Радиопередатчик апокалиптического мира. Часть 1.

Автор - С.Рябокрас, Дата создания - 18.09.2011, Просмотров - 20007, Комментарии - 8

Описание смутных времен

 Заинтересованному читателю, вероятно, стало понятно из наших предыдущих статей, что основной целью этих публикаций является попытка вселить людям уверенность и надежду в могущество человеческого разума, а также обеспечить преемственность знаний.

Спросите себя сами: смогли бы ли вы лично восстановить хоть какое-то подобие цивилизованного образа жизни, если вдруг оказались бы в постапокалиптическом мире. Смогли бы обеспечить воспроизводство еды, безопасность совместного проживания небольшой группы людей в таких условиях, или, скажем, если какая-то дыра во времени и пространстве забросила бы вас в Средние Века - то сумели бы вы предложить и воспроизвести хотя бы малейшее приближение к техническим устройствам современности.  Грубо говоря, смогли бы стать вторым Леонардо Да-Винчи для того времени?!

Многие, вероятно, помнят фильм “Назад в будущее”, в котором “чокнутый” профессор, заброшенный волей случая на Дикий Запад в середину 19-го века, сделал огромное устройство величиной с авиационный ангар только для того, чтобы произвести три кубика льда жарким летом. 

Казалось бы, простые обыденные вещи, но признайтесь себе: если сию минуту вас перенести в вышеупомянутые условия - сумеете ли вы сохранить свой “современный статус” homo sapience? Или банально превратитесь в “homo vulgaris”?

Для примера мы взяли такие понятия и устройства как радио и радиоприемник, связь: телефон и радиопередатчик. Можно переключиться и на устройство паровоза и предложить воссоздать в условиях средневековья паровоз 19-го века, но эта тема нами пока не рассматривается в силу специализации в областях связи и радиотехники.

Наверняка, многие из вас читали фантастические рассказы и повести о пилотах и других героях, очутившихся на неизведанной планете с разумной жизнью, но волею случая оставшихся в одиночестве. На планете существует цивилизация, но она весьма примитивно развита, примерно, на уровне средних веков. В распоряжении героя полностью разбитый модуль зонда с проводами и прочими останками электроники, упавший в непроходимых джунглях. Ему необходимо сделать передатчик, чтобы сообщить сигнал SOS или послать своим товарищам сообщение о своем местонахождении. Попробуйте представить себя на его месте.

Идея создания радиотелеграфного аппарата

Итак, в предыдущих статьях мы научили вас как сделать простейший радиоприемник, а теперь сконцентрируемся на радиопередатчике....

Мы не сможем уместиться в рамках одной статьи, чтобы рассказать об основах преобразования аналогового сигнала в звуковой и обратно, то есть об основах радиотелефонной связи. Однако постараемся сжать принципиальную информацию до уровня, достаточного для запоминания среднестатистически грамотным  человеком....

Для начала можно ограничиться простым беспроводным телеграфом, то есть радиотелеграфированием. Это и просто и доступно для воспроизведения.

Суть - устройство генерации радиосигналов, простых гудков (назовем их условно “бипами”), а точнее короткого бипа и длинного бипа. А, как вы помните, набор разнообразных сочетаний длинных и коротких гудков (в нашем случае неслышимых человеческим ухом радиобипов) - это есть нечто иное, как азбука Морзе, то есть закодированный язык общения. 

Да, в условиях постаполкалипсиса надо иметь двустороннюю связь в общине. Пусть сначала это будет азбука Морзе. Минимально необходимый набор сигналов. Тот, кто имеет оперативную связь между организованными группами - имеет значительное преимущество в выживании.

В статье про телефон мы упомянули, что закодированные сообщения можно подавать различными способами: световыми сигналами, звуковыми, дымами. Все они сильно ограничиваются физическими условиями окружающей среды. Световые сигналы должны быть видимы, звуковые сигналы имеют ограничения по дистанции. Радиосигналы обладают значительным преимуществом, в надлежащих условиях состояния атмосферы они распространяются на значительные расстояния.

