Привет, друзья!
В прошлой заметке я рассказал о том, как сделал магнитную антенну для связей в городе, когда нет никаких возможностей развернуть полноразмерное антенное хозяйство. Тем не менее, связываться хочется, и магнитная антенна является, пожалуй, одним из самых доступных вариантов для этого.
В статье про антенну я лишь вскользь упомянул о высоковольтном КПЕ (конденсатор переменной емкости), который я разработал специально для нее. Сегодня расскажу подробнее и выложу в конце статьи все чертежи и модели, необходимые для его изготовления.
Подписчики канала уже знают, что это не первый мой опыт с самодельными подстроечниками. В ранних экспериментах я использовал конденсатор, о котором рассказал в публикации "Высоковольтный подстроечный конденсатор своими руками". Отказаться от его использования меня вынудила невысокая добротность, существенно ухудшавшая резонансные свойства антенны. В свою очередь, низкая добротность получилась из-за того, что в качестве диэлектрика использовался стеклотекстолит. Как оказалось, этот материал обладает значительными потерями. Было решено делать конденсатор с воздушным диэлектриком.
Еще одно соображение, которое повлияло на конструкцию - высокое напряжение на конденсаторе. При выходной мощности 5 Вт напряжение на контуре в точке резонанса может достигать 1 киловольт. При таких напряжениях нужен как хороший воздушный зазор (более 1 мм), так и отсутствие плохих контактов. В первой версии конденсатора ротор соединялся с выходным контактом путем плотного прилегания стеклотекстолитовых пластин. Хоть контакт и был обеспечен вполне на уровне, но если можно сделать без него, почему бы не сделать! Я решил использовать конструкцию типа "бабочка" в которой контакт ротора не требуется вообще. Ротор просто обеспечивает емкостную связь между двумя статорами. Разумеется, емкость такого конденсатора будет существенно ниже, но мне особо большая и не требуется. Ведь антенну я делаю однодиапазонную, так что перестройки в пределах нескольких сотен килогерц будет вполне достаточно. Для такой перестройки вполне хватит диапазона изменения емкости около 1 пФ. Для настройки же на диапазон параллельно КПЕ можно подключить постоянную емкость (тоже высоковольтную), о конструкции которой я рассказал в статье про антенну.
Пластины ротора и статора я спроектировал в Sprint Layout.
Напомню, что модели доступны в архиве в конце статьи.
Статоров нужно два, но оба они имеют одинаковую форму.
Да, нужно сказать, что я решил немного увеличить размер конденсатора, чтобы иметь возможность сделать больший воздушный зазор. С перспективой, на будущие эксперименты с магнитной антенной. Прошлый КПЕ имел размеры 40х40 мм. Теперь будет 50х50 мм.
Пластины ротора и статора вырезаны из стеклотекстолита толщиной 0.8 мм. Просто такой уже был заправлен в мой фрезерный станок. Можно использовать и другой, но тогда модели нужно будет немного скорректировать, углубив пазы под контакты. А можно и вообще изготовить пластины из жести, латуни и т.п., вырезав нужные детали ножницами.
Результат работы моего фрезера CNC1610:
Модель корпуса спроектирована в Компас-3D. Уже совсем привык к этой программе. Про Fusion-360 и забыл совсем!
Детали корпуса напечатаны из серого ABS-пластика.
Слева - нижняя часть. Сверху - верхняя. Справа - кольцо, определяющее зазор (толщина 2 мм), и рукоятка регулировки.
Процедура сборки несложная, за исключением необходимости подгонки деталей друг к другу. Прежде всего, пластины статора устанавливаются в пазы задней части корпуса.
При правильной установке пластины должны встать вровень с поверхностью. Затем на пластины устанавливается кольцо разделителя.
Теперь углубление для ручки регулировки нужно немного смазать синтетической смазкой и установить саму ручку. При этом следует избегать попадания смазки на пластины статора.
Ручка должна сидеть достаточно плотно, но вращаться без особого усилия. После этого на ручку надевается пластина ротора.
В заключение, на узел надевается верхняя часть корпуса.
Корпус стягивается винтами M3x10 с потайной головкой. С обратной стороны винт затягивается гайкой. Если планируется закреплять КПЕ на каком либо основании или крышке корпуса, то можно сделать это лишь двумя винтами, тогда для крепления к основанию можно использовать оставшиеся два.
Для удобства вращения КПЕ и точного выставления частоты я разработал специальную рукоятку. Оказалось очень удобно!
Для тестирования конденсатора я использовал векторный анализатор NanoVNA. Минимальное значение емкости оказалось около 2,5 пФ.
А максимальное - около 3,3 пФ.
То есть, диапазон регулировки оказался всего лишь 0,7 пФ. Немного, но как показали последующие испытания этого вполне достаточно, для изменения точки резонанса антенны в пределах 100 кГц (ширина телеграфного участка диапазона 14 МГц).При необходимости можно емкость и диапазон перестройки увеличить еще в 2...3 раза, уменьшив толщину зазора с 2 мм до 1,5 и даже до 1-го мм. В последнем случае, полагаю, напряжение пробоя составит около 2-х кВ. Ведь слой воздуха в 1 мм пробивается напряжением в 1 кВ. А в предлагаемой конструкции таких слоя получается два!
Антенна с описанным конденсатором установлена на балконе. Именно с ней я провел свое первое QSO!
Антенна смонтирована на деревянной рейке 40х10 и установлена на штативе. В нижней части фото можно разглядеть и описываемый конденсатор. К рейке он закреплен двумя винтами. Зеленый объект - это постоянный конденсатор, включенный параллельно.
Файлы проекта доступны для скачивания в едином архиве:
Спасибо, что читаете-смотрите Terrabyte! Подписывайтесь, если вам интересна радиолюбительская тематика, микроконтроллеры, мини-ПК, необычные компьютерные решения и инновационные разработки! Спасибо всем, кто поддерживает меня своими советами, комментариями и лайками!
Группа ВК: https://vk.com/terrabyte
Канал на VK-Video: https://vk.com/video/@terrabyte/all
Интересное и полезное: