Искровой передатчик по идеям начала прошлого века выполнен в 2009 году Кевином Смитом, любителем собирать детекторные приемники по вычурным схемам начала 20-го века, и тщательно исследовать их свойства с применением самой современной аппаратуры, недоступной их создателям 100 лет назад. Несмотря на то, что схемы старые, при их повторении Кевин применяет самые современные радиодетали и материалы.
Прежде всего Кевин делает заявление, что он не является лицензированным радиолюбителем, а эксплуатация искровых передатчиков в США запрещена. Схема собрана исключительно с учебными и просветительскими целями, и запуск ее в работу не предполагается. Также, он не призывает читателей его блога повторять свои опыты.
Искровой передатчик на основе катушки зажигания PerTronix 45011 - своего рода "прыжок в сторону" от сабжа блога; как пишет сам Кевин, на идею его натолкнул брат. Ниже схема передатчика.
Конструкция выполнена очень тщательно, из фото в качестве титульной заставки следует, что конструктивно передатчик разделен на 4 отдельных функциональных модуля. Разберем их по отдельности и представим фото каждого модуля в более крупном масштабе.
Катушка зажигания
Ниже фото модуля катушки зажигания в рабочем состоянии, видна искра через регулируемый искровой промежуток.
А здесь типичная для 70-х годов автомобильная катушка зажигания в разрезе с пояснением ее устройства.
Кевин поясняет, что подобная катушка использовалась в первом передатчике Маркони. Флеминг пишет, что в его дни использовалась катушка 10-дюймовая, под чем понималась длина создаваемой катушкой искры в 10 дюймов (254 мм). С таких позиций представленную выше катушку можно назвать 1-дюймовой.
Автор поясняет, что установить связь с Китаем собранная им установка не позволит, но для опытов вполне пригодна.
Искровой промежуток
Ниже фото искрового модуля, сердца системы.
Шарики - латунные диаметром 1/2 дюйма (12 мм) на концах латунных резьбовых стержней диаметром 1/4 дюйма. Стойки со стержнями установлены на керамических изоляторах. Автор также экспериментировал с искровым промежутком без шаров, с остриями, что облегчало проскакивание искры.
Длина искры без резистивного балласта составляет 2 см, с балластом 1,5 см. Балласт предохраняет контакты вакуумных реле от износа, мощность искры с балластом падает с 20 А до 14 А. Под нагрузкой искру приходится регулировать до 0,5 мм. Катушка Флеминга при искре в 10 дюймов под нагрузкой регулировалась до 6-7 мм.
Кевин экспериментировал и с вакуумными искровыми промежутками, что приводило к меньшему износу контактов.
Высокочастотный трансформатор
ВЧ-трансформатор выполняет в передатчике 2 функции: преобразует энергию искры в радиочастоту и передает энергию из закрытого контура с колебательным контуром в открытый контур с антенной для излучения в пространство.
Фото ВЧ-трансформатора ниже.
Контур настроен на частоту 2,5 мГц, или длину волны 120 м. Первичная обмотка: диаметр 178 мм, длина 51 мм, количество витков 4. Максимальная индуктивность 3,81 мкГн, медная трубка 1/8 дюйма (3 мм).
Вторичная обмотка: диаметр 127 мм, длина 152 см, количество витков 22. Максимальная индуктивность 27,4 мкГн, медная трубка 1/16 дюйма (1,5 мм). Индуктивность катушек изменяется путем подключения отводов к разным виткам. Связь между катушками меняется путем перемещения вторичной обмотки по направляющим относительно первичной.
Антенна выбрана Г-образная с распределенной индуктивностью 20 мкГн и распределенной емкостью 150 пФ.
Автор даже не упоминает, по понятным причинам, подключал ли он к передатчику антенну, и каковы ее конструктивные размеры. Но исходя из того, что Г-образная антенна при высоте подвеса 6 м обладает емкостью порядка 5,6 пФ на метр общей длины и индуктивностью около 2 мкГн/м, общая длина должна составлять 27 м исходя из емкости и всего 10 м исходя из индуктивности.
Для соответствия обеих значений придется признать, что высота подвеса антенны ниже 6 м, что увеличивает емкость, не изменяя существенно индуктивности. Скорей всего, она порядка 2-2,5 м.
Модуль конденсаторов состоит из современных конденсаторов (хотя первоначальная идея была использовать лейденские банки), подключаемых при необходимости параллельно в различных комбинациях. Фото ниже.
Тестирование передатчика
Для тестирования передатчика к его антенному выходу подключался осциллограф с эквивалентом антенны емкостью 25 пФ без индуктивности.
Тестирование показало, что измеренные частоты в закрытом контуре 2,11 мГц и в открытом 7,66 мГц не соответствовали задуманным 2,5 мГц. Автор внес изменения в индуктивности и емкости контуров, а также пересмотрел свои требования к антенне.
Автор предполагает, что разница в резонансных частотах открытого и закрытого контуров порождает множество гармоник излучаемой частоты, но что подключение реальной антенны приведет к безупречной работе передатчика!
Работоспособность передатчика проверена радиоприемником, рассчитанным на прием амплитудно-модулированных сигналов. Сигнал оказался с очень широкой полосой излучения, и стало понятно, отчего искровые передатчики запрещены.
Как следует из схемы передатчика, ток в первичной обмотке катушки прерывается парой реле с собственной частотой каждого 240 Гц. Поскольку реле поочередно включают и выключают друг друга, частота пульсаций в первичной обмотке вдвое меньше и составляет 120 Гц.
Ниже осциллограмма импульсов в первичной обмотке катушки зажигания.
На протяжении 100 мс укладываются полных 12 циклов сигнала, что соответствует частоте 120 Гц. Каждый цикл работы прерывателя вызывает в контуре колебания с частотой 533 Гц, что определяется емкостью конденсатора 0,2 мкФ и индуктивностью катушки.
Автор осуществил общий вызов CQ и сигнал SOS для подводников SSS в память о первом приеме Маркони трансатлантического сигнала 12 декабря 1901 года. Впрочем, по данной теме остается много не разрешенных вопросов, сам Маркони путался, давая разные показания даже относительно длины волны, на которой велся прием. Расчеты показывают, что на ртутный когерер прием станции не мог быть осуществлен.
Либо Маркони невероятно повезло, либо когерер работал в режиме детектирования, либо даже в режиме усиления (как "кристадин" Лосева). Но практик Маркони не имел в те годы представления ни о том, ни о другом. До установления надежной связи через Атлантику оставалось целых 6 лет.
Впрочем, существует совершенно безумная конспирологическая теория, что Тесла специально для Маркони подогрел ионосферу, обеспечив канал связи. Тесла, он такой, он даже Тунгусский метеорит приманил.
Ниже осциллограммы сигналов CQ и SSS на выходе передатчика. Принимаемый звуковой сигнал фактически представляет собой "белый шум" с максимум на частоте 243 Гц.
Увы, автор так и не привел самый интересный результат - на каком расстоянии бытовой радиоприемник еще улавливал тональный сигналл передатчика. Скорей всего, этого мы никогда не узнаем, если только не повторим опыт с ненужной катушкой зажигания от Жигулей.
Но в СССР работа искровых передатчиков была запрещена в 1940 году, когда еще работала знаменитая искровая Ходынская радиостанция (переименованная в Октябрьскую) с затухающими колебаниями мощностью порядка 100 кВт и длине волны 7-9-11 км. Т.ч. и к созданной вами опытной установке придется вместо антенны подключать ее эквивалент.