В предыдущей статье мы научили вас как сделать простейший радиоприемник, а теперь сконцентрируемся на радиопередатчике....

Технические условия окружающего мира

Вообразите себе ужасающую картину для современного человека - опустевший разрушенный город. Сейчас вышло на экраны достаточно большое количество кинофильмов, где основные сюжеты разворачиваются на пустынных развалинах погибших цивилизаций. Но странно, что в этих картинах ведущие герои обеспечены действующими, работоспособными продуктами этих пропавших городов или цивилизаций. Кто и как поддерживал эти продукты в работоспособном состоянии? Как и почему в этих фильмах могут работать  радиоприемниках батарейки, срок годности которых, как нам известно, не превышает недели!? Чем герои фильма без электричества смогли спаять провода в своей конструкции? И вообще, откуда герой фильма смог достать провода? Я хочу подвести вас к мысли о том, что возможно обеспечить себя примитивными техническими устройствами в условиях, казалось бы, безвыходных для технического творчества. Гораздо сложнее в этом плане оказаться на песчаном берегу необитаемого острова - телефон из бамбука и песка не соберешь. Однако в развалинах опустевшего мегаполиса поживиться есть чем, надо только знать где и как.

Состав схемы передатчика

Рис.1. Схема радиопередатчика Рис.1. Схема радиопередатчика

В состав схемы передатчика входят:

  • - электрическая батарея BA;
  • - реле-прерыватель Re;
  • - катушка Румкорфа L1,L2;
  • - катушка колебательного контура L3;
  • - конденсатор C;
  • - электрический ключ K;
  • - антенна A;
  • - заземление G.

 

Описание деталей схемы

Аккумулятор (батарея) BA

 - батарея питания является основным и единственным источником энергии, питающим всю схему, дающим в результате искру для работы колебательного контура. Преобразованная энергия аккумулятора будет излучаться антенной в радиоэфир. В качестве источника питания я предлагаю применить обычный автомобильный аккумулятор легкового автомобиля с напряжением 12-14 вольт. Его энергии вполне хватит, чтобы заставить работать наш передатчик. Если ваш источник питания имеет низкое напряжение, то возможно, вы не получите достаточной мощности сигнала в антенне передатчика. Если у вас есть источник электроэнергии с большим рабочим напряжением, вы можете использовать его.

 Реле-прерыватель Re

 - данный прибор преобразует постоянный электрический ток в ток, изменяющийся по амплитуде. Такой ток необходим для работы повышающей напряжение катушки Румкорфа.

 Катушка Румкорфа L1

 - этот элемент схемы есть не что иное, как обычный трансформатор, повышающий напряжение на его выходных контактах. Переменный ток для его работы поставляет реле-прерыватель, питаемое аккумуляторной батареей. В качестве катушки Румкорфа вполне пригодна обычная катушка зажигания легкового автомобиля, рассчитанная на работу от источника питания 12-14 вольт. Прошу обратить внимание, если вы используете электропитание напряжением намного выше 14 вольт, то вам следует поискать катушку для работы с соответствующим питающим напряжением. Вы рискуете испортить катушку зажигания, подав не нее большее напряжение, чем требуется.

Катушка колебательного контура L3

 - катушка входит в состав колебательного контура, обеспечивающего генерацию электромагнитных колебаний. Именно к катушке нашего контура будет производиться подключение антенны, вот почему к качеству изготовления катушки следует уделить особенное внимание.

 Конденсатор C

 - также входит в состав колебательного контура. Его назначение в схеме - накопление электрической энергии, поступающей от внешнего источника для колебательного контура (катушка Румкорфа), и создание эффекта резонанса электромагнитных колебаний.

 Электрический ключ K

 - электрический ключ, пожалуй, самый простой элемент в схеме нашего аппарата. Его задача состоит в том, чтобы подавать в нужное время электрический ток в схему. Иначе говоря, это манипулятор электрического тока. Вы, наверное, видели в кинофильмах радиста с телеграфным ключом? Так вот, этот элемент схемы и есть тот самый телеграфный ключ.

