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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE L'utilisation de résonateurs en spirale dans les équipements VHF amateurs. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Nœuds d'équipement radioamateur Dans les équipements émetteurs-récepteurs modernes, des exigences élevées sont imposées sur la sélectivité, la pureté spectrale des signaux de l'émetteur et de l'oscillateur local. Cela est particulièrement vrai lors de la conception d'équipements à micro-ondes. De bons résultats ne peuvent être obtenus qu'en utilisant dans le processus de conception un ensemble de techniques pour améliorer la qualité de l'équipement. Listons les principaux. Ce sont des circuits progressifs, l'utilisation de composants modernes à faible bruit, une installation rationnelle, le blindage, la stabilisation des circuits d'alimentation et, bien sûr, le filtrage des signaux RF et micro-ondes. Aucune conception d'équipement VHF ne peut se passer de filtres. Lors de la conception, des difficultés surviennent souvent. Quel type et quelle conception de filtre sont les plus acceptables ? La tâche de choix est définie. Les principaux critères ici sont :
Le plus souvent dans la pratique quotidienne, les radioamateurs utilisent des filtres LC avec des bobines de fil jusqu'à 200 MHz, des lignes filaires et imprimées à des fréquences supérieures à 200 MHz. Lors de l'utilisation de tels filtres à des fréquences supérieures à 30 MHz, il y a des problèmes avec le facteur de qualité des bobines. Ainsi, à une fréquence de 30 MHz, tout en conservant une taille de bobine acceptable, vous pouvez obtenir un facteur de qualité d'environ 200. Le facteur de qualité des bobines utilisées dans les équipements série ne dépasse pas 150. L'utilisation de lignes imprimées est limitée par le matériau utilisé et la taille des lignes, en fonction de la fréquence. D'excellents résultats sont obtenus lors de l'utilisation de résonateurs quart d'onde coaxiaux. De tels résonateurs offrent un facteur de qualité pouvant aller jusqu'à 5000, mais leur utilisation dans des équipements de petite taille devient rédhibitoire du fait de leurs grandes dimensions. Ainsi, le résonateur à une fréquence de 30 MHz a une longueur de 2.5 mètres et à une fréquence de 500 MHz, il mesure 15 cm. En 1950, l'américain Alexander Horvath a publié un message, et en 1956 a reçu un brevet américain N2.753.530 pour HIGH Q FREQUENCY TUNER. L'invention a révolutionné le domaine de la théorie des filtres et des résonateurs. Le monde a découvert un type de résonateur fondamentalement nouveau - un résonateur en spirale. INFORMATIONS GÉNÉRALES Le facteur de qualité des résonateurs en spirale, en fonction de la conception et de la fréquence, est compris entre 200 et 5000 et atteint 85% du facteur de qualité des résonateurs coaxiaux quart d'onde. D'autre part, la longueur des résonateurs en spirale peut être réduite d'un facteur 30. La facilité de réglage, le rendement élevé, une variété de formes d'adaptation ont ouvert une large voie pour l'application pratique des résonateurs et des filtres en spirale. Le résonateur à cavité spirale possède un écran rond ou rectangulaire à l'intérieur duquel est placée une bobine monocouche. L'une de ses extrémités est fermée à l'écran et l'autre est ouverte. Le noyau métallique, introduit du côté de la sortie ouverte de la spirale, modifie la capacité du résonateur - c'est ainsi que se produit l'accord de fréquence.
