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無線電子工学および電気工学の百科事典 VHF回路の設計。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
144および430MHz以上の範囲では、XNUMX線式の開回路または同軸回路のいずれかが最も頻繁に使用されます。 新しいタイプ（フラットで溝のある輪郭）は、まだ広く分布していません。 VHF でコンターを実装する際の主な注意は、あらゆる種類の損失を減らすことです。 高周波電流は主に導体の外面に沿って流れ、浸透深さは非常に小さく、材料の導電率と周波数に依存します。 したがって、最も一般的な材料である銅の場合、300 MHz の周波数での侵入深さは 0,0038 mm になり、500 MHz の周波数では - 0,003 mm になります。 真鍮とジュラルミンは銅の XNUMX 倍の損失を生じることに注意してください。 シルバー真鍮製品に望ましいです。 輪郭には、滑らかな薄肉の鋼管を使用するのが有利です。可能であれば、それらをクロムメッキすることが望ましいです。 同軸回路と XNUMX 線式ラインの場合、銅が最適な素材です。 VHF では電流の浸透深さが小さいため、表面が滑らかで、鏡面仕上げになるまで研磨する必要があります。これは、粗さが表面抵抗と RF 損失の増加に相当するためです。 銅の酸化を防ぐために、銀または無色のニスでコーティングされています（摺動接点がない部分）。 回路の製造は、ランプの種類とデバイスの目的によって異なります。 144 MHz 範囲に最適なランプは GU-32、GU-29、6P21S、GU-50 で、それらには XNUMX 線式ラインを使用する方が簡単です。 デシメートル範囲の場合、6S5Dタイプの特別なランプ、いわゆるビーコン、金属セラミックGI11B、GI12、および6S11D-ディスク、デシメートルが適しています。 これらのランプの品質は、同軸ケーブルを使用して初めて十分に活用できます。 図 1 と 2 は、GU-32 ランプに関する 250 線式回路の最大ノードを示しています。 トリマーコンデンサの追加容量を考慮して、ラインの長さは270〜25 mmである必要があります。ワイヤ間の距離D = 4 mmは、陽極のリード線間の距離、ワイヤの直径、またはワイヤの直径によって決まります。チューブの d = 6 ～ 1 mm。 より大きな直径のワイヤまたはチューブを使用することは非現実的であり、加工が不便であり、さらに、D/d が減少すると増加する放射の増加により回路内の損失が増加します。 長手方向の寸法を小さくするために、対称線をさまざまな方法で曲げることができます (図 1b を参照)。 線路のワイヤは、短絡端と線路の中間で絶縁材のブロックに固定されています（図 XNUMX、a を参照）。
フラットまたはリボンHFラインは非常に成功しています。 図に図1cは、周波数トリプラー（430-32 MHz）で動作するGU-144ランプの432MHz範囲の1/32波長アノードラインの寸法を示しています。 図XNUMX、fに示す設計では、GU-XNUMXランプがシャーシに対して垂直に配置されていると想定しています。 それが水平に配置されている場合、これはアノードへの接続点でラインを曲げることを回避し、それはアノード電極の平面の続きになります。 追加のキャパシタンスを導入することと同等であり、回路の短縮を伴うこの遷移の不均一性を減らすために、ばね接点 K1 および K2 がはんだ付けされるストリップに三角形のくぼみが作られます。 これにより、ストリップの高さ全体に沿ってラインをランプ電球の近くに移動し、ラインと GU-32 ランプのアノードとの間のギャップを減らすことができます。