Антенна A

 - который будет посылать радиосигналы в эфир! Капризный с точки зрения настройки элемент. От настройки антенны, от ее согласования с катушкой колебательного контура зависит отдаваемая в эфир мощность радиосигнала , и как следствие дальность связи с корреспондентом.

 Заземление G

 - порядок и правила исполнения заземления я достаточно подробно изложил в своих предыдущих материалах. Кратко напомню назначение заземления: защита схемы и оператора от электростатических и грозовых разрядов, а также выполнение функции второй половины антенны.

 Монтажные провода

 - необходимы для соединения элементов схемы. Монтажные провода при сборке рекомендуется делать по возможности короткими, для предотвращения потерь напряжения электропитания и высокочастотного напряжения. Проводники могут быть одножильными или многожильными, медными или алюминиевыми, изолированными или не изолированными - это не критично. Единственное требование к проводникам - они не должны быть слишком тонкими. Диаметр проводника 1 мм - 2 мм вполне сгодится для конструирования.

Рис.2. Обозначение деталей на монтажной плате. Рис.2. Обозначение деталей на монтажной плате.

Поиск деталей

 

Поиск материала для антенны

 Как я уже отметил, для антенны пойдут любые крепкие на разрыв провода из любого металла, лишь бы в итоге получился провод достаточной длины. О том, какая длина провода должна получиться в результате я изложил в отдельной части статьи. К поискам материала для изготовления антенны особых требований нет - надо брать все что попадется. Это могут быть фрагменты электропроводки зданий, телефонные трассы, любые монтажные проводники, коаксиальные телевизионные кабели, троллейбусные и трамвайные трассы. Последние достаточно тяжелые как для монтажа, так и для переноса, когда будете определять направление на источник сигнала.

 Поиск материала для изолятора

 Изолятор должен быть выполнен из любого диэлектрика. Я предложил использовать пластиковую бутылку. Неважно, что в этой бутылке было раньше. Если бутылки не найдете, то можно использовать пластиковую трубу, даже любой пластмассовый предмет. Главное, чтобы то, что вы найдете, могло обеспечить надежную изоляцию антенного провода от предмета, к которому будет крепиться антенна. Таким образом, никак нельзя, чтобы этот предмет стал частью антенны. Проявите смекалку и находчивость.

 Поиск материала для заземления

Если в месте установки радиоприемника у вас не окажется подходящего заземления (участок водопроводной системы, например), для изготовления своими силами заземления надо будет найти крупный металлический предмет. Лучше, если этот предмет не будет окрашен, тем самым обеспечится надежное взаимодействие с почвой. В качестве заземления можно будет использовать металлическое ведро, корпус холодильника, металлическую кухонную плиту, арматурную решетку, трактор, танк, корабль. Не забудьте снять краску или эмаль.

Аккумулятор

Важно понимать, что без аккумулятора или иного другого источника электропитания радиопередатчик работать не будет. Самый простой путь обзавестись источник электропитания – это начать поиск автомобилей, которых вокруг вас может быть в достаточном количестве. Если даже вам не посчастливилось обнаружить работоспособный аккумулятор, то все равно забирайте его с собой. Он может пригодиться!

Реле

Если аккумулятор многие в жизни видели, то реле мало кому известно. Этот прибор можно найти в автомобиле, в устаревшем теперь проводном телефоне, всевозможных автоматических устройствах - системах управления лифтами, шлагбаумами, турникетами метро и т.д.

Изготовление

 Изолятор

В этом приемнике важно все от антенны до заземления! Крепление антенны должно быть качественным с точки зрения радиофункциональности. Антенна обязательно должна крепиться на изоляторах. Влага, сырость, снег оказывают большое влияние на свойства антенны, поэтому необходимо постараться свести к минимуму эти воздействия - вот для чего нужны изоляторы. Естественно, они должны быть выполнены из качественных изоляционных материалов. Дерево не подойдет для этих целей, так как оно быстро намокает.

