应急无线电发射器EMTX的制作,对于初学者而言是个很好的入门DIY项目,今天,本文作者Kostas(SV3ORA)给我们介绍了如何构建一个8组件40/30米QRP应急无线电发射器,步骤详实,图纸、零件型号选择等要素齐全,不亏为一篇业余无线电爱好者制作学习的好教程,今天和电台小叔BG5WKP一起来看看作者如何用8个零件制作一个这样的无线电设备。特别提醒,DIY制作无线电发射设备需要符合国家法律法规。
应急发射器(EMTX)——
8零件大功率40m / 30m发射器,可让您快速上手
介绍
QRP就是要事半功倍。在这里介绍的这种廉价,简单的发射机的结构上,这是不对的。它主要设计为应急发射器(EMTX),可以在现场或任何家庭中建造或维修。但是,它也可以用作业余无线电发射机。但是,不要以其较少的组件数来判断。该发射器功能强大,比QRPers梦想的功能强大。令人惊讶的是8个组件如何带来如此大的输出功率,使您可以在传播条件合适的情况下与世界的大部分地区进行通信。对于电路而言,很难在兼具这种性能的同时兼顾这种简单性。
按照我的详细说明,可以在数小时内轻松复刻EMTX。结果始终是成功的,这是根本不重要的电路之一,并且每次都能成功复刻工作正常的发射机。我已经使用类似的组件(甚至是环形线圈)多次构建了此发射器,并且始终可以正常工作。发射器满足下一个期望:
1. 输出功率(包括谐波):50 ohm时,几mW至15W(取决于晶体管,晶体和所使用的电压/电流)。
2. 它可以直接驱动任何阻抗为50 ohm或更高的天线,而无需外部调谐器。
3. 操作范围:目前40m,30m
4. 模式:CW,Feld-Hell(带有外部开关电路),TAP代码和任何其他ON / OFF键控模式。AM调制也很容易应用。
5. 提供了诸如反极性保护二极管(在测试不同的未知极性PSU时在现场使用)和电流表(便于调整)等选件。
挑战
该发射器的用途主要是用作应急发射器。这带来了影响发射机设计的几个挑战:
1. 必须能够在野外或任何家庭中轻松制造或维修,其组件可以从电子产品或小型废旧二手无线电设备中获得。这意味着零件数量应保持非常低,并且一定不能使用稀有的零件,而是常用的零件。同时,如果要购买任何零件,成本也将保持很小。而且,有源零件必须可以与许多其他设备互换,而无需更改设计或更改其余电路零件。
2. 它必须能够在很宽的直流电压源范围内且以相对较低的电流工作,以便可以使用普通的房屋电源为其供电。此类设备包括膝上型计算机,路由器,打印机,手机充电器,圣诞灯或任何其他可能可用的其他设备提供的线性或开关模式电源。
3. 它必须能够传输强大的信号,以确保通信。可能在本地听到能够输出几mW输出功率的应急发射机(仍然有用,但已经有手持设备),但是如果不能真正听到,将不会有太大用处远。
4. 它必须能够装载任何天线,而无需外部设备。在紧急情况下,您只是没钱制作漂亮的天线或携带同轴电缆和调谐器。甚至在某些极端情况下,您甚至都无法携带有线天线,而您只能依靠从现场搜集来的导线来充当随机有线天线。
5. 在没有任何外部设备帮助的情况下,应将发射机的调整保持在最低限度,并且必须在现场指示发射机或天线的正确操作。
元件选择
晶体管:
