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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA O uso de ressonadores espirais em equipamentos amadores de VHF. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Nós de equipamentos de rádio amador Em equipamentos transceptores modernos, são impostos altos requisitos de seletividade, pureza espectral do transmissor e sinais do oscilador local. Isso é especialmente verdadeiro no projeto de equipamentos de micro-ondas. Bons resultados só podem ser alcançados quando se utiliza no processo de projeto um conjunto de técnicas para melhorar a qualidade dos equipamentos. Vamos listar os principais. São circuitos progressivos, uso de componentes modernos de baixo ruído, instalação racional, blindagem, estabilização de circuitos de alimentação e, claro, filtragem de sinais de RF e microondas. Nenhum projeto de equipamento VHF pode prescindir de filtros. Ao projetar, muitas vezes surgem dificuldades. Que tipo e design do filtro é mais aceitável? A tarefa de escolha está definida. Os principais critérios aqui são:
Na maioria das vezes, na prática cotidiana, os radioamadores usam filtros LC com bobinas de fio de até 200 MHz, fios e linhas impressas em frequências acima de 200 MHz. Ao utilizar tais filtros em frequências acima de 30 MHz, há problemas com o fator de qualidade das bobinas. Assim, em uma frequência de 30 MHz, mantendo um tamanho de bobina aceitável, você pode obter um fator de qualidade de cerca de 200. O fator de qualidade das bobinas usadas em equipamentos seriais não ultrapassa 150. O uso de linhas impressas é limitado pelo material utilizado e o tamanho das linhas, dependendo da frequência. Excelentes resultados são obtidos ao usar ressonadores coaxiais de quarto de onda. Tais ressonadores fornecem um fator de qualidade de até 5000, mas seu uso em equipamentos de pequeno porte torna-se inaceitável devido às suas grandes dimensões. Assim, o ressonador a uma frequência de 30 MHz tem um comprimento de 2.5 metros e a uma frequência de 500 MHz tem 15 cm. Em 1950, o americano Alexander Horvath publicou uma mensagem, e em 1956 recebeu uma patente americana N2.753.530 para HIGH Q FREQUENCY TUNER. A invenção revolucionou o campo da teoria dos filtros e ressonadores. O mundo aprendeu sobre um tipo fundamentalmente novo de ressonador - um espiral. INFORMAÇÕES GERAIS O fator de qualidade dos ressonadores espirais, dependendo do projeto e da frequência, está na faixa de 200...5000 e atinge 85% do fator de qualidade dos ressonadores coaxiais de quarto de onda. Por outro lado, o comprimento dos ressonadores espirais pode ser reduzido por um fator de 30. Facilidade de ajuste, alta eficiência, uma variedade de formas de correspondência abriram um amplo caminho para a aplicação prática de ressonadores e filtros espirais. O ressonador de cavidade espiral possui uma tela redonda ou retangular dentro da qual é colocada uma bobina de camada única. Uma de suas extremidades está fechada para a tela e a outra está aberta. O núcleo de metal, introduzido do lado da saída aberta da espiral, altera a capacitância do ressonador - é assim que ocorre o ajuste de frequência.