Самый простой и наиболее доступный способ изготовить изоляторы из горлышек стеклянных или пластиковых бутылок. Более качественный изолятор получится из целой пластиковой бутылки, если изготовить его таким образом.

Для надежного самодельного изолятора антенны я рекомендую использовать обычную пластиковую бутылку. Из нее получается превосходный изолятор. Для этого в ее горлышке и у самого основания бутылки необходимо проделать по два отверстия. Горлышко и основание бутылки, как правило, имеют бОльшую толщину стенок. В эти отверстия необходимо будет провести с одной стороны провод антенны а с другой стороны провод или веревку, с помощью которой эта антенна будет крепиться к мачте (столбу, дереву, любому высокому предмету). Можно забрасывать один конец веревки при помощи груза на дерево, а потом подтягивать вверх саму антенну. Такой изолятор будет надежно удерживать достаточно длинную антенну и это важно, ведь длинный и толстый провод будет испытывать ощутимую нагрузку при натяжении.

Рис.3. Примерное расположение деталей Рис.3. Примерное расположение деталей.

Антенна

 Антенна - лучший усилитель! Так гласит народная мудрость. Антенна должна быть определенной длины. Поскольку мы будем слушать долгожданные радиосигналы в диапазоне средних волн, то длина антенны будет определяться следующим образом:

•          Диапазон частот предполагаемого сигнала от 0,5 Мегагерц до 2 Мегагерц;

•          Соответственно, длина волны будет в диапазоне от 300/0,5 до 300/2 метров, т.е. от 600 метров до 150 метров;

•          Рекомендуемая длина антенны составляет четвертую часть длины волны, т.е. от 150 метров до 37,5 метров.

Значит, надо будет составить антенное полотно хоть из кусочков проволоки, но суммарной длины от 37 до 150 метров. Рекомендую взять среднюю величину около 90 метров. Но никак не короче 37 метров, ибо антенна не будет качественно работать, а это ощутимо, поверьте мне. Никаких кабелей и отводов от антенны к приемнику не требуется, антенну соединим непосредственно к приемнику - это упростит конструкцию. Второй конец антенны надо прикрепить к изолятору, о котором я уже рассказал, и подвесить ее как можно выше. Еще выше! Лучше если это будет не только высокое дерево, а высокое здание или высокая опора ЛЭП. Не крепите антенну к незнакомым проводам! Вдруг в них все еще находится напряжение, тогда вы рискуете своей жизнью.

Изготовление конденсатора

Если вам не удается найти конденсатор среди останков погибшей цивилизации, то вы вполне можете изготовить его самостоятельно. Для этого вам потребуются кусочки фольги размером 100х100 мм или кусочки жести такого же размера. В качестве диэлектрика, расположенного между пластинами можно использовать любой известный диэлектрический материал - политэтилен, органическое стекло, нефольгированный текстолит, гетинакс, вощеную бумагу и даже воздух. Предполагаю, что найти текстолит, гетинакс или оргстекло будет затруднительно. Поэтому я рекомендую вам создать конденсатор с воздушным диэлектриком. То, как вы будете крепить металлические пластины - дело вашего выбора и инженерной смекалки. Важно расположить пластины таким образом, чтобы между ними не проскакивала искра во время работы передатчика, ведь функцию разрядника у нас играет совершенно другое устройство. Производить настройку рабочей частоты, изменяя площадь перекрытия пластин конденсатора не имеет смысла, ведь в условиях ПА предполагается, что вы работой своего передатчика мешать никому уже не сможете: кроме сигнала вашего передатчика в радиоэфире никакого другого не будет.

