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无线电电子与电气工程百科全书 VHF 电路的设计。 无线电电子电气工程百科全书
在 144 和 430 MHz 及以上的范围内，最常用的是两线制线路的开路或同轴电路。 较新的类型 - 平面和凹槽轮廓 - 尚未广泛分布。 在 VHF 上实施任何等值线的主要注意事项是减少所有类型的损失。 高频电流主要沿着导体的外表面流动，它们在内部的穿透深度非常小，并且取决于材料的电导率和频率。 因此，对于最常见的材料铜，在 300 MHz 频率下的穿透深度将为 0,0038 mm，而在 500 MHz - 0,003 mm 频率下。 应该记住，黄铜和硬铝造成的损失是铜的两倍。 对镀银黄铜产品是可取的。 对于轮廓，最好使用光滑的薄壁钢管，如果可能的话，最好对它们进行镀铬。 对于同轴电路和两线制线路，铜是最好的材料。 VHF 上电流的小深度渗透要求表面光滑，抛光至镜面光洁度，因为任何粗糙度都等同于表面电阻和射频损耗的增加。 为了防止铜的氧化，它涂有银色或无色清漆（没有滑动触点的部分）。 电路的制造取决于灯的类型和设备的用途。 最适合 144 MHz 范围的灯是 GU-32、GU-29、6P21S、GU-50，它们更容易使用两线制。 对于分米范围，6S5D 类型的特殊灯很好，即所谓的信标、金属陶瓷 GI11B、GI12 和 6S11D - 圆盘，分米。 只有使用同轴线才能充分发挥这些灯的品质。 图 1 和图 2 显示了与 GU-32 灯相关的两线电路的最大节点。 线的长度应为250-270毫米，考虑到微调电容器的附加容量，线之间的距离D = 25毫米由阳极引线之间的距离、线的直径或管 d = 4-6 毫米。 使用较大直径的电线或管子是不切实际的，它们在加工中不方便，此外，由于辐射增加而增加电路中的损耗，而辐射随着D/d的减小而增加。 为了减少纵向尺寸，对称线可以以不同的方式弯曲（见图1b）。 线路的导线在短路端和线路中部固定在绝缘材料块上（见图 1，a）。
扁平或带状 HF 线路非常成功。 图上。 图 1c 显示了使用三倍频器 (430-32 MHz) 工作的 GU-144 灯在 432 MHz 范围内的四分之一波长阳极线的尺寸。 在图 1 f 所示的设计中，假设 GU-32 灯垂直于底盘。 如果将其水平放置，这将避免在其与阳极的连接点处弯曲线，并且它将是阳极电极平面的延续。 为了减少这种过渡的不均匀性，这相当于引入了一个额外的电容并需要缩短电路，在焊接弹簧触点 K1 和 K2 的条带中制作了三角形凹槽。 这使您可以沿着灯条的整个高度移动靠近灯泡的线，并减少它与 GU-32 灯阳极之间的间隙。
图 2 显示了用于连接灯的电路夹的设计。 图 2c 显示了焊接到电线凹槽中的弹性扁平夹。 夹具由 10 毫米长的青铜（实心黄铜）条制成，在条的末端用竖锯切割 12 或 XNUMX 个切口，深度为 XNUMX 毫米。 得到的条带首先在虎钳中弯曲成带槽的侧面，然后使用直径为 1,5 毫米的钻头或线材将它们挤出，形成致密的圆柱体。 条带具有弹性，可与 GU-32 灯的输出可靠接触。 这种类型的触点也可用于更细的引线，例如用于 6NZP 灯。 对于 GU-32 灯的水平布置，希望弹簧触点是线本身在轴向方向上的延续。 如果将 GU-50 灯插座中的插座焊接到电线中，则最容易实现这一点（图 2，b）。 使用导线可以制作可靠的夹具（图 2，a）。 为此，从线端到深度 1,5 mm 打一个直径为 11 mm 的纵向孔，并在距离 2 mm 处打一个用于 M13 螺栓的通孔，然后将线切割成一定长度16毫米，上部分离。 