该发射器经过设计,可与任何NPN BJT配合使用。其中包括小信号RF和音频晶体管以及高功率RF晶体管,例如HF放大器和CB电台上使用的晶体管。尽管原理图中显示了2sc2078,但只要尝试就地使用任何NPN BJT并相应地调整可变电容器即可。在野外工作时,您将无法找到特殊类型的晶体管。发射器必须手持任何晶体管工作,或从附近的设备中抢救。当然,晶体管的功率能力(以及晶体电流处理能力)将决定可施加给晶体管的最大VCC和电流,从而决定发射器的最大输出功率。我使用过的一些功能最强大的晶体管是来自旧的CB电台,例如2sc2078、2sc2166、2sc1971、2sc3133、2sc1969和2sc2312。还有很多。例如,带有20v笔记本电脑PSU的2sc2078可在50欧姆负载下提供10-12W的最大输出功率。
40m / 30m频段的8个组件EMTX的示意图。灰色的组件是可选的。
晶振:
这是发射机最不常见的零件。您必须找到要工作的频率的晶振。在40m或30m连续波段内的晶振并不常见。此外,如果在高功率和高电流下操作发射器,您会注意到发射器频率上的晶振发热和吱吱声。晶体外壳内部的晶振的当前处理能力将决定吱吱声和晶体热量。如果线性调频脉冲没有那么高,您仍然可以在工作站上使用线性调频脉冲发射器,以便线性调频脉冲可以通过接收器的CW滤波器。但是,如果小吱吱声使您烦恼,或者吱吱声太多,则必须使用这些老式的较大尺寸的晶振(例如FT-243),它可以处理更多的电流。但是,这些在今天更加罕见。
我在模型中使用的方法是并联连接多个相同频率的HC-49U晶体,以便在它们之间共享电流。即使在使用单个FT-243晶体的情况下,即使在高输出功率的情况下,也可以将杂音降低到几乎不明显的水平,甚至在某些情况下甚至更好。同样,这是可选的,但是如果您想在不寻找稀有老式晶振的情况下将线性调频(和晶体加热)降至最低,这是可行的方法。
给个警告。如果在将晶振插入EMTX时发现吱吱声非常高,则应认为该晶振不适用于此发射器,因为它无法处理所需的电流。如果继续使用这种不合适的晶振,则很容易将其搞坏并使其变得无用。不要使用这些微小的HC-49S晶体,它们将无法工作。
电流表:
1安培(或是更大)的电流表可用于监视按键过程中发射器吸收的电流。推荐的电流工作点在450mA至1A之间,这取决于要达到的输出功率(和谐波)水平。电流点由可变电容器设定。我可以避免将电流设置为大于1Amp,尽管可以做到。电流表的使用是可选的,但是与白炽灯泡一起使用,可以很好地指示发射器的正确调谐,因此您无需将外部RF功率表连接到发射器输出。如果有,则可以卸下当前的电表。如果没有可用的1Amp模拟仪表,而是较小的仪表,则可以在仪表两端并联一个低值功率电阻。在我的情况下,我只有一个100uA的电表,并且在其两端并联了一个0.15欧姆的5W电阻,以将1Amp缩小至100uA。该电阻值取决于内部电表电阻,因此您必须针对特定电表进行计算。当2sc2078在20V下使用时,电流表中的500mA表示大约5W的输出功率,600mA表示大约6W,700mA 7W,800mA 8W,900mA 9W和1A大约10W。因此,电流表可以用作某种功率计,而无需对其进行任何换算。
白炽灯泡:
单独使用电流表,而不使用白炽灯泡,将无法正确指示发射器的运行情况。在某些情况下,发射器可能会汲取电流而实际上并未产生太多甚至任何RF。当您在野外时,您不想随身携带额外的监视设备。发射器振荡时,白炽灯泡将点亮。它监视实际的RF信号,因此其亮度会根据发射器产生的RF功率量而变化。为了正确设置可变电容器,这与电流表读数一起需要了解。请注意,灯泡在非常低的信号水平下不会点亮。原型中使用的那个从不到1W的点开始发光。如今,微型白炽灯泡可能不那么容易找到。但是,这些资源有一个很好的来源,几乎每个人的家中都有。这个来源是旧的圣诞灯。您确实保存了旧的圣诞灯,不是吗?白炽灯泡指示器以及变压器上的单匝绕组是可选组件。如果将射频功率计连接到发射器,则可以将其卸下。