図2に、ランプに接続するための回路クランプの設計を示します。 図2cは、ラインワイヤの溝にはんだ付けされた弾力性のあるフラットクランプを示しています。 クランプはシートブロンズ（真ちゅう製）の10 mmストリップでできており、ストリップの端で12つまたはXNUMXつのカットがジグソーでXNUMXmmの深さまでカットされます。 得られたストリップは、最初に万力で溝のある側面に曲げられ、次に直径1,5 mmのドリルまたはワイヤーを使用して絞り出され、密なシリンダーが形成されます。 ストリップは伸縮性があり、GU-32 ランプの出力と確実に接触します。 このタイプのコンタクトは、6NZP ランプなどの細いリード線にも使用できます。 GU-32 ランプを水平に配置する場合、スプリング接点がライン自体の軸方向の延長であることが望ましいです。 これは、GU-50 ランプ用のソケットのソケットがライン ワイヤにはんだ付けされている場合に最も簡単に得られます (図 2、b)。 線路導体を使用すると、信頼性の高いクランプを作成できます (図 2、a)。 これを行うには、ラインの端から直径1,5 mm、深さ11 mmの縦穴と、2 mmの距離にあるM13ボルト用の貫通穴を作成し、ワイヤーをある長さに切断します。 16mmで上部が切り離されます。 下部に M2 ネジを作成し、切断面をきれいにして、両方の部品を再度 M2 ネジで接続します。 ラインが GU-32 アノードのピンに接続されている場合は、M2 ネジを締めることによってしっかりとクランプできます。 ライン調整用のショート ブリッジは、図 0,3d に従って湾曲した、厚さ 0,4 ～ 10 mm、幅 12 ～ 2 mm の青銅のストリップから作成できます。 直径 3 mm の中央の穴とワッシャー 3 を介して、ストリップ 1 と 2 を M3 ネジで締め、ラインのワイヤに巻き付けます。 同軸回路の設計 構造の材料は、4 ～ 100 mm の範囲の銅または真鍮のチューブです。 このような輪郭には、口径No. 12-32の狩猟用カートリッジが適しています。 それらのデータを表 1 に示します。
スリーブ No.20/24 と 24/28 は互いに嵌合し、ガタが少なく、摺接できます。 底から約15mmの高さのスリーブの内径は円錐形の移行部を持っているため、底部ではスリーブの厚さが0,5から2,0-2,5mmに増加し、これにより任意の移行を得ることが可能になります直径（図3、a）。 標準スリーブ長は70mmですので、430枚のスリーブでXNUMXMHzのXNUMX/XNUMX波長回路を作ることができます。
同軸回路に使用される材料の表面は、平らで滑らかで、急速な酸化 (銀、クロム) から保護されている必要があります。 図3bは、必要な動作要素を備えた同軸回路の簡略化されたセクションを示しています。 これらの部品の目的、設計、およびオプションを、アマチュアの製造能力に関連して個別に検討してみましょう。 チューブ1および2の直径Dおよびd（図3、b）は、ランプの電極リードのシステム、または回路の最も重要な要素であるチューニングピストンGの設計の利便性によって決定されます。 . チューブの直径をわずかに (1 ～ 2 mm) 短い距離で変更する必要がある場合は、追加のリングをチューブ D および d の目的のセクションにはんだ付けします。
その後、所望の直径 Dv および Dn に加工します (図 4、a)。 追加のインサートは、ほとんどの場合、ランプがラインに接続されている箇所に取り付けられます。 この場合、はんだ付けされたリングとキャリアチューブの一部が母線に沿っていくつかの場所（6〜12のストリップ以上）で切断され、弾力のある接触が得られます。 チューブの長さは発電機システムによって決まり、VHF 送信機の章で説明します。 同軸回路は通常、一方の端で短絡されます。つまり、チューブ 1 と 2 (図 3b) は、底部 3 とディスク 4 を使用して、またはそれなしで (図 4b と c) 互いに接続されます。 チューブを分離できないように接続すると（図4、b）、チューブは底部3にはんだ付けされます。 相互の正確なセンタリングのために、底にはくぼみがあります。 底が回転していない場合は、次のようにして十分なセンタリングを確保できます。板金では、直径 D と d を鋭いコンパスで適用し、2 番目の直径は D より 2 mm 小さく、d より XNUMX mm 大きくします。 