Lors du calcul des résonateurs en spirale, il convient de garder à l'esprit les limitations physiques imposées aux éléments, les méthodes de réglage, les connexions mutuelles des résonateurs entre eux et avec les charges. La figure 1 montre un résonateur en spirale de forme classique. (D est le diamètre intérieur de l'écran, d est le diamètre moyen de l'hélice, do est le diamètre du fil, S est le pas de l'hélice, b est la hauteur de l'hélice, B est la hauteur intérieure de la filtrer). Ces valeurs sont choisies dans les ratios suivants : 0.5 CALCUL DES RÉSONATEURS EN SPIRALE À PARTIR DE NOMOGRAMMES Les calculs théoriques et la dérivation des équations décrivant les paramètres des résonateurs en spirale sont très lourds et ne sont jamais utilisés en pratique. La méthode la plus acceptable pour calculer les résonateurs en spirale est l'utilisation de nomogrammes, où toutes les conclusions théoriques s'inscrivent dans 5 nomogrammes connectés linéairement. La longueur électrique, la capacité de bord à l'extrémité ouverte de la bobine et la longueur du fil dans l'enroulement seront approximativement les suivantes :
Considérons des exemples de calcul de résonateurs en spirale. Pour le calcul, nous utiliserons le nomogramme (Fig. 2). Premier exemple Il faut calculer le résonateur pour une fréquence de 10 MHz et un facteur Q sans charge égal à 1000. En reliant une ligne 1 point sur l'axe fo=10 MHz avec un point sur l'axe Q= 1000, on détermine que le diamètre intérieur de l'écran est D=150mm. Connaissant le diamètre D, on relie le point fo=10 MHz au point D=150 mm et, en continuant la droite jusqu'à son intersection avec l'axe N, Z0, on obtient le nombre de spires N=30. En choisissant d/D=0,55, on obtient le diamètre moyen de bobine d=83,5 mm. Dans ce cas, les valeurs acceptables seront : S = 4.5 tours par cm, b = 125 mm, B = 200 mm. Comme on peut le voir d'après le calcul, le résonateur hélicoïdal de 10 MHz a de très grandes dimensions. Le deuxième exemple Il est nécessaire de calculer le résonateur pour une fréquence de 70 MHz. Le facteur de qualité d'un résonateur non chargé doit être d'au moins 850. Le résonateur est monté dans un écran à section carrée. On peut voir sur le nomogramme (ligne 2) qu'un écran de section circulaire doit avoir un diamètre D=60mm. La dimension intérieure du côté de l'écran carré est D/1.2 - 50 mm. Le nombre de tours requis est de 11. Avec d/D - 0.55, le diamètre de la bobine sera de 33 mm. La longueur de la bobine est de 50 mm. La longueur de l'écran est de 95 mm. Troisième exemple Nous calculons le résonateur pour une fréquence de 400 MHz avec un facteur de qualité sans charge Q - 2000. À partir du nomogramme, nous déterminons que le diamètre intérieur de l'écran D est de 50 mm et que le nombre de tours n est de 2.25 tours. Le diamètre moyen de la bobine sera de 27 mm et le pas d'enroulement sera de 19 mm. Longueur de la bobine - 40 mm, longueur de l'écran - 55 mm. Lors de la conception des résonateurs en spirale, il est nécessaire de se rappeler ce qui suit : le matériau à partir duquel le cadre de la bobine est fabriqué ne doit pas introduire de pertes. Il est recommandé d'utiliser du polystyrène, de la radiocéramique ou du fluoroplaste. Si les bobines sont fabriquées avec un fil dur ou un bus épais, il est préférable de se passer du tout de cadre. Pour assurer une bonne conductivité, il est souhaitable d'utiliser un fil argenté et une surface intérieure argentée de l'écran. À des fréquences allant jusqu'à 100 MHz, vous pouvez également utiliser un fil de cuivre conventionnel (y compris SEW), cependant, un fil argenté donne une augmentation du facteur de qualité d'environ 3 %. N'oubliez pas que la propreté du traitement de la surface intérieure de l'écran est beaucoup plus importante que l'argenture ultérieure. L'écran ne doit pas avoir de coutures parallèles à l'axe de la bobine, et s'il y en a, elles doivent être bien soudées pour assurer une faible résistance de contact. L'extrémité inférieure de la bobine doit être amenée sur la paroi latérale de l'écran aussi droite que possible et soudée à celle-ci. Si l'extrémité de la bobine est amenée sur la paroi inférieure de l'écran, celle-ci doit être soigneusement soudée à l'écran pour réduire les pertes dans les joints. La bobine doit atteindre le bord de l'écran à une distance d'au moins un quart du diamètre de l'écran. Si la bobine est abaissée trop bas au bas de l'écran, les quelques spires inférieures seront alors inefficaces pour le stockage d'énergie, introduiront des pertes importantes, ce qui affectera négativement le facteur de qualité du résonateur. L'espace en haut de l'écran sert à réduire la capacité parasite et à éviter la formation d'arc dans les résonateurs puissants. Il convient de rappeler que si le résonateur en spirale est activé à la sortie d'un émetteur VHF avec une puissance de sortie de 10 W, alors à la fin de la spirale, l'amplitude de tension sera de 60 à 80 kV. Comme élément d'accord, il est conseillé d'utiliser un noyau en laiton d'un diamètre de 3 à 8 mm. Lors de la mise en place, assurez-vous que le noyau ne dépasse pas 5 à 10% de la longueur de la bobine. De bons résultats sont obtenus par un noyau avec un disque à l'extrémité d'un diamètre de 60 à 80% du diamètre (côté) de l'écran. Une fente est pratiquée à l'extrémité extérieure du noyau gréé. Après réglage, le noyau est solidement verrouillé (vous pouvez utiliser un contre-écrou). La résistance du contact du noyau avec l'écran revêt une importance particulière. Il doit être aussi petit que possible. Auteurs : Sergey Kuznetsov (UC2CAM), Vladimir Chepyzhenko (RC2CA) ; Publication : N. Bolchakov, rf.atnn.ru
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