在业余 VHF 设备中使用螺旋谐振器。方案、说明

螺旋谐振器在业余 VHF 设备中的使用。无线电电子电气工程百科全书

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在现代收发器设备中，对发射器的选择性、频谱纯度和本地振荡器信号提出了很高的要求。在微波设备的设计中尤其如此。只有在设计过程中采用一整套提高设备质量的技术，才能取得良好的效果。让我们列出主要的。这些是先进的电路、现代低噪声元件的使用、合理的安装、屏蔽、电源电路的稳定，当然还有射频和微波信号的过滤。

VHF 设备的任何设计都离不开滤波器。在设计时，经常会遇到困难。哪种类型和设计的过滤器更容易接受？选择的任务已设定。

这里的主要标准是：

中心频率；
带宽;
品质因数；
带宽损失；
协议方法；
方面;
成本。

大多数情况下，业余无线电爱好者使用 LC 滤波器，其线圈频率高达 200 MHz，电线和印刷线路的频率高于 200 MHz。

在高于 30 MHz 的频率下使用此类滤波器时，线圈的品质因数会出现问题。所以，在30MHz的频率下，在保持可接受的线圈尺寸的同时，可以获得200左右的品质因数。串行设备中使用的线圈品质因数不超过150。印刷线的使用受到材料的限制使用和线的大小，取决于频率。当使用同轴四分之一波长谐振器时，可以获得极好的结果。这种谐振器提供高达 5000 的品质因数，但由于尺寸大，它们在小型设备中的使用变得不可接受。因此，频率为 30 MHz 的谐振器长度为 2.5 米，频率为 500 MHz 的谐振器长度为 15 cm。

1950年，美国人Alexander Horvath发表了消息，并于1956年获得了HIGH Q FREQUENCY TUNER的美国专利N2.753.530。该发明彻底改变了滤波器和谐振器理论领域。世界了解了一种全新类型的谐振器——螺旋式谐振器。

一般信息

根据设计和频率，螺旋谐振器的品质因数在 200...5000 范围内，达到同轴四分之一波长谐振器品质因数的 85%。另一方面，螺旋谐振器的长度可以减少 30 倍。调谐方便、效率高、匹配形式多样，为螺旋谐振器和滤波器的实际应用开辟了广阔的道路。

螺旋腔谐振器有一个圆形或矩形的屏幕，里面放置了一个单层线圈。它的一端对屏幕关闭，另一端打开。从螺旋的开路输出侧引入的金属芯改变了谐振器的电容 - 这就是频率调谐的发生方式。

在业余 VHF 设备中使用螺旋谐振器
Ris.1

在计算螺旋谐振器时，应牢记施加在元件上的物理限制、调谐方法、谐振器彼此之间以及与负载的相互连接。图 1 显示了一个经典形状的螺旋谐振器。（D为筛网内径，d为螺旋线平均直径，do为线径，S为螺旋线节距，b为螺旋线高度，B为线内高度屏幕）。这些值是按以下比例选择的：0.5

从列线图计算螺旋谐振器

描述螺旋谐振器参数的方程的理论计算和推导非常繁琐，在实践中从未使用过。计算螺旋谐振器最可接受的方法是使用列线图，其中所有理论结论都适合 5 个线性连接的列线图。

线圈开路端的电气长度、边缘电容和绕组中导线的长度将大致如下：
电气长度 - 四分之一波长的 94%，边缘电容 - 0.15pf，导体长度 - 自由空间中波长的 28%。

让我们考虑螺旋谐振器的计算示例。对于计算，我们将使用列线图（图 2）。

第一个例子

需要计算频率为 10 MHz 且无负载 Q 因子等于 1000 的谐振器。通过将 fo=1 MHz 轴上的线 10 点与 Q= 1000 轴上的点连接起来，我们确定筛网内径D=150mm。知道直径 D，我们将点 fo=10 MHz 与点 D=150 mm 连接起来，继续这条线直到它与轴 N，Z0 相交，我们得到圈数 N=30。通过选择 d/D=0,55，我们得到平均线圈直径 d=83,5 mm。在这种情况下，可接受的值将是：S = 4.5 匝每厘米，b = 125 毫米，B = 200 毫米。从计算中可以看出，10 MHz 的螺旋谐振器具有非常大的尺寸。

第二个例子

需要计算频率为 70 MHz 的谐振器。

空载谐振器的品质因数必须至少为 850。谐振器安装在具有方形横截面的屏幕中。从列线图（第 2 行）可以看出，具有圆形横截面的屏幕的直径应为 D=60mm。方屏边内尺寸为D/1.2-50mm。所需的匝数为 11。使用 d / D - 0.55，线圈直径将为 33 mm。线圈长度为 50mm。屏幕长度为 95 毫米。

第三个例子

我们计算频率为 400 MHz 的谐振器，其无负载品质因数 Q - 2000。从列线图中，我们确定屏幕的内径 D 为 50 mm，匝数 n 为 2.25 匝。线圈的平均直径为 27 毫米，绕组节距为 19 毫米。线圈长度 - 40 毫米，屏幕长度 - 55 毫米。

在设计螺旋谐振器时，必须记住以下几点：制造线圈框架的材料不得引入损耗。建议使用聚苯乙烯、放射性陶瓷或氟塑料。如果线圈是用粗硬线或总线制成的，最好完全没有框架。为确保良好的导电性，最好使用镀银导线和屏蔽层的镀银内表面。在高达 100 MHz 的频率下，您也可以使用传统的铜线（包括 SEW），但是，镀银线可使品质因数增加约 3%。请记住，屏幕内表面处理的清洁度比随后的镀银重要得多。屏幕不应有平行于线圈轴的接缝，如果有接缝，则必须将它们焊接好以确保低接触电阻。线圈的下端应尽可能笔直地靠近屏幕的侧壁并焊接到它上面。如果线圈的末端被带到屏幕的底壁，后者必须小心地焊接到屏幕上以减少接头中的损耗。线圈到达屏幕边缘的距离不应小于屏幕直径的四分之一。如果线圈降低到屏幕底部过低，那么较低的几匝对于能量存储将效率低下，引入显着的损耗，这将对谐振器的品质因数产生不利影响。

屏幕顶部的间隙用于减少寄生电容并避免强大谐振器中的电弧。应该记住，如果在输出功率为 10 W 的 VHF 发射机的输出处打开螺旋谐振器，则在螺旋末端的电压幅度将为 60-80 kV。

作为调音元件，建议使用直径为 3 至 8 毫米的黄铜芯。设置时，确保铁芯的深度不超过线圈长度的 5-10%。通过在末端带有直径为筛网直径（侧面）的 60-80% 的圆盘的芯可以获得良好的效果。在索具芯的外端开一个槽。调整后，核心被牢固锁定（您可以使用锁紧螺母）。特别重要的是磁芯与屏幕的接触电阻。它应该尽可能小。

作者：Sergey Kuznetsov (UC2CAM)、Vladimir Chepyzhenko (RC2CA)；出版物：N. Bolshakov，rf.atnn.ru

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