これらの補助円は、手動処理中に底の外側の輪郭と直径 d の内側の穴の同心性を維持するのに役立ちます。これは、表面処理中に最も近い補助円を使用してその曲率を制御できるためです。 図 4c は、分離容器を介してチューブ 1 と 2 を接続するための 2 番目のオプションを示しています。 これを行うには、ディスク 4 をチューブ 1 に垂直にはんだ付けし、チューブの端にネジを切ります。 外管１は底部３にはんだ付けされており、その中心には絶縁材料のブッシングＢが通されている。 チューブ 3 と 1 は M2 ボルトで接続され、厚さ 3 ～ 3 mm のマイカ 4 がディスク 5 の底部 0,1 の滑らかな研磨面の間に置かれます。マイカは直径 D に達する必要があります。ディスク 0,15 の直径ディスク 4 の直径が 2 mm の場合、マイカの厚さが 3 mm の場合、絶縁コンデンサの静電容量は約 4 pF になり、周波数 30 MHz での遷移の静電容量は約 0,1 pF になります。は約375オームです。 このようなコンデンサは、RF 回路を電源回路から分離するために必要です。 VHFとマイクロ波で部品を接続するときは、部品のはんだ付けに非常に真剣に取り組むことが非常に重要です. はんだ付けが不十分だと、回路の品質係数が XNUMX ～ XNUMX 倍低下する可能性があります。 同軸設計の最も複雑な要素は、広範囲にわたる同調システムです。 通常、これは異なるピストンの形で作られた「短絡回路」の長手方向の動きによって行われます。 このようなシステムの本質は図に示されています。 1-20,6、パート 6、7、8。 再構築システムの主な要件は、システムによって回路に導入される損失を最小限に抑えることと、その損失が経時的に一定であることです。 アマチュア無線の状況では、広範囲のチューニングを行わなくても可能であるため、ピストンを再構築するためのシステムでは、主な考慮事項と最も簡単に実行可能なピストンの設計のみを示します。 花弁ピストンに接触し、同軸回路のチューブの表面間に弾力性のある機械的接触を生成します（図5、a）。
- かなりの静電容量を介してラインの短絡を作成するスライドピストン（図5、b）。 - ライン自体の波抵抗の変化により周波数調整を行う誘電ピストン (図 6)。
他のすべてのタイプのピストン (非接触式、Z スロットルなど) は複雑であり、アマチュアの練習で再現するのは困難です。 接触花びらピストン (図 5 を参照) は、壁厚 1 ～ 2 mm の適切な直径の真鍮管 T1、T5 の部品から組み立てるのが最も簡単です。 材料の弾性と加工の可能性に応じて、ピストン lp の長さは 10 ～ 25 mm になります。 T1 チューブの外径は、長さに沿って 0,4 ～ 0,5 mm 減少し、一端に幅 2 ～ 3 mm の側面が残ります。 T2 チューブにも同じ側が残りますが、内側のみになります。 これにより、圧力がチューブ T1、T2 の端に集中することが可能になり、接触の信頼性と一貫性が大幅に向上します。 旋盤で機械加工する場合、側面の中央に浅い（0,15〜0,2 mm）溝を作ることができ、組み立て中に直径0,4〜0,6 mmの鋼線で作られたスプリングリングが引っ張られます。 チューブ T1 の場合は内側から、T2 の場合は外側から溝が作られます (図 5 のドットで示されています)。 チューブの縁に沿って、側面の側面から、縦方向のスロットがジグソーまたは薄いスロットで機械加工され、接触花弁が作成されます。 それらの数と寸法は、材料の弾性特性、ピストンの直径と長さによって異なります。 通常、花弁の幅は T2 で約 3 ～ 2 mm、アウター チューブで約 3 ～ 5 mm です。 この操作は、将来の花びらに永久的な変形を生じさせたり、バリを残したり、側面の表面を傷つけたりしないように、非常に慎重に行う必要があります。 この操作中のチューブT1とT2は、必要な直径の木製ブランクに置かれます。 次に、それらを下の 3 に接続し、はんだ付けします。 