无线电电子技术
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复古DIY:火花发射机
radio 2018-8-10 19:05:51

史上第一种被发明并被实用化的无线电发射机。

原理:

由于时代条件所限,火花发射机并不包含现代常见的晶体管/真空管等有源器件。这种发射机的主要部分是一个LC振荡电路,使用火花间隙产生间歇放电的方式来激励,从而产生能够被发射的高频信号。

结构:

历史上的火花发射机有多种类似的结构,例如赫兹在首次实验验证电磁波存在的著名实验中使用的:

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另一种早期爱好者使用的由交流供电的火花发射机,具有电机驱动的旋转火花间隙,用于控制打火频率:

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 这里使用一种较为精简的电路:

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  图中左侧的高压电容和右侧LC电路中的电容被输入的高压充电,电压达到击穿电压后火花间隙开始产生电弧放电,火花隙被短接。充满电的右侧电容与电感形成LC电路,开始振荡,同时振荡产生的高频信号进入天线被发射出去。由于没有有源器件可以补充振荡电路在此过程中损失的能量,振荡迅速衰减,只能产生一个脉冲。电容左侧电容放电完毕后电弧熄灭,开始重新充电,重复以上过程。
由原理所致,这种发射机大部分能量都消耗在了火花隙中,效率极低。同时由于LC电路每次维持振荡的时间非常短,产生的脉冲非常短,造成发射信号的带宽相当大,极易造成干扰,甚至有人将类似的电路作为EMP装置使用:https://www.kechuang.org/t/26861
 
这里使用电蚊拍的内脏作为高压电源,因此左侧方框内的器件可以省去。
使用一片双面覆铜板作为高压电容,万用表测得约为520pf。
线圈使用铜线绕制,参数如图:

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 计算可得谐振频率为12MHz
使用两节较硬的铜线焊接在洞洞板上作为可调节的火花隙。
全部连好:

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 使用SDR观察发射效果:

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 由于发射信号脉冲较短,需要在SDR软件的FFT设置中将点数和帧率设置得尽量大使得overlap超过0%,避免信号在FFT间隔中漏掉。同时将averaging调到最小避免脉冲被平均掉。

可以看出火花发射机产生的信号带宽非常宽,达到了MHz的量级。同时中心频率在9MHz,比计算的要低,应当是由连接导线的寄生电容/电感导致的。


测试视频:



 

[修改于 6 个月前 - 2018-08-14 14:42:17]

2018-8-11 15:37:03
1楼
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应该测远场吧 进场火花间隙辐都进sdr了


选频回路Q搞高一些出来频谱纯度应该能更好一些 

2楼
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跟特斯拉线圈有点像。

3楼
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如何抑制杂散发射?(不被查水表。。。)

4楼
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引用:ry7740kptv 发表于3 楼的内容:
如何抑制杂散发射?(不被查水表。。。)

天线接一个π型滤波器就可以了,而且日常中各种无线电干扰多了,电焊机,电力猫,,,只要不是长时间持续干扰,几乎没人管的

radio(作者)
5楼
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其实单纯的火花间隙本身并不会产生太多高频辐射,在这个电路中主要是起到一个可以间歇闭合的开关的作用(直接用电蚊拍放电在SDR同样的设置下是看不到的)。提高Q值(例如第二张电路图中使用空气变压器来耦合天线,同时这个变压器也起到了匹配/隔离的作用,避免充电过程中天线上带有直流高压)和增加滤波器的做法是有的,但由于这个电路脉冲工作的原理限制,起不到太大作用(相对于现代CW发射机而言),所以这种发射机在上世纪早期就已经被一些国家禁用了。

火花隙特斯拉线圈初级部分和这个电路结构原理是一样的,都是用火花放电来启动LC回路的振荡。

[修改于 6 个月前 - 2018-08-12 13:11:46]

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