在下部制作 M2 螺纹，清洁切割面，然后再次用 M2 螺钉连接两个部件。 如果线连接到GU-32阳极的引脚上，则可以通过拧紧M2螺钉将它们牢固地夹紧。 用于线路调整的短路桥可以由一条厚 0,3-0,4 毫米、宽 10-12 毫米的青铜条制成，如图 2d 所示。 通过直径为 3 mm 的中心孔和垫圈 3，将条 1 和 2 用 M3 螺钉拧紧并缠绕在线路的电线上。 同轴电路的设计 结构材料为 4 至 100 毫米的铜或黄铜管。 对于这样的轮廓，12-32 号口径的狩猎弹药筒是合适的。 他们的数据在表1中给出。
20/24 号和 24/28 号套筒相互配合，间隙很小，可以滑动接触。 套筒的内径在距底部约 15 mm 的高度处具有锥形过渡，因此在底部，套筒的厚度从 0,5 增加到 2,0-2,5 mm，这使得可以获得任何过渡直径（图 3，a）。 由于标准套管长度为 70 mm，因此可以由两个套管制成 430 MHz 的四分之一波电路。
用于同轴电路的材料表面必须平整、光滑并防止快速氧化（银、铬）。 图 3b 显示了带有必要工作元件的同轴电路的简化部分。 让我们分别考虑与业余制造能力相关的这些部件的用途、设计及其选项。 管 1 和 2（图 3，b）的直径 D 和 d 由灯的电极引线系统决定，或者由电路中最关键元件 - 调谐活塞 G 的设计便利性决定. 如果管子的直径需要稍微改变（1-2 毫米）和短距离，则将附加环焊接到管子 D 和 d 的所需部分
随后加工至所需直径 Dv 和 Dn（图 4，a）。 附加插件通常安装在灯与线路的连接点处。 在这种情况下，焊接环和部分承载管沿着母线在几个地方（6-12条或更多）被切割以获得弹性接触。 管的长度由发生器系统决定，并在有关 VHF 发射机的章节中进行讨论。 同轴电路通常在一端短路，即管 1 和 2（图 3b）使用底部 3 和圆盘 4 或不使用底部（图 4b 和 c）相互连接。 通过不可分离的管子连接（图 4，b），它们被焊接到底部 3 中； 为了相互精确定心，底部带有凹槽。 如果底部没有转动，则可以通过以下方式确保充分对中：在金属板上，直径 D 和 d 用锋利的罗盘应用，第二个直径比 D 小 2 毫米，比 d 大 2 毫米。 这些辅助圆有助于在手动加工过程中保持底部外轮廓与直径为 d 的内孔的同心度，因为在表面加工过程中，可以使用最近的辅助圆来控制其曲率。 图 4c 显示了通过分离容器连接管 1 和 2 的第二种选择。 为此，将圆盘 2 垂直焊接到管 4 上，并在管的末端制作螺纹。 外管1焊接到底部3中，绝缘材料的套管B穿过底部1的中心。 管2和管3用M3螺栓连接在一起，圆盘4底部5光滑、抛光的表面之间铺设厚度为0,1-0,15毫米的云母4：云母应达到直径D。圆盘2的直径比D小3-4mm 如果圆盘30的直径为0,1mm，则采用375mm厚的云母，隔离电容的电容约为430pF，频率为0,8MHz时的过渡电容约为XNUMX欧姆。 这种电容器对于将射频电路与电源电路分开是必要的。 在 VHF 和微波上连接零件时，非常认真地对待零件的焊接非常重要。 焊接不良会使电路的品质因数降低两到三倍。 同轴设计中最复杂的元素是各种调谐系统。 通常，这是通过以不同活塞的形式制成的“短路”的纵向运动来完成的。 这种系统的本质如图所示。 1-20,6，详细信息 6、7、8。任何重组系统的主要要求是其引入电路的最小损耗及其随时间的恒定性。 由于在业余无线电条件下，无需进行大范围调谐是可能的，因此用于重建活塞的系统仅列出了最简单可行的主要考虑因素和活塞设计； 接触瓣活塞，在同轴回路的管子表面之间产生弹性机械接触（图 5，a）；
