銀メッキ線を使用すると、品質係数が約3％向上します。スクリーンの内面の処理の清浄度は、その後の銀メッキよりもはるかに重要であることを忘れないでください。スクリーンにはコイル軸に平行な継ぎ目があってはなりません。継ぎ目がある場合は、接触抵抗を低くするためにしっかりとはんだ付けする必要があります。コイルの下端をできるだけ真っ直ぐにスクリーンの側壁に持ってきて、それにはんだ付けする必要があります。コイルの端をスクリーンの底壁に持ってくる場合、接合部の損失を減らすために、後者をスクリーンに注意深くはんだ付けする必要があります。コイルは、スクリーンの直径のXNUMX分のXNUMX以上の距離でスクリーンの端に到達する必要があります。コイルが画面の下部まで低くなりすぎると、下の数ターンはエネルギー貯蔵に非効率になり、大きな損失が発生し、共振器の品質係数に悪影響を及ぼします。

スクリーン上部のギャップは、寄生容量を低減し、強力な共振器でのアーク放電を回避するのに役立ちます。スパイラル共振器が出力10 WのVHF送信機の出力に接続されている場合、スパイラルの終わりの電圧振幅は60〜80 kVになることに注意してください。

調整要素として、直径3〜8mmの真ちゅう製コアを使用することをお勧めします。セットアップするときは、コアがコイルの長さの5〜10％より深くならないようにしてください。画面の直径（側面）の60〜80％の直径を持つ、端にディスクを備えたコアによって、良好な結果が得られます。装備されたコアの外側の端にスロットが作られています。調整後、コアはしっかりとロックされます（ロックナットを使用できます）。特に重要なのは、コアとスクリーンの接触抵抗です。できるだけ小さくする必要があります。

著者: セルゲイ・クズネツォフ (UC2CAM)、ウラジミール・チェピジェンコ (RC2CA)。出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru

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