RU2710359C1 - Конденсатор переменной емкости - Google Patents
Конденсатор переменной емкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2710359C1 RU2710359C1 RU2019116709A RU2019116709A RU2710359C1 RU 2710359 C1 RU2710359 C1 RU 2710359C1 RU 2019116709 A RU2019116709 A RU 2019116709A RU 2019116709 A RU2019116709 A RU 2019116709A RU 2710359 C1 RU2710359 C1 RU 2710359C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- capacitor
- input
- incident
- piston
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 244000241796 Christia obcordata Species 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
- H01G5/04—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of effective area of electrode
- H01G5/14—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of effective area of electrode due to longitudinal movement of electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к конструкциям переменных конденсаторов, и может быть использовано в различной радиоэлектронной аппаратуре. Конденсатор переменной емкости типа «бабочка», содержащий неподвижную часть в виде набора цилиндрических элементов, внутри которых размещены подвижные поршни, соединяющие «крылья бабочки», отличающийся тем, что в него дополнительно введены коллекторный двигатель с редуктором, муфта, соединенная с коллекторным двигателем с редуктором, винт, соединенный с муфтой, изолятор, механически связанный с подвижным поршнем и винтом, первый и второй концевые выключатели, датчик измерения падающей и отраженной волны, микроконтроллер, первый вход которого соединен с выходом датчика измерения падающей и отраженной волны, второй вход - с выходом первого концевого выключателя, третий вход - с выходом второго концевого выключателя, а выход - с коллекторным двигателем с редуктором. По заданной частоте настройки на основании градуировочной таблицы емкости конденсатора, устанавливается величина перемещения поршня по горизонтальной оси механизма. Повышение точности установки требуемого значения емкости конденсатора за счет механизма постоянного контроля значения коэффициента стоячей волны и за счет исключения в предложенной конструкции токов утечки является техническим результатом изобретения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники, а именно к конструкциям переменных конденсаторов, и может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре, в частности, в радиопередатчиках, резонансных антеннах и согласующих устройствах декаметрового диапазона.
Изобретение используется для решения технической задачи, состоящей в минимизации паразитных полостей конструкции конденсатора, где возможно образование поверхностных высокочастотных токов, которые приводят к высокочастотным потерям и перегреву конструкции при работе конденсатора в высокочастотном поле.
Наиболее близким техническим решением является конденсатор переменной емкости (Авт. свидетельство №2307416) - прототип.
Данное устройство содержит диэлектрический цилиндрический корпус, внутри которого размещен подвижный поршень.
Использовании этих конденсаторов в цепях с реактивными сопротивлениями индуктивности и емкости без учета коэффициента стоячей волны (КСВ) приводит к тому, что в цепи согласования постоянно присутствует стоячая волна и энергия от источника напряжения передается в нагрузку с потерями. Это явление очень опасно для выходных транзисторов усилителей мощности. Реактивности элементов изменяются при перестройке выходного каскада усилителя мощности на новое значение несущей частоты и от влияния воздействующих факторов (температура, влажность, давление и др.) на реактивные элементы высокочастотных контуров.
Цель изобретения - построение конструкции переменного конденсатора, обеспечивающей меньшие линейные габариты, применение радиочастотной керамики и фторопласта, как изолятора и как увеличителя диэлектрической проницаемости ε-среды в межтрубном (между обкладками) интервале и введением в конструкцию автомата постоянной подстройки емкости.
Поставленная цель достигается тем, что в конденсатор переменной емкости типа «бабочка», содержащий неподвижную часть в виде набора цилиндрических элементов, внутри которых размещены подвижные поршни соединяющие «крылья бабочки» дополнительно введены коллекторный двигатель с редуктором, муфта, соединенная с коллекторным двигателем с редуктором, винт, соединенный с муфтой, изолятор, механически связанный с поршнем и винтом, первый и второй концевые выключатели, датчик измерения падающей и отраженной волны, микроконтроллер, первый вход которого соединен с выходом датчика измерения падающей и отраженной волны, второй вход - с выходом первого концевого выключателя, третий вход - с выходом второго концевого выключателя, а выход - с коллекторным двигателем с редуктором.
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков и их связями между собой. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию «новизна».
Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что перечисленные элементы, используемые в блоках, являются известными, однако их введение в указанной связи с остальными элементами приводит к расширению функциональных возможностей системы.
Это подтверждает соответствие технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемой конструкции переменного конденсатора, на фиг. 2а, б - фото образца переменного конденсатора, который подтвердил его работоспособность, на фиг. 3 приведена схема широкополосного датчика измерения напряжения падающей и отраженной волны.