二极管:
保护二极管是电路的可选组件。如果您在现场,电源的正确极性可能不明显。如果没有万用表,可能很难确定PSU的正确极性。如果将反向极性连接到电路,则功率二极管(我使用的是6A二极管)将保护晶体管免于爆炸。
Cx和Cy:
Cx电容器,尤其是Cy电容器必须具有良好的质量。如果没有,Cy会因高输出功率而发热。在测试中,我使用了自制的mm头电容器,甚至将双面PCB用作Cy电容器,它们都在大功率下变热。银云母电容器的运行温度要低得多,并且它们的输出功率差异确实很小,因此我建议使用这种类型。Cy必须能够承受很多电压,因此银云母类型是理想的。
CY接于相线或零线入地线,称为共模电容。CX接在相线和中线之间,称为差模电容。作用是,让低频电流顺利通过,滤除高频干扰杂波成份,减小对用电设备的干扰影响。
可变电容:
可变电容器可以是空气可变的或陶瓷的,尽管我更喜欢在应用中使用空气可变的电容器。无论如何,它必须能够像Cy一样处理高压。
电键:
该键将晶体管发射极直接接地,因此它是有源电路的一部分。因此,我建议关键引线应尽可能短。电键必须能够处理其触点上的电压(20v)和电流(最大1A),这通常不是什么大问题。
变压器制作
变压器的结构如下图所示。请注意,如果您决定不需要驱动更高的阻抗负载,而只需驱动50欧姆的负载(例如,天线调谐器或50欧姆匹配的天线),则只需在次级绕组上缠绕2t而不是14t。您当然也不需要任何接头。
第1步:
从五金商店取一条外径为32mm的PVC管。或者,可以使用合适直径的药丸盒,或任何其他合适直径的塑料管。
第2步:
从该管中切出4厘米一块。最小长度为4厘米。
在4厘米以下的PVC管已被切开。
第3步:
将16匝直径为1mm的漆包线缠绕到PVC管道上,并将绕组固定到位,如下图所示。注意电线的缠绕方向。这是变压器的原边,是连接到两个电容器的原边。请注意,该绕组缠绕的位置略偏于管道的右侧。
第4步:
用3匝PTFE胶带缠绕绕组。就像PVC管一样,它可以在任何管道工商店购买。PTFE胶带将有助于使第二层保持原位,并提供额外的绝缘。
第5步:
在初级绕组的顶部缠绕2匝直径为1mm的漆包线,并将绕组固定到位,如下图所示。注意电线的缠绕方向,以及相对于初级绕组的位置。这是变压器的反馈,是与晶体管的集电极相连的反馈。
第6步:
从初级绕组的顶部开始缠绕14匝直径为1mm的漆包线,从紧接2匝开始,并如下图所示将其固定到位。注意导线的缠绕方向,以及相对于初级绕组和2匝绕组的位置。这是变压器的次级(输出),是连接到天线的次级。此时,不必担心接头。
请注意,在下图中,将绕组固定在管道上的方式。导线的末端使用小孔穿过管道,然后朝管道的末端弯曲,再向管道的表面弯曲,在此处进行连接。
第7步:
将1匝直径为1mm的漆包线缠绕到管道上,并将绕组固定到位,如下图所示。注意绕组相对于其他绕组的位置。此1匝绕组与其他绕组的距离约为1cm。这是RF拾取绕组,它连接到白炽灯泡。
第8步:
用锋利的刀具(刀)小心地刮掉所有绕组末端的瓷漆。如果您无法在导线末端(与管道接触)的底部刮擦搪瓷,请不要担心。我们只希望暴露足够的铜以进行连接。
第9步:
对报废的导线末端进行镀锡,注意不要使它们过热太多。
第10步:
