空腔双工器的原理和调试.doc

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1、空腔双工器的原理和调试      双工器是有着尖锐的调谐持性的装置，用来隔离接收和发射。它允许一根天线完成发射和接收，而不用担心发射装置的射频能量去轰击接收机。当然，那样做必须将发射频率和接收频率分开，称为频差。在2米波段的频差是600KHZ；在70Cm波段有着较大的宽度，是5MHZ。    通常，双工器工作在狭窄的通频带上，有着不可思议的陡峭的截止曲线。不同于一般意义上的高通或低通滤波器。    有好几种方法来实现双工器，业余上常用空腔和相位线的方法。《ARRL》手册上有详尽的工作原理。    《ARRL》手册上

2、也给出了六空腔的双工器，之后又解释了其工作原理。我也按照做了一个并让它工作，但我发现这个设计调谐起来非常困难，信噪比也一直不稳定，所以我不想在这里介绍它们。我相信，现在已经有调谐简单实际可行的双工器被设计制造出来了。    我一直推崇的一款双工器是名叫"华康"(Wacom)的设计。它用4个8吋的腔体构成“带通(bandpass)/带阻(bandreject)”模式。借助于高Q值的腔体和良好的设计，Wacom仅用4个腔体就有相当于6个腔体的良好表现。唯一的缺点是费用较高。    图一详细给出了它的结构，其中两个腔体组

3、成一组与发射机输出端连接；另外两个与接收机输入端连接。用“T”型接头将它们连接起来，再通过同轴电缆与天线相连。图一  四腔带通/带阻双工器连接图 每个腔体都有二个功能。第一，必须通过想得到的信号（即带通或通带）；第二，必须尽可能阻止不想要的信号（即带阻或阻带）。在（图2）中我给出了用于发射的空腔滤波器典型响应曲线。请注意，它在145.37MHZ的发射频率上通过了几乎所有的信号，并且在接收频率处，即低于发射频率600KHZ处有着-30dB+的衰减。同样，两个接收腔体也精确地匹配，除了它们的通频点在144.77MHZ的

4、接收频率上外，它们阻带的谷点都在发射频率145.37MHZ上。    这样，发射腔体将滤除发射机所产生的较宽频带上的噪声（殘余发射）使其不进入接收机，而接收腔体也将滤除发射机产生的射频功率使其不进入接收机。    发射装置不仅能输出所希望的频率上的能量，而且，会在离中心频率相当宽的一段距离内有衰减地输出白噪声（丝丝声）。如果你的发射装置输出过多的白噪声，腔体就不能够把它们全部分离出来。一些早期的固态发射装置能产生相当大的噪声，它们不能被用来做中继。    图二  发射腔体带通曲线 那么,双工器是如何有如此出色的表现

5、的呢?十分惊奇的是,双工器的每个腔体中含有两个简单但经过仔细调谐的谐振电路。一个电路设置成带通状态；另一个设置成带阻状态。这就是全部！将两个腔体串联起来能够为发射机和接收机提供更好的隔离，一个腔体不能胜任这项工作。    双工器的复杂性来自于机械设计的需求。为了让事性简单化，让我们来看其中的一个腔体，其余的相同。腔体是一个简单的调谐电路，见图3。 图3  腔体等效电路由图3可以看出，L2及C2将射频能量耦合到腔体,腔体和平行于腔体的调谐杆组成L1和C1并联谐振回路。    现在有一个问题，当可以用线圈和电容将2米波

6、段调谐回路做得很小时，为什么还要用大的腔体呢？答案在于调谐电路的品质上，也就是“Q”值。我们用小电容和线圈组成的调谐电路的“Q”值很低，远远低于双工器的需要。这就是说，它的调谐曲线不够尖锐，它的带通峰值区域过份宽，而它的谷点也是相当地浅和宽。    现在让我们做一个很大的线圈，增加它的直径就就可减少它的圈数；同时，我们增加C1的值而不改变谐振频率，那么，“Q”值就会增加。它的调谐曲线就会变得尖锐。照此发展下去，线圈将会变成1/4波长的调谐线，电容就会变成一个大的金属罐，也就是空腔。调谐线和腔体越大其“Q”值也就越大

7、。当工作在空气介质时，一个8"直径的腔体其“Q”值比3"直径的腔体大。我们的调谐电路有25〞高和8〞的直径（见图4）。调谐杆是一根13/8〞直径的紫铜管，长度在18~20英吋之间可变。改变这根管子伸入腔体的尺寸，就可以设置腔体在通带中的共振频率。  再回头看图3，我们还需要将射频能量耦合到共振腔体上。L2演变为一个从腔体的顶部垂落下去，成为一个由铜线或铜带构成的环。环的尺寸和位置决定于耦合进腔体的射频能量。  最后一个细节是共振电容C2，它决定了腔体的截止频率。L2和C2串联起来组成调谐共振回路。  现在我们有了一

8、个非常简单的腔体的构想，所有在此的问题将自然变为机械问题。首先，我们要制造筒体。铜、铝、黄铜都会工作得很好。唯一的一点是选择一张能长时间保持电力损耗小，性能稳定的材料。当然还要将腔体的底部封起来，可以用一个金属盘和一些气动铆钉将腔体底部封起来。  调谐活塞是一根18〞长11/8〞外径的普通紫铜水管。在它里面有一根1〞外径，20〞长，车有1/4〞罗距的紫铜管贯