- 滑动活塞，通过显着电容造成线路短路（图 5，b）； - 介电活塞，由于线路本身的波阻变化而提供频率调谐（图 6）。
所有其他类型的活塞——非接触式活塞、Z 型油门活塞和其他活塞——都很复杂，在业余练习中很难重复。 接触瓣式活塞（见图 5）最容易由直径合适、壁厚为 1-2 mm 的黄铜管 T1、T5 组装而成。 根据材料的弹性和加工的可能性，活塞的长度lp可以为10至25毫米。 T1管的外径沿长度减小0,4-0,5毫米，使得一端保留2-3毫米宽的一侧。 同一侧留给 T2 管，但仅在内侧。 这使得压力集中在管T1、T2的端部，并显着提高了接触的可靠性和一致性。 在车床上加工时，可在侧面中间开一个浅槽（0,15-0,2mm），装配时将直径为0,4-0,6mm的钢丝制成的弹簧圈拉到槽上。 对于管 T1，从内部制作凹槽，对于 T2 - 从外面制作凹槽（如图 5 中的点所示）。 沿着管的边缘，从侧面，纵向槽用竖锯或细槽加工，形成接触花瓣。 它们的数量和尺寸取决于材料的弹性特性、活塞的直径和长度。 通常，花瓣宽度在 T2 上约为 3-2 毫米，在外管上约为 3-5 毫米。 此操作必须非常小心，以免在未来的花瓣中产生永久变形，不要留下毛刺，也不要划伤侧面的表面，侧面应始终保持非常光滑，滑动。 在此操作期间将管 T1 和 T2 放在所需直径的木坯上。 然后将它们连接到底部 3 并焊接好。 在底部，在直径为 (D'+d'')/2 的圆上，用 M2 或 M3 螺纹制作两个或三个孔，用于连接活塞移动所需的杆 7（见图 2，b） . 8mm 的辐条可以是很好的拉力材料。 将活塞杆固定在系统外部的环 4 有一个带有 M6 或 M4 螺纹的中心孔，一个 M6 (M1) 螺钉穿过该孔，从而在旋转过程中产生活塞的平移运动。 如果没有这样的运动驱动系统，就不可能“手动”调谐到所需的频率。 作为活塞的管 T2、T2，有时可以使用狩猎弹药筒的底座。 套筒的外缘必须转动到所需的直径。 T3管的侧面和所需的内径可以通过在一定高度处切断套管的后部来获得（见图XNUMX，a，切割线AB）。 接触活塞在同轴电路中产生机械和电气短路。 然而，通常需要关闭高频电路，但在电源的通用电路中不会出现短路。 在这种情况下，活塞必须充当射频电流的容器，因此其中的外管 T1 和 T2 必须相互隔离，同时具有足够的容量。 具有分离容器的活塞的这种设计示意性地显示在图5b中。 活塞与图 4c 所示的设计没有太大区别。 由于活塞的中心部分必须为同轴电路的内导体 d 的通道提供自由，底部 3 和焊接到活塞管 T4 上的附加圆盘 2 必须通过位于直径 T1 + T2 的三个螺栓连接并且彼此隔离。 这是通过一个云母垫片（0,08-0,1 毫米）和三个绝缘材料（有机玻璃、硬橡胶）制成的衬套来实现的。 组装组件后，需要检查高压（250-300 V）下的绝缘情况。 短活塞具有大范围重叠的优点，但它们会带来显着的损耗，因为接触瓣靠近始终位于短路端的谐振器中的电流的波腹。 为了减少损失，所有表面必须光滑，花瓣的压力足够坚固，但行驶平稳。 活塞瓣的镀铬或镀镍证明其合理性。 滑动活塞是一个容易沿轮廓滑动的铝制气缸，其表面经过阳极氧化处理。 可以说，滑动圆柱体是轮廓的定心系统。 与滑动活塞一样，介电活塞填充了谐振器内部的一部分空间，在这一部分中，将线路的波阻抗 Zo 减小了“epsilon”倍的根，即