Ao calcular os ressonadores espirais, deve-se ter em mente as limitações físicas impostas aos elementos, os métodos de sintonia, as conexões mútuas dos ressonadores entre si e com as cargas. A Figura 1 mostra um ressonador espiral de forma clássica. (D é o diâmetro interno da tela, d é o diâmetro médio da hélice, do é o diâmetro do fio, S é o passo da hélice, b é a altura da hélice, B é a altura interna da tela). Esses valores são escolhidos nas seguintes proporções: 0.5 CÁLCULO DE RESSONADORES ESPIRAIS A PARTIR DE NOMOGRAMAS Cálculos teóricos e derivação de equações que descrevem os parâmetros dos ressonadores espirais são muito complicados e nunca são usados na prática. O método mais aceitável para calcular ressonadores espirais é o uso de nomogramas, onde todas as conclusões teóricas se encaixam em 5 nomogramas conectados linearmente. O comprimento elétrico, capacitância de borda na extremidade aberta da bobina e o comprimento do fio no enrolamento serão aproximadamente os seguintes:
Vamos considerar exemplos de cálculo de ressonadores espirais. Para o cálculo, utilizaremos o nomograma (Fig. 2). Primeiro exemplo É necessário calcular o ressonador para uma frequência de 10 MHz e um fator Q sem carga igual a 1000. Conectando um ponto de linha 1 no eixo fo=10 MHz com um ponto no eixo Q= 1000, determinamos que o diâmetro interno da tela é D=150mm. Conhecendo o diâmetro D, ligamos o ponto fo=10 MHz com o ponto D=150 mm e, continuando a linha até cruzar com o eixo N, Z0, obtemos o número de voltas N=30. Ao escolher d/D=0,55, obtemos o diâmetro médio da bobina d=83,5 mm. Neste caso, os valores aceitáveis serão: S = 4.5 voltas por cm, b = 125 mm, B = 200 mm. Como pode ser visto a partir do cálculo, o ressonador helicoidal de 10 MHz tem dimensões muito grandes. Segundo exemplo É necessário calcular o ressonador para uma frequência de 70 MHz. O fator de qualidade de um ressonador descarregado deve ser de pelo menos 850. O ressonador é montado em uma tela com seção transversal quadrada. Pode-se ver pelo nomograma (linha 2) que uma tela com seção transversal circular deve ter um diâmetro D=60mm. A dimensão interna do lado da tela quadrada é D/1.2 - 50 mm. O número necessário de voltas é 11. Com d / D - 0.55, o diâmetro da bobina será de 33 mm. O comprimento da bobina é de 50 mm. O comprimento da tela é de 95 mm. Terceiro exemplo Calculamos o ressonador para uma frequência de 400 MHz com um fator de qualidade sem carga Q - 2000. A partir do nomograma, determinamos que o diâmetro interno da tela D é de 50 mm e o número de voltas n é de 2.25 voltas. O diâmetro médio da bobina será de 27 mm e o passo do enrolamento será de 19 mm. Comprimento da bobina - 40mm, comprimento da tela - 55mm. Ao projetar ressonadores espirais, é necessário lembrar o seguinte: o material do qual a estrutura da bobina é feita não deve apresentar perdas. Recomenda-se o uso de poliestireno, radiocerâmica ou fluoroplast. Se as bobinas forem feitas com um fio grosso ou barramento, é melhor ficar sem um quadro. Para garantir uma boa condutividade, é desejável usar um fio prateado e uma superfície interna prateada da blindagem. Em frequências de até 100 MHz, você também pode usar um fio de cobre convencional (incluindo SEW), no entanto, um fio prateado aumenta o fator de qualidade em cerca de 3%. Lembre-se de que a limpeza do processamento da superfície interna da tela é muito mais importante do que o prateamento subsequente. A tela não deve ter costuras paralelas ao eixo da bobina e, se houver, devem ser bem soldadas para garantir baixa resistência de contato. A extremidade inferior da bobina deve ser trazida para a parede lateral da tela o mais reta possível e soldada a ela. Se a extremidade da bobina for trazida para a parede inferior da tela, esta deve ser soldada cuidadosamente à tela para reduzir as perdas nas juntas. A bobina deve atingir a borda da tela a uma distância não inferior a um quarto do diâmetro da tela. Se a bobina for abaixada muito para a parte inferior da tela, as poucas voltas inferiores serão ineficientes para armazenamento de energia, introduzirão perdas significativas, o que afetará adversamente o fator de qualidade do ressonador. A lacuna na parte superior da tela serve para reduzir a capacitância parasita e evitar arcos em ressonadores potentes. Deve-se lembrar que se o ressonador espiral for ligado na saída de um transmissor VHF com potência de saída de 10 W, então no final da espiral a amplitude da tensão será de 60-80 kV. Como elemento de afinação, é aconselhável usar um núcleo de latão com diâmetro de 3 a 8 mm. Ao configurar, certifique-se de que o núcleo não seja mais profundo do que 5-10% do comprimento da bobina. Bons resultados são obtidos por um núcleo com um disco na extremidade com diâmetro de 60-80% do diâmetro (lateral) da tela. Uma ranhura é feita na extremidade externa do núcleo manipulado. Após o ajuste, o núcleo é travado com segurança (você pode usar uma porca de travamento). De particular importância é a resistência do contato do núcleo com a tela. Deve ser o menor possível. Autores: Sergey Kuznetsov (UC2CAM), Vladimir Chepyzhenko (RC2CA); Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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