底部の直径 (D'+d'')/2 の円上に、ピストンを動かすのに必要なロッド 2 (図 3、b を参照) を取り付けるための M7 または M2 ねじで 8 つまたは 4 つの穴が作られています。 . 6mm のスポークは引っ張りに適した素材です。 システムの外側でロッドを固定するリング 4 には、M6 または M1 ねじの付いた中央の穴があり、そこに M2 (M2) ねじが通され、回転中にピストンの並進運動が生じます。 このような運動学的駆動システムがなければ、「手動で」目的の周波数に同調することは不可能です。 ピストン用のチューブ T3、TXNUMX として、ハンティング カートリッジのベースを使用できる場合があります。 スリーブの外側のリムを希望の直径に回す必要があります。 TXNUMXチューブの側面と必要な内径は、スリーブの後部を特定の高さで切り取ることで得られます（図XNUMX、a、切断線ABを参照）。 接触ピストンは、機械的および電気的に同軸回路に短絡を引き起こします。 ただし、多くの場合、高周波回路を閉じる必要がありますが、一般回路では電源の短絡はありません。 このような場合、ピストンはRF電流の入れ物として機能する必要があるため、ピストン内の外管T1とT2は互いに分離され、同時に十分な容量を備えている必要があります。 分離容器を備えたピストンのそのような設計は、図５ｂに概略的に示されている。 ピストンは図5cに示す設計と大差ありません。 ピストンの中央部分は同軸回路の内部導体dが通過できるように空いている必要があるため、ピストンチューブT4にはんだ付けされた下部3と追加のディスク4は、直径T2+T1に沿って配置された2本のボルトで接続する必要があります。互いに隔離されます。 これは、マイカガスケット（0,08〜0,1 mm）と絶縁材料（プレキシガラス、エボナイト）で作られた250つのブッシングによって実現されます。 組立後、高電圧（300〜XNUMXV）での絶縁確認が必要です。 短いピストンには、オーバーラップ範囲が広いという利点がありますが、コンタクトローブが共振器の短絡端に常に位置する電流の腹に近いため、重大な損失が発生します。 損失を減らすには、すべての表面が滑らかで、花びらの圧力が十分にしっかりしていて、スムーズな乗り心地が必要です。 ピストンの花びらのクロムメッキまたはニッケルメッキは、それ自体を適切に正当化します。 スライドピストンは、表面がアルマイト処理された、輪郭に沿って簡単にスライドするアルミニウムシリンダーです。 スライド シリンダーはいわば輪郭のセンタリング システムです。 誘電体ピストンは、スライディングピストンと同様に、共振器内の空間の一部を満たし、このセクションでは、「イプシロン」時間のルートによってラインの波動インピーダンスZoを低減します。
ここで、e は材料の誘電率です。 Zd と Zo はオーム単位です。 この式は、誘電体が空隙を追加せずに空間を埋めるという仮定に基づいて正確です。実際、Zo の減少は計算されたものよりも小さくなります。 ピストンがある場合、等高線は抵抗 Zo-Zd-Zo で不均一になります (図 6b を参照)。周波数。 7/9 波長回路でピストンが回路の短絡端から開放端 (ランプに向かって) に移動すると、周波数は材料と製造精度 (エアギャップ) に応じた量だけ直線的に減少します。 25 ～ 200 MHz の周波数で長さ 700 mm の Mikanex ピストン (e = 30 ～ 40) の場合、同調周波数の変化は XNUMX ～ XNUMX% ですが、損失は最低周波数の領域で急速に増加します。 これは、ピストンがランプの近くの電圧の腹にあり、誘電体の損失が電圧の XNUMX 乗に比例するという事実によるものです。 この欠点は、狭い周波数範囲での動作では重要ではなく、誘電ピストンの利点は、金属の摩擦接触がないことです。 残念ながら、耐熱性が高く、高電子で加工しやすい適切な材料の選択は限られています (ミカネックス、セラミック)。 430〜440 MHzの最も広い範囲では、fmax - fmin \u1,06d 10、つまり3％未満の相対的な調整が必要であるため、説明したピストンが与える範囲の重複は常に使用できるわけではありません。 