Конструкция переменного конденсатора включает: корпус в виде набора цилиндров для двух «крыльев бабочки» (внешние трубочки из радиокерамики с наружным покрытием из серебра) к которому крепится выводы высокочастотного элемента - 1, подвижный поршень (набор трубочек из латуни (меди) с внешним изолятором из s-фторопласта) - 2, изоляторы привода перемещения поршня - 3, коллекторный двигатель с редуктором - 4, микроконтроллер - 5, датчик измерения падающей и отраженной волны - 6, первый и второй концевые выключатели - 7, муфту - 8, винт - 9.
Переменный конденсатор работает следующим образом.
Конструкция конденсатора установлена в разрыве кольца резонансной (петлевой) антенны и выполняет ее настройку в резонанс на частоте связи. Концы кольца антенны закреплены к неподвижному набору цилиндров конденсатора (верхний и нижний). Колебательный контру образован индуктивностью кольца антенны фиксированной длины и конденсатора переменной емкости с приводом.
При движении поршня из внутренних трубочек - 2 он перемещается посредством винта - 9 с мелким шагом нарезки по всей длине цилиндра. При этом изменяется величина емкости между наружной обкладкой (внешние трубочки из керамики с наружным покрытием из серебра) 1 и поршнем 2. Перемещение поршня таким способом обеспечивает изменение емкость и осуществляется настройка антенны (резонансного контура). Минимальная емкость конденсатора достигается выдвижением поршня 2 из цилиндров, максимальная емкость конденсатора образуется при полном вхождении поршня в цилиндры. Величина максимальной емкости конденсатора определяется количеством цилиндров 1 и поршней 2 в наборе конструкции.
Настройка колебательного контура с реактивными сопротивлениями индуктивности и емкости выполняется с учетом коэффициента стоячей волны (КСВ), который возникает из-за рассогласования сопротивлений выхода передающего устройства и входом резонансной цепи (антенна или согласующее устройство). Для определения значения КСВ в конструкцию введен датчик измерения падающей и отраженной волны 6.
Датчик состоит из двух измерителей напряжения сигнала «падающая волна» и сигнала «отраженная волна».
Датчики падающей и отраженной волны используются в устройствах защиты усилителей мощности радиопередатчиков от перегрузки по входу и от рассогласования по выходу и устройствах стабилизации их выходной мощности. Названные датчики функционируют на основе направленных ответвителей, могут быть выполнены в виде двух связанных четвертьволновых линий и имеют полосу рабочих частот, не превышающую половины октавы частотного диапазона [1].
На фиг. 3 приведена схема широкополосного датчика падающей и отраженной волны, выполненного на основе использования датчика высокочастотного тока, описанного в [2].
Датчик содержит детектор отраженной волны на диоде VD1, детектор падающей волны на диоде VD2, и широкополосный направленный ответвитель, состоящий из первого Т1 и второго Т2 трансформаторов и резисторов R2 и R3.
В микроконтроллере 5 на основе этих двух напряжений рассчитывается коэффициент стоячей волны (КСВ) по соответствующей программе. Параметр КСВ не имеет размерности. Предельное значение КСВ равно единице, что означает 100% передачу энергии от источника к нагрузке. Если КСВ значительно больше 1, то в цепи согласования возникает стоячая волна и энергия от источника только частично передается в нагрузку.
Это явление очень опасно для выходных транзисторов усилителей мощности. При увеличении значения КСВ величина напряжения на выходном каскаде усилителя мощности возрастает в разы (например, если питающее напряжение усилителя 50В, то к нему добавляется напряжение стоячей волны еще 50В или более, при высокой добротности (в число раз относительно значения добротности, для мощных усилителей на транзисторах добротность может быть и несколько десятков). Результат такого сложения (питающего и обратного напряжений) приводит к пробою транзистора и невосстанавливаемому отказу усилителя. К примеру, для радиоламп такое явление приводит к эффекту расплавления анода, так как напряжение питания радиоламп составляет несколько киловольт, то сложение высоких напряжений на выходе усилителя приводит к отрыву электронов из катода и их "сумасшедшему" ускорению и разогреву анода ударной энергией.
Так как предлагаемая конструкция конденсатора стоит в цепи с реактивными сопротивлениями индуктивности и емкости, то изменение его емкости путем управления приводом (коллекторный двигатель с редуктором 4, муфта 8, винт 9) от датчика КСВ, приводит к изменению коэффициента стоячей волны в направлении к единице. Емкость конденсатора колебательного контура изменяется при его перестройке и снижается влияния воздействующих факторов на выходные каскады усилителей мощности.