现在该在次级绕组上抽头了。使用锋利的刀具(刀),非常仔细地在分接点(匝数)处刮擦漆包线。注意不要从每个水龙头点刮掉上一回合和下一回合的搪瓷。如果只是在导线顶部(外部区域)刮漆,请不要担心。我们只希望露出足够多的铜来进行连接。
如图所示,使每个接头与接头之间的距离略有偏移。这样可以避免任何短路(尤其是在4、5和6分接头处),并且连接起来会更容易,尤其是在使用鳄鱼夹连接分接头的情况下。
第11步:
锡所有的接头,注意不要使其过热。
第12步:
此步骤是可选的,取决于您决定如何连接分接头。您可以将电线直接焊接到分接点,但在我的情况下,我想使用鳄鱼夹,所以我做了下一个:我拿了一根元件引线,并将其一端焊接到每个分接点。然后,我将组件引线弯曲成U形并相应地进行切割。这为鳄鱼夹创造了很好的刚性分接点。
第13步:
此步骤是可选的,取决于您决定如何将变压器安装到机柜。就我而言,我想为安装创建三个小腿。我切了三段铝制表带,并在它们的两端都打了孔。我在变压器管的一端开了三个小孔,并用螺丝固定了铝带。安装它们后,我将皮带成形为L形。然后,我再用三颗螺钉将变压器安装到外壳上。
完整的变压器如上图和下图所示。管道底部的6个连接点是低压点,而管道顶部的2个连接点是高压点。
如果您按照上述说明构建了变压器,则底部连接如下(从左到右):
电线末端1:连接到白炽灯泡
电线末端2:连接到白炽灯泡
导线端3:连接到电流表
线端4:连接到电流表
线端5:连接到GND(接地)
线端6:连接到晶体管集电极
顶部连接如下(从左到右):
导线末端1:连接到25pF可变电容器,并且Cy固定。
导线末端2:第14个次级分接头,未连接或未连接到适当的阻抗天线。
EMTX线性调频分析
每个自激式功率振荡器(甚至许多多级设计)都表现出一定的线性调频。线性调频主要被认为是功率振荡器被按下时频率的突然变化。除了线性调频之外,还可以考虑更长期的频率稳定性。如果正确构建,则EMTX中的线性调频脉冲非常低。Hans Summers,G0UPL对我的EMTX(PDF)和由VK3YE制作EMTX进行了分析。Hans从两个发射机的视频/音频记录中进行了分析。我给他发送了两个视频,其中一个将EMTX设置为10W的输出功率,另一个将其设置为5W。最坏情况(10W)时的rp大约为30Hz,5W时的rp大约为10Hz。如此之小,rp几乎不能被耳朵察觉,并且在将音调通过狭窄的CW滤波器时肯定不会造成任何问题。如此简单,功能如此强大的发射机,这是一个了不起的成就。
EMTX谐波测量
每个未经滤波的发射机都会在其输出处产生激波谐波。这意味着与纯正弦波相比,输出波形会有一些失真。我见过的许多发射机呈现出非常失真的输出波形,并且如果要连接到天线,则绝对需要LPF。我不能说这对EMTX来说是正确的,因为令人惊讶的是,尽管它可以实现高输出功率,但它的曲度却很低。尽管LPF始终是一个好主意,但EMTX并不需要那么多。但是,您必须使用一个来遵守规定。
上图显示了将EMTX输出设置为50欧姆时接近10W时的测量结果。主载波恰好为9.9W,所有谐波均小于50mW!同样,谐波不会扩展到VHF区域。
下图显示了将EMTX输出设置为50欧姆时接近5W时的测量结果。主载波恰好在5.17W,所有谐波均小于9.6mW!同样,谐波不会延伸到VHF区域。
与强大的载波相比,根本不会听到这么小的谐波。这仅意味着一件事。LPF虽然是一种很好的做法,但在此发射器中不是必需的。但是您最好使用一种,以便遵守法规。