このような状況では、集中した一時容量を調整するのが最も簡単です。 このような設定で可能なオプションの 9 つは、図 7b の詳細 3 に概略的に示され、他の 7 つは図 7 に示されています。 すべての場合において、図3による設計の場合、可変の追加キャパシタンスが小さなRF電圧の場所（図4およびXNUMXによると、共振器の端のa）で回路に導入されます。 、ｂ、短絡端から離れた位置にある。 このケースでは、共振器の全長が XNUMX/XNUMX ラムダで、ランプが開放端で点灯していると仮定しています。
調整は、追加のディスクと同軸システムの中心導体の間の距離を変更することによって、または大幅な調整が必要な場合は7つのディスクの間の距離を変更することによって実行されます（図XNUMX、a）。 範囲内でチューニングする場合（通常は 1 MHz を超える周波数）、Mb や M000 などの共振器のキャビティにネジの端部のみを挿入するだけで十分な場合があります。 最も単純な設計を図 7b に示します。 ナット（M4、M6）は回路外面にしっかりと固定されています。 ねじ２の端部には追加のねじ山３があり、そこにコンデンサディスク４が外側からねじ込まれる。 組み立て前に、ワッシャー 2 をネジ 3 に取り付け、次にバックラッシュをなくす拡張スプリング 4 を取り付け、再びワッシャー 2 を取り付けます。通常、ネジは 5 回転か 6 回転しか使用する必要がないため、適切にフィットするスプリングは取り付けられません。機械的な複雑さを設定に取り入れます。 同軸回路と負荷またはアンテナとの最も簡単な接続は、接続要素（ディスク付きのピン）が電圧の波腹にある静電容量（図3、bの詳細10、11を参照）によるものです。 接続の程度は、中央の導体に対するこの要素の動きによって調整されます。 より単純なケースでは、カップリング要素を備えた同軸コネクタがスリーブ12を通過し、スリーブ12はループ導体で外側にしっかりと固定されています。 必要な程度の接続は、スリーブ XNUMX を貫通するねじで固定されます。 8番目の特徴的な通信方法-共振器の磁場を介した-は、常にラインの短絡端にある誘導通信ループを使用して実行されます（図XNUMX）。
ループの寸法を変えることで接続度を急激に変えることができ、ループの面を90°回転させることで接続度を変えることができます。 固定ネジで希望の程度の接続を固定できます（図8、a）。 図 8b は、同軸線 l1 の共通セグメントを使用するアンテナ回路と、長い線 l2 を使用するグリッド回路のオートトランス接続を示しています。 これは、最も好ましい動作条件を選択するのに役立ちます (たとえば、受信機の入力回路)。 確かに、このような同軸設計の選択は困難であり、外側の円筒の縦方向のスロットを介してプロトタイプに対して行われます。 特定の抵抗変換比 K のタップ位置は、共振器自体の全長 lo に依存します。 長さ l® が純粋な 10 分の 2 波長に等しい場合 (理想的な場合)、タップを距離 l0,215 = 4L/0,5 に配置すると K=4 が得られます。 全長loが2L / 0,15（強く短くなった線）に等しい場合、後退するときはl4 \u10d XNUMXL / XNUMX KはXNUMXになります。 ランプと高周波回路の接続 前のセクションでは、ランプに接続されていないRF回路の動作条件、またはこの接続が純粋に回路図である場合について説明しました。 実際、VHFでは、これらのリンク間の相互接続は非常に強力です。ランプは、不均一性、静電容量だけでなく、重大な損失も回路にもたらします。 一方、ランプの最高効率は、回路の共振抵抗の大きさと、外部回路が電極に生成する電圧の位相の両方に依存します。 動作周波数が高いほど、これらの接続はより重要になります。 接続されたランプである不均一性の外形への影響については、すでに上で述べました。 VHF 機器の設計における重要なリンクは、トランジション、つまりランプが回路の残りの部分に接続される方法です。 