 Изготовление катушки колебательного контура

Катушку колебательного контура для средневолнового диапазона радиоволн лучше всего изготовить без какого-либо сердечника, но на жестком каркасе. Я рекомендую использовать в качестве каркаса отрезок Полихлорвиниловой (ПХВ) трубы диаметром 5 сантиметров. Конечно,вы можете использовать картон, но картон имеет свойство сыреть. Провод для намотки потребуется диаметром не более 1 мм. Будет лучше, если найдете провод диаметром около 0.3 мм. Для намотки сгодится сетевой кабель, используемый для соединения компьютеров в сеть. Его в достаточном количестве можно найти в офисных помещениях под потолком, спрятанным за обшивкой. В таком кабеле как раз уложено 8 проводников необходимого диаметра. Представьте себе, сетевой кабель длиной 10 метров даст вам для конструирования целых 80 метров столь необходимого монтажного провода, который применим практически для любого устройства, в том числе и для катушки! Итак, в трубе (т.е. каркасе) проделываем два отверстия, в которые пропускаем намоточный провод. Отверстия необходимы для фиксации провода, но можно попробовать закрепить проводок никтой или липкой лентой, если она у вас есть. Общее количество витков, которое надо будет аккуратно уложить виток к витку должно быть не менее 100. После каждого 20 витка рекомендую делать петельки - отводы, к которым вы будете подключать антенну. После окончательной намотки петельки отводов надо освободить от изоляции. По простой формуле L=2пR можем определить общую длину провода для нашей катушки 15.7 см - один виток, тогда на 100 витков потребуется не менее 15,7 метров провода.

Будет очень хорошо, если вы найдете хотя бы 4 метра сетевого кабеля. Общая длина намотки составит приблизительно диаметр проводника с изоляцией * количество витков, где-то, 1.1*100=110 мм для 100 витков. Учтите это, когда будете отрезать трубу для каушки контура. Катушка почти готова. Осталось зачистить от изоляции отводы, которые мы сделали (я рекомендовал их делать после каждого 20 витка). Делать это можно, слегка опалив выводы и зачистив их, но главное не перестараться и не испортить всю свою работу. Отводы для надежности конструкции лучше всего закрепить - хорошенько примотать их нитками к корпусу катушки. Саму катушку необходимо зафиксировать на монтажной плате.

 Изготовление заземления

Заземление - это вторая половина антенны, и значит, что она тоже очень важна. Лучше всего, если вы найдете металлическую трубу, торчащую из земли. Как вариант подойдет отопительная металлическая батарея или трубопровод водопроводной системы, арматура. Главное, что бы эта конструкция в любом месте имела надежный контакт с землей и чем больше площадь контакта, тем лучше. Можно соорудить свое собственное заземление. В таком случае, земля должна быть достаточно влажной. Необходимо вырыть яму поглубже, налить в нее воды, бросить в яму железную кровать или ведро или любой массивный и объемный металлический предмет, предварительно прикрепив к нему провод достаточной длинны, что бы можно было соединить его с приемником. Затем яму засыпать и для надежности полить (для того, чтобы выросло ведро или кровать). Если воды нет, тогда рекомендую хорошенько притоптать землю.

Очередность сборки не имеет принципиального значения. Главное, чтобы все детали и узлы схемы были легко доступны для настройки, регулировки и демонтажа при необходимости. Монтажные проводники следует закрепить качественно, контакты должны быть надежными.

Искровой разрядник надо будет изготовить из двух Г-образных отрезков жесткого провода сечением не менее 3 мм. Фиксировать разрядник следует таким образом, чтобы можно было изменять расстояние между контактами (искровой зазор), т.е. регулировать сгибая (или разгибая проводники) до включения передатчика.

Катушку колебательного контура необходимо наматывать виток к витку, плотно укладывая проволоку, не допуская при этом образования узлов и перекрутов. Каждый перекрут может привести к образованию обрыва провода или даже ненадежного контакта. Также следует обратить внимание на наличие изоляции провода  принципиальной разницы в том из чего именно выполнена изоляция нет, но я хочу сказать, что необходимо от нее качественно очистить проводников местах предполагаемых соединений. Делать это надо очень аккуратно. Чрезмерное усилие при удалении изоляции может привести к повреждению провода или его обрыву. Вы даже не увидите где и как провод оборван - он будет находиться в оболочке изоляции как совершенно неповрежденный. Проверить целостность катушки до включения ее в цепь схемы, можно используя источник питания - аккумуляторную батарею. Для этого надо катушку включить  последовательно и кратковременно замкнуть ее другой контакт элемента питания. В результате непродолжительного короткого замыкания мы увидим небольшую искру. Если искра есть, то это верный признак наличия напряжения в батарее питания и целостности катушки нашего колебательного контура.