其中 e 是材料的介电常数； Zd 和 Zo 以欧姆为单位。 在假设电介质填充空间而没有额外的气隙的情况下，该公式是准确的，实际上，Zo 的减少量小于计算值。 在存在活塞的情况下，轮廓线变得不均匀，电阻为 Zo-Zd-Zo（见图 6，b），这相当于在活塞的位置引入了一些额外的电容 Cg，因此降低了工作频率。 当活塞在四分之一波长电路中从电路的短路端移动到开路端（朝向灯）时，频率会线性下降，其量取决于材料和制造精度（气隙）。 对于 7 mm 长的 Mikanex 活塞 (e = 9-25)，在 200 到 700 MHz 的频率下，调谐频率的变化为 30-40%，而在最低频率区域内损耗迅速增加。 这是因为活塞位于灯附近电压的波腹处，电介质中的损耗与电压的平方成正比。 这个缺点对于在窄频率范围内的操作来说是微不足道的，而介电活塞的优点是没有金属摩擦触点。 不幸的是，合适材料的选择 - 耐热、大 e 且易于加工 - 是有限的（micanex、陶瓷）。 所描述的活塞给出的范围重叠并不总是可用，因为 430-440 MHz 的最宽范围需要 fmax - fmin ≤ 1,06 的相对调谐，即小于 10%。 在这些条件下，最简单的方法是调整集中临时容量。 这种设置的可能选项之一示意性地显示在图 3b 的细节 9 中，另外两个显示在图 7 中。 在所有情况下，在根据图 3 的设计的情况下，可变附加电容被引入到电路中的小 RF 电压处（根据图 7 和图 7，a 在谐振器末端）。 ，b，距短路端一定距离。 这种情况假设谐振器的总长度为 3/4 lambda 并且灯在开路端亮起。
调整是通过改变附加圆盘和同轴系统中心导体之间的距离来进行的，或者，如果需要大调整，则在两个圆盘之间进行调整（图 7，a）。 有时为了在该范围内进行调谐（通常在 1 MHz 以上的频率），只需将螺钉的末端部分引入谐振器的腔体中就足够了，例如 Mb 或 M000。 最简单的设计如图 7b 所示。 螺母（M4、M6）牢固地紧固到电路的外表面。 螺钉2在端部具有额外的螺纹3，电容器盘4从外部旋入到该螺纹2上。 在组装之前，将垫圈5放置在螺钉6上，然后将消除间隙的膨胀弹簧5放置在垫圈XNUMX上。由于通常只需要使用一或两圈螺钉，因此不需要引入合适的弹簧机械并发症进入设置。 同轴电路与负载或天线的最简单连接是通过电容（参见图 3，b 细节 10、11），其中连接元件 - 带有圆盘的引脚 - 位于电压的波腹中。 连接程度由该元件相对于中间导体的移动来调节。 在更简单的情况下，具有耦合元件的同轴连接器穿过套管12，套管12用环形导体刚性地固定在外侧。 然后用穿过套筒 XNUMX 的螺钉固定所需的连接度。 第二种典型的通信方法 - 通过谐振器的磁场 - 使用感应通信回路执行，该回路始终位于线路的短路端（图 8）。
可以通过改变环的大小来突然改变连接度，通过将环平面旋转 90° 来改变连接度。 您可以使用锁定螺钉固定所需的连接程度（图 8，a）。 图8b显示了使用同轴线l1的公共段的天线电路和使用长线l2的栅极电路的自耦变压器连接。 这有助于选择最有利的操作条件（例如，在接收器的输入电路中）。 诚然，这样的同轴设计选择很困难，并且通过外筒中的纵向槽对原型进行。 特定电阻变换比K的抽头位置取决于谐振器本身的总长度lo。 如果长度 lо 等于纯四分之一波长（理想情况），则当抽头放置在距离 l10=2L/0,215 处时，获得 K=4。 如果总长度lo等于0,5L / 4（强烈缩短的线），那么当缩回l2时0,15L / 4 K是10，依此类推。 灯与高频电路的连接 前面的部分讨论了未连接到灯的射频电路的工作条件，或者这种连接纯粹是示意性的。 