许多业余无线电爱好者仅使用功率计来测量其自制发射器的输出。这不是正确的方法,因为电表是非选择性电表。它将同时测量基本载波和谐波,而无法区分它们。因此,在未滤波的发射机中,或者在具有简单(通常是未测量的)LPF的发射机中,这种方式将完全错误地读取设定频率下的发射机输出功率。
频谱分析仪是准确测量发射机输出功率和谐波电平的正确方法。许多现代示波器中可用的FFT(动态范围大约为50-55dB)也足以满足此目的。必须在发射器输出端连接一个50欧姆的虚拟负载,然后将示波器的高阻抗探头也连接到发射器的输出端。这就是执行上述测量的方式。
WebSDR测试
这是一些测试传输,以确定使用这种发射器可以传输多远。我不得不说,在EMTX和我效率低下的短偶极子之间有一个天线调谐器(未切开40m,甚至与同轴电缆都不匹配)。但是即使在5W设置下,我仍然可以覆盖超过2500Km的距离。
在距离2500Km的WebSDR上以及将EMTX设置为10W输出功率时所接收到的发射机信号的屏幕截图。
下图是在同一WebSDR上接收到的以及将EMTX设置为5W输出功率时发射器信号的图片。
成品图
成品发射器的图片。如果您不在乎,则不必制作外观精美外壳。
基于面包板的EMTX样机。是的,它在一块木头上工作得一样很好。
网友点评:
迈克尔·布莱克:
我们确实需要在极端简单的基础上结束这种尝试。
每个人都应该制造一个晶体振荡器,这是我制造的第一个无线电设备。但是您不需要电源,可以在接收器中听到一些声音。
是的,有些人喜欢简单地应对挑战,但他们通常知道事情的发展。初学者需要从简单开始,但是入门者并不能做到最好,而如今低功率,CW和晶体控制将成为障碍。这是我第一次使用许可证进行操作时令人生畏,而且我使用的是某人的Collins KWM-2。
简单永远是不够的,最近有人展示了“毫不费力地制作线圈”的电路。但是,这会导致输出不纯净,这对于初学者可能是未知的。缠绕线圈是构建简单发射器的一部分,学习基础知识并不断进步。
不可能有人拥有具有射频功能的功率晶体管,而没有一堆低功率晶体管。在功率级添加之前添加一个单独的振荡器复杂性几乎没有,但摆脱了一些问题。
在紧急情况下,晶振将是最大的问题,而不是构建两个晶体管发射器的部件。您不会破坏业余无线电频段的晶振(除非有一个模拟电视提供3.58MHz彩色副载波晶体),并且频带外意味着最好是真正的紧急情况。奇数频率会减少正在听的人,而CW会使大多数人无法理解发送的内容。如今,童子军是否还会为莫尔斯打扰?
业余电台过于注重“紧急通信”,而不是技术。这似乎代表了这一点。简单而不是好。似乎有很多火腿从来没有超越简单,找到了一些借口。因此人们被困在1971年,那只是1920年代的固态版本。当年,我找到了具有较高IF中频的合成器,频率计数器和接收器,发现了业余电子和业余杂志。
业余无线电紧急通信是关于向第三方提供通信,而不是被困在某处并且必须构建一个发射器。卡尔和杰里在虚构的紧急情况下,至少从汽车和电视机上制造了火花隙发射器。
科斯塔斯:
如果制作正确,那将是无吱吱声的发射机(实际上)。最需要注意的是要使用的晶体振荡器。照做,您真的会好起来的。我不确定法规是否会提及产生吱吱声,我认为只有谐波含量才是他们关心的内容。但是我可能是错的。
小叔来啦:
这是一个了不起的项目。非常感谢您与我们分享。我喜欢这种设计的简单、真正遵循形式的功能。稍有耐心,任何人都可以制造此发射器。
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