Точность установки требуемого значения емкости и достижение минимального КСВ определяется передаточным числом редуктора и шагом винта.
Автоматическая регулировка точного подхода поршня 2 к номиналу емкости выполняется на основании результатов измерений падающей и отраженной волны в тракте от усилителя к антенне или от выходного каскада усилителя мощности к согласующему устройству. Критерий настройки - минимум коэффициента стоячей волны (КСВ) в тракте передачи.
Первоначальная установка поршня 2 в заданную позицию или на заданный номинал емкости выполняется микроконтроллером на основании градуировочной таблицы емкости конденсатора, которая хранится в памяти вычислителя. По заданной частоте настройки устанавливается величина перемещения поршня 2 по горизонтальной оси механизма, а точное позиционирование на необходимую величину выполняется по коэффициенту КСВ. Далее автомат позиционирования постоянно поддерживает КСВ на минимальном уровне, чем снимает эксплуатационные дестабилизирующие факторы.
Выходные контакты конденсатора находятся сверху внешних трубочек из керамики с наружным покрытием из серебра 1 и внизу.
Поршень конденсатора выполнен в виде «крыльев бабочки», основное назначение которых состоит в исключении высокого потенциала напряжения на поршне. Этим достигается исключение применения высоковольтных изоляторов для движителя поршня.
Керамика - это материал из высокочастотной радиокерамики, с высоким значением диэлектрической проницаемости - эпсилон, что позволяет уменьшить количество цилиндров при расчете необходимой емкости конденсатора (за прототип цилиндра можно принять конденсатор типа К15У-2 без внутреннего покрытия керамики). Высокое качество керамики обеспечивает низкое значение тангенса потерь и, следовательно, высокое значение параметра КВАР (кило вольт ампер реактивное). Это качество позволяет конденсатору выдерживает высокие напряжения высокой частоты и не перегревается при длительной работе, кроме того, сохраняются стабильные параметры емкости при дестабилизирующих факторах и стабильности параметра добротности колебательного контура.
На внутренние трубочки поршней надеваются фторопластовые изоляционные трубочки, которые имеют функцию увеличения эпсилон среды и высоковольтной защиты и дополнительную функцию низкого коэффициента трения поршня 2 в цилиндре 1 при его перемещении.
Для ограничения перемещения поршня 2 в линейных размерах в конструкцию введены концевые выключатели 7, которые предназначены для установки поршня в положение минимальной или максимальной емкости конденсатора.
Таким образом, предлагаемая конструкция переменного конденсатора обеспечивает отсутствие паразитных полостей, где возможно образование поверхностных токов, которые приводят к потерям и перегреву конструкции при работе конденсатора в высокочастотном поле, что достигается за счет выбора варианта компоновки конденсатора, радиотехнических материалов цилиндра и поршня, и введением механизма подстройки емкости конденсатора по критерию постоянного контроля значения коэффициента стоячей волны (КСВ).
Список использованных источников
1. Радиопередающие устройства / В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2003. - 560 с.
2. Свидетельство на полезную модель 32883, Россия, G01R 19/02. Широкополосный датчик высокочастотного тока / Титов А.А., Ильюшенко В.Н. - Опубл. 27.09.2003.
Claims (3)
1. Конденсатор переменной емкости типа «бабочка», содержащий неподвижную часть в виде набора цилиндрических элементов, внутри которых размещены подвижные поршни, соединяющие «крылья бабочки», отличающийся тем, что в него дополнительно введены коллекторный двигатель с редуктором, муфта, соединенная с коллекторным двигателем с редуктором, винт, соединенный с муфтой, изолятор, механически связанный с подвижным поршнем и винтом, первый и второй концевые выключатели, датчик измерения падающей и отраженной волны, микроконтроллер, первый вход которого соединен с выходом датчика измерения падающей и отраженной волны, второй вход - с выходом первого концевого выключателя, третий вход - с выходом второго концевого выключателя, а выход - с коллекторным двигателем с редуктором.
2. Конденсатор переменной емкости по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрический цилиндрический корпус состоит из керамических трубочек с наружным покрытием из серебра.