事实上，在 VHF 上，这些环节之间的相互联系非常强：灯在电路中引入的不仅是不均匀性、电容，而且还有很大的损耗。 另一方面，灯的最高效率取决于电路谐振电阻的大小和外部电路在电极上产生的电压的相位。 工作频率越高，这些连接就越关键。 上面已经提到了不均匀性对外轮廓的影响，也就是连接的灯。 VHF 设备设计中的一个重要环节是过渡，即灯与电路其余部分的连接方式。 必须保证这种过渡不会在外部电路中引入大的电抗和损耗。 对于特殊的 VHF 灯，例如“信标”，这种过渡已经由与同轴电路相关的结论本身的同心设计决定。 但在 144 和 430 MHz 的范围内，通常需要使用带有引脚引线的通常手指系列的灯。 灯座的使用延长了这些引线并引入了显着的异质性，尤其是在 430 MHz 和更高频率时尤为明显。 在这些频率下，最好不要使用面板，用某种钳位将灯直接连接到电路。 在许多 VHF 节点中，发现了耦合电容器和栅极漏电电阻。 这种电路的操作通常取决于它们的实现，而不是电容的值。 如果在栅极电路中取一个陶瓷电容（KDK或KTK型）代替隔离电容，并通过插座连接到灯栅上，那么在430-440 MHz范围内，外部电感将长度为 50-60 毫米。 由于 L/4 约为 17,5 cm，由于灯的电容和由此产生的不均匀性，有效线路长度仅为可能长度的三分之一，这导致电路的品质因数急剧下降，反馈和工作电压的增加。 用于 12C3C (LD1) 灯的隔离电容器 Cc 的设计如图 9 所示。 该灯具有栅极和阳极的两个刚性输出（图 9，a），因此可以方便地将它们之间的轮廓用 10-12 毫米宽和 0,8 毫米宽的铜条制成平线-1,0 mm 厚（图 1b 中的细节 9）。
在条的末端，制作两个 2 毫米深的凹槽 0,5，并在其上施加一个 3-0,3 毫米厚的青铜条 0,35，其中两个凹槽也被挤出，并用两个细铆钉 4 固定在线上. 之后，可以将 12C3C 灯从端侧放入生成的插座夹中。 与灯栅相连的线路末端部分在 15 mm 的距离处被切断，然后再次连接到线路上，但通过云母垫圈 5。 使用穿过绝缘垫圈 6 的两个 7 毫米螺钉 XNUMX 更容易进行这种连接。 这样，在灯条1和3之间就形成了一个容量为60-80pF的电容器Cc，同时用弹性夹子系统连接灯。 轮廓线的均匀性不受干扰。 结果，外线的长度为 125-130 毫米，即与 L / 4 相比仅缩短 40-50 毫米。 事实证明，电路的品质因数使得以 430 MHz 组装的发生器在 10-15 V 的电压下稳定工作。 该灯除了在电路中引入大的固有电容外，还引入了显着的衰减。 测量结果表明，对于带有 GI400B 型灯的高质量同轴电路（直径 700 毫米，长度 70 毫米），在 370-11 MHz 范围内，总相对损耗百分比分布如下：
因此，一半以上的损耗是由灯产生的，然后是接触活塞（或短路焊点的位置）的损耗，最后是由电路圆柱表面的状态决定的损耗。 不同类型的灯以不同的方式分流外部振荡电路，甚至在整个系统（例如，VHF 发生器）满载之前就降低了其谐振阻抗。 这种效应可以通过创建具有这样一个谐振阻抗的高质量射频电路来麻痹，在所有负载之后，它仍然提供最佳负载电阻 Ropt 并为发电机灯提供足够的余量，以及将灯本身仅连接到射频电路的一部分使用了自耦变压器电路。 文学:
出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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