Helicals... ? en !
Radioamateurs zijn gewend om te gaan met afgestemde kringen die be-swan uit spoelen en condensatoren. En hoewel de helical lijkt op een nor-male spoel =hij zit in een huisje en heeft een afregelbare kern= moeten we er toch lets anders mee omgaan.
Naast kringen die zijn opgebouwd uit discrete spoelen en C's zijn er ook andere mogelijkheden om een afgestemde kring te realiseren. Een van die mogelijkheden is een kristal, een andere een stuk voedingslijn van een bepaalde lengte. Daar gaan we maar eens naar kijken. Een stuk voedingslijn (bijv. coax) met een elektrische lengte van ¼ golflengte is aan het ene eind laagohmig als het andere einde hoogohmig is en gedraagt zich op een frequentie als een trillingskring met een zeer hoge Q.
Het gebruik van afgemeten lijnen heeft echter een aantal nadelen. Allereerst de lengte: voor 70 cm komt een kwart golflengte overeen met 175 mm. Door de verkortingsfactor van coax wordt dat in de praktijk wat korter maar op een printje vol met SMD-onderdelen neemt een filter uit coax toch nog flink wat ruimte in.
Het afregelen, precies op lengte maken, is ook niet eenvoudig. Het grootste probleem vormt echter de in- en de uitkoppeling van het signaal. Laten we eens aannemen dat we een 50 Ω spanningsbron, een antenne bijvoorbeeld, op het coaxkabeltje willen aansluiten. Een hoge Q wordt verkregen als het ene eind van de coax laagohmig wordt afgesloten, bij voorkeur met nul ohm. De kring gedraagt zich als seriekring en is dus zeer laagohmig. Sluiten we de 50 Ω op het voetpunt aan, en dat kan niet anders dan in serie met de kring, dan blijkt dat die 50 Ω in verhouding tot de zeer laagohmige seriekring toch vrij hoogohmig is en de kringkwaliteit ernstig bederft. Met een aftakking op een punt langs de kabel waar we 50 Ω kunnen vinden wordt de situatie aanmerkelijk verbeterd maar dat is mechanisch niet zo eenvoudig te realiseren.
En de uitkoppeling? Zeer hoogohmig op het hoogohmige open eind van de kabel is een mogelijkheid... maar welke tor of FET is op deze hoge frequenties nog hoogohmig? In de praktijk zal de Q nog verder geruIneerd worden door de koppeling op de uitgang. Maar ook daar is wel wat aan te doen. We nemen een tweede kabeltje, natuurlijk ook op de juiste lengte gemaakt, en maken voor de uitgang ook een laagohmige aftakking aan de voet. Nu moeten de twee afgestemde stukjes lijn nog gekoppeld worden. Dat kan door de twee toppen, de open einden, met een hele kleine C te koppelen. Of, nog mooier, door een koppeling via een onderbreking in de tussenwand... zo wordt magnetisch en capacitief gekoppeld bij een minimale verstemming door de belasting. Uiteraard wordt een veel betere selectiviteit bereikt door de nu twee kringen die maar zeer gering belast worden. Het isolatiemateriaal in de coaxkabels hindert de mechanische uitvoering en kan best worden weggelaten. Zo komen we tot een 'kamertjes'constructie.
Nu namen de stukjes coax eigenlijk al te veel plaats in; met het weglaten van het isolatiemateriaal vervalt ook de verkortingsfactor en worden de kamertjes nog groter. Daar is wel wat aan te doen.
Manier 1: we verkorten de lengte van de lijn en brengen aan de top een condensator aan. Hiermee wordt het kamertje veel kleiner en bovendien wordt de lijn afstembaar. Deze constructie wordt meestal aangeduid als een 'lecher-lijn'. Met het verkorten van de lijn wordt de L/C-verhouding een stuk kleiner en dat gaat ten koste van de Q en derhalve de selectiviteit. Over het algemeen rekenen we alle verliezen in een afgestemde kring toe aan de spoel omdat een condensator vrijwel geen verliezen geeft... maar dat gaat niet op voor de UHF TV-tuner op de foto want daar worden varicaps gebruikt. Het halfgeleidende silicium is een vrij beroerd dielectricum met dus extra verliezen en een afnemende Q voor de kring. Voordeel van de lecher-lijn: voor een amateur vrij gemakkelijk te dimensioneren en over een groot frequentiebereik of te regelen.
Manier 2: we rollen de vrij lange draad op. We komen weleens apparaten tegen met daarin kleine rolletjes coax en dat scheelt inderdaad een heel stuk in de ruimte, maar... de mechanische problemen met de aftakkingen voor in- en uitgang van de filters blijven. We kunnen de draad ook in het kamertje oprollen tot een spoeltje. Hierdoor wordt veel plaats bespaard; het oprollen scheelt at heel wat en daarbij komt dat de magnetische velden van de spoel elkaar versterken waardoor minder draad behoeft te worden opgerold. Een ding veranderen we echter met: aan de top komt geen condensator! Wel-is-waar dat het stelschroefje bij de helical een zeer kleine capaciteitsverandering geeft bij het verdraaien; de beInvloeding van de zelfinductie is belangrijker.
Met het indraaien van de kern wordt de capaciteit groter -- de frequentie gaat omlaag.
Met het indraaien van een metalen, koperen, kern wordt de zelfinductie niet groter maar kleiner → de frequentie gaat omhoog. Met andere woorden: deze twee werken elkaar tegen en het draaien van de kern geeft maar een zeer geringe frequentieverschuiving... te gering om allerlei zendontvangers bedoeld voor het frequentiegebied 450..470 MHz naar 430..440 MHz, onze atnateurband, te brengen.
Bij helicals uit de winkel, of die welke gemonteerd zijn in apparaten, ziet u nooit de aansluitingen voor de in- en uitgang van het filter aan de zijkant van de helicalfilters. Hoe zit dat?
Tsjah... ook in het 'damestasje' is geen spoor van in- of uitkoppeling te vinden, of toch? Zeker, een spoor, het printspoor on-der de helicals vormt een verlenging van de spoel in de helical en dat maakt in- of uitkoppeling mechanisch eenvoudig. Deze manier van werken maakt het ook mogelijk om met een type helical een groter frequentiebereik te verkrijgen omdat we met de lengte van het printspoor de lengte van de hele spoel kunnen beinvloeden. En niet alleen de lengte... ook de mate van koppeling hebben we iets beter in de hand. We kunnen de printsporen immers dicht bij elkaar leggen of juist uit elkaar. Zelfs een afschermschot is mogelijk om juist geen extra koppeling te verkrijgen.
Over het algemeen wordt het koper onder de helical weggeetst en het printspoor met de wikkelrichting van de helical mee gekozen zodat het spoelgedeelte buiten het huffs van de helical een geheel kan vormen met de spoel in de helical.
De Roermondse radioamateurs zijn op het idee gekomen om in de printsporen een klein spoeltje op te nemen om zo het printspoor iets te verlengen en dientengevolge de frequentie te laten dalen tot in de 70 cm amateurband. Zo is met weinig trekerif het front-end van het damestasje goed omlaag te krijgen. Geen nieuw front-end met lecherlijnen, geen geklungel met andere kerntjes! Een fraaie oplossing voor een probleem dat zich ook manifesteert bij de ombouw van andere ATF2-apparatuur of oude mobilofoons.
Bastiaan, PA3FFZ.