Все остальные элементы схемы должны быть смонтированы жестко. В качестве монтажной платы надо использовать платформу, выполненную из любого твердого диэлектрического материала - текстолит, гетинакс, плексиглас. Если никаких диэлектрических материалов вы не найдете, то вполне для монтажной платы сгодится сухая деревянная дощечка, но в этом случае вам придется беречь ее от влаги и сырости, чтобы дощечка не утратила своих диэлектрических свойств.

Продолжение следует...

комментарии: (8)

    • А что такое Z на картинке?
      • Z - искровой разрядник? я правильно понял?
    • Да, Вы поняли правильно.Это разрядник.
    • попробую собрать на коленке как-нибудь. Есть сомнения по поводу расстояния действия этого прибора. В моем представлении это должно выглядеть как некое гигантское сооружение.
    • Передатчик ПА можно собрать и на лампах (микросхемы и транзисторы, к примеру, при увеличении радиационного фона ионизируются и выходят из строя, а лампы - нет, полупроводниковый материал в них не используется). Ими, конечно же, лучше запастись заранее, либо сразу заготовить малогабаритный, экономичный передатчик на случай ПА. Сразу хочется отметить, что имеются ввиду миниатюрные экономичные лампы типа 1Ж24Б, у которых накал потребляет всего 1.2В/13мА. К тому же они шли на военку и космос, поэтому их ударопрочность, вибростойкость и долговечность - то, что "доктор прописал" для ПА условий. Ну и поскольку это вакуумная лампа, а не полупроводник, то им ещё и радиация пофигу, о чём я сразу упомянул. Есть и за бугром экономичные миниатюрные лампочки (забейте в гоогле subminiature valves). Конкретную схему не привожу, т.к. полно всего в сети и на разных форумах, особенно иностранных. Питание батарейное либо от альтернативных источников - паро/ветро генератора, солнечных батарей и т.д...
    • Большое спасибо за интересный комментарий! Действительно, эти лампы весьма экономичные.
    • Экономичный приемник на микролампах - мечта...
    • Простейший искровой передатчик

      Numeric, с огромным интересом прочитал данную статью. Мой вопрос таков - при питании данного искрового передатчика аккумулятором 12 В, каковой будет выходная мощность, отдаваемая передатчиком в антенну ? И соответственно - на каком расстоянии будет уверенная двусторонняя связь в диапазоне от 0,5 до 2 Мгц с корреспондентом, если предположить, что имеется 2 комплекта данной постапокалиптической аппаратуры для первого и для второго удаленного корреспондента ? В комплект по моему пониманию входит данный искровой передатчик с питанием и антенной плюс детекторный приемник, описанный Вами ранее. Очевидно, что радиосвязь будет осуществляться прямой ( земной ) волной более характерной для СВ. В таком случае, - а возможно рассчитать катушки индуктивности на КВ диапазон, как для искрового передатчика, так и для детекторного приемника? Ведь во - первых антенна для КВ будет намного короче, а во - вторых радиосвязь на КВ возможна не только прямой, но и отраженной, пространственной волной. Таким образом, при расчетах передатчика и детекторного приемника на КВ - диапазон, по - логике, должна увеличится и дальность устойчивой связи ? Или детекторный приемник удаленного корреспондента не сможет принять отраженную волну, излучаемую данным искровым передатчиком, т.к. сигнал будет очень слабым ? Поясните, пожалуйста, насколько это принципиально, - почему расчеты для детекторного приемника и искрового передатчика даны именно на диапазон волн от 600 до 150 м ?