この遷移によって外部回路に大きなリアクタンスと損失が発生しないようにする必要があります。 「ビーコン」などの特別なVHFランプの場合、この移行は、同軸回路に関連する結論自体の同心設計によってすでに設定されています。 しかし、144MHzと430MHzの範囲では、ピンリード付きの通常のフィンガーシリーズのランプを使用する必要があることがよくあります。 チューブソケットを使用すると、これらのリードが長くなり、特に430MHz以上で顕著になります。 これらの周波数では、パネルを使用せずに、ランプを何らかのクランプで回路に直接接続することをお勧めします。 多くの VHF ノードでは、カップリング コンデンサとグリッドの漏れ抵抗が見られます。 このような回路の動作は、多くの場合、静電容量の値ではなく、実装に依存します。 絶縁コンデンサの代わりにセラミック コンデンサ (KDK または KTK タイプ) をグリッド回路に取り込んで、ソケットを介してランプ グリッドに接続すると、430 ～ 440 MHz の範囲で外部インダクタンスが長さは 50 ～ 60 mm です。 L / 4 は約 17,5 cm であるため、ランプの静電容量とその結果生じる不均一性により、有効ライン長は可能な長さの XNUMX 分の XNUMX にすぎず、回路の品質係数が急激に低下し、フィードバックと動作電圧の増加。 12C3C（LD1）ランプ用の絶縁コンデンサCcの設計を図9に示します。 ランプにはグリッドとアノードの両方の9つの剛性出力があり（図10、a）、したがって、幅12〜0,8 mm、1,0の銅のストリップから平らな線の形でそれらの間の輪郭を作成すると便利です。 -厚さ1mm（図9bの詳細XNUMX）。
ストリップの端に、深さ2 mmの0,5つの溝3が作成され、その上に厚さ0,3〜0,35 mmの青銅のストリップ4が適用されます.XNUMXつの溝も絞り出され、XNUMXつの細いリベットXNUMXでラインに固定されます. その後、12C3Cランプを端側から結果のソケットクリップに配置できます。 ランプグリッドが接続されているラインの端部は、15 mmの距離で切断されてから、再びラインに取り付けられますが、マイカガスケット5を介して取り付けられます。 この接続は、絶縁ワッシャー6を介して7つのXNUMXミリメートルのネジXNUMXを使用して簡単に行うことができます。 したがって、1〜3 pFの容量を持つコンデンサCcがストリップ60と80の間に形成され、同時にクランプの弾性システムがランプを接続するために使用されます。 等高線の均一性が損なわれない。 その結果、外側のラインの長さは 125 ～ 130 mm になり、L/4 と比較して 40 ～ 50 mm だけ短くなります。 430 MHzで組み立てられた発電機が10〜15 Vの電圧で安定して動作するような回路の品質係数が判明しました。 ランプは、回路に大きな固有容量を導入するだけでなく、大幅な減衰ももたらします。 測定によると、GI400Bタイプのランプを備えた高品質の同軸回路（直径700 mm、長さ70 mm）の370〜11 MHzの範囲では、相対損失の合計が次のように分布しています。
その結果、すべての損失の半分以上がランプによって発生し、次に接触ピストン（または短絡はんだの場所）からの損失があり、最後に、回路の円筒面の状態によって決定される損失があります。 さまざまなタイプのランプがさまざまな方法で外部発振回路をシャントし、システム全体 (たとえば、VHF ジェネレーター) が最大負荷に達する前であっても、その共振インピーダンスを低下させます。 この効果は、すべての負荷の後でも最適な負荷抵抗 Ropt を発電機ランプに十分な余裕を持って提供するような共振インピーダンスを備えた高品質の RF 回路を作成することによって麻痺させることができます。単巻変圧器回路を使用した RF 回路の一部。 文学:
出版物：N。ボルシャコフ、rf.atnn.ru
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