3. Конденсатор переменной емкости по п. 1, отличающийся тем, что подвижный поршень состоит из латунных (медных) трубочек с внутренним изолятором из фторопласта.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019116709A RU2710359C1 (ru) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Конденсатор переменной емкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019116709A RU2710359C1 (ru) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Конденсатор переменной емкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2710359C1 true RU2710359C1 (ru) | 2019-12-26 |
Family
ID=69023068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019116709A RU2710359C1 (ru) | 2019-05-30 | 2019-05-30 | Конденсатор переменной емкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2710359C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117040465A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-11-10 | 大湾区大学(筹) | 一种大功率射频自动匹配器 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU32883U1 (ru) * | 2002-09-09 | 2003-09-27 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Широкополосный датчик высокочастотного тока |
| JP2005303215A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-10-27 | Daihen Corp | 可変容量コンデンサ及びこの可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合器 |
| RU2307416C2 (ru) * | 2005-11-30 | 2007-09-27 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Конденсатор переменной емкости |
| JP2009151544A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Tamura Seisakusho Co Ltd | 可変容量素子、並びにそれを備えたブースターアンテナおよび読取書込装置 |
| JP2012089573A (ja) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Sony Corp | 可変容量装置、アンテナモジュールおよび通信装置 |
| JP6275249B2 (ja) * | 2013-05-30 | 2018-02-07 | コメット アクチェンゲゼルシャフト | 真空可変コンデンサ |
| RU188485U1 (ru) * | 2018-06-07 | 2019-04-16 | Павел Аркадьевич Владимиров | Малогабаритное коротковолновое антенно-фидерное устройство "мрв" |
-
2019
- 2019-05-30 RU RU2019116709A patent/RU2710359C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU32883U1 (ru) * | 2002-09-09 | 2003-09-27 | Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники | Широкополосный датчик высокочастотного тока |
| JP2005303215A (ja) * | 2004-04-16 | 2005-10-27 | Daihen Corp | 可変容量コンデンサ及びこの可変容量コンデンサを備えたインピーダンス整合器 |
| RU2307416C2 (ru) * | 2005-11-30 | 2007-09-27 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Конденсатор переменной емкости |
| JP2009151544A (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-09 | Tamura Seisakusho Co Ltd | 可変容量素子、並びにそれを備えたブースターアンテナおよび読取書込装置 |
| JP2012089573A (ja) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Sony Corp | 可変容量装置、アンテナモジュールおよび通信装置 |
| JP6275249B2 (ja) * | 2013-05-30 | 2018-02-07 | コメット アクチェンゲゼルシャフト | 真空可変コンデンサ |
| RU188485U1 (ru) * | 2018-06-07 | 2019-04-16 | Павел Аркадьевич Владимиров | Малогабаритное коротковолновое антенно-фидерное устройство "мрв" |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117040465A (zh) * | 2023-07-14 | 2023-11-10 | 大湾区大学(筹) | 一种大功率射频自动匹配器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Plourde et al. | Application of dielectric resonators in microwave components | |
| RU2710359C1 (ru) | Конденсатор переменной емкости | |
| FI99217C (fi) | Menetelmä tukiaseman summausverkon virittämiseksi, kytkentäelin sekä kaistanpäästösuodatin | |
| US2427107A (en) | Centimeter wave apparatus | |
| US2774044A (en) | Tunable coaxial line | |
| US4184123A (en) | Double-tuned output circuit for high power devices using coaxial cavity resonators | |
| US2485031A (en) | High-frequency transmission system | |
| US4002957A (en) | Trimmable fixed hermetically sealed capacitor | |
| WO2006058965A1 (en) | Temperature-compensated resonator | |
| US2525452A (en) | Means for coupling concentric cavity resonators | |
| US2492155A (en) | Tuning system | |
| US2414991A (en) | Oscillation generator | |
| US3226662A (en) | Mechanical frequency control in a klystron tube comprising a directly attached rectangular cavity resonator | |
| US2400619A (en) | Capacity switch | |
| Subramanyam et al. | Linearity and temperature dependence of large-area processed high-q barium strontium titanate thin-film varactors [Correspondence] | |
| JPS58220501A (ja) | 高周波整合変成器 | |
| RU200397U1 (ru) | Микрополосковая переключаемая линия задержки | |
| GB2223371A (en) | Low noise transmission line oscillators | |
| US2686879A (en) | Wide range ultrahigh-frequency oscillator | |
| Yao et al. | Tunable microstrip ring bandpass filter | |
| US2922957A (en) | Tunable microwave apparatus | |
| US2873373A (en) | Wide-range radio-frequency tuner | |
| US2490836A (en) | Tuning means | |
| US3356971A (en) | Tuned circuit | |
| Alterkawi et al. | Fully reconfigurable filter based on a microstrip patch resonator with low-voltage driving |