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复古小功率电台

复古小功率电台
调暗灯光,体验曙光一线的通联

作者:Ralph E. Taggart,WB8DQT
翻译:LifeWieller
本文已发表于《电子制作》2014年8月刊

提到小功率电台(QRP),多数火腿会立马想到专为便携设计的电台。但除此之外,还有一种复古小功率电台。
在普通人之外,有一种人被称为极简主义者。就像中世纪和尚那样,只有亲自造出所有东西才能让他们感到开心。他们能在薄荷糖盒子或金枪鱼罐头盒中制作出电台。他们就是火腿中的马盖先(MacGyver),只要给他们沙子和纸,他们就能造出三极管和电容。通常,他们生活在山顶(越高越冷的地方越容易发现他们),依靠自制的腋下的电热器取暖,从一根电线创造出整个世界。这些人过着艰苦的生活,依靠双手赢得了人们的尊敬。
与之类似,在本文的末尾有一部分关于简约艺术家的文字。通常来说,QRP指的是小功率电台,仅此而已。只要你使用小于5W的电台进行通联,其他的,包括大功率电台,昂贵的天线,电暖器,舒适的椅子等都无所谓。
在和这类在帐篷中或山顶使用小功率电台的人进行通联的时候我会感到一丝愧疚,但我仍很感谢我的大功率电台——真空管和新的型号的电台。由于其相对过时,使用小功率电台进行通联在现在并不太受到重视。在二战前后它们以初学者设备为人所知。然而,这类电台给刚踏入无线电领域的人以发现一个全新世界的机会。

寻找复古小功率电台
在新年(2000年)的第一天,世界各地的CW爱好者一起参加了ARRL的电键之夜(Straight Key Night,SKN),一个为莫尔斯码操作员设立的庆典。在电键之外,越来越多的经典设备也在这时参与到通联中,为通联增加怀旧气氛。我对此毫无抵抗力。过去的几年时间里我一直想让我的Swedish Pump电键和真空管电台配合使用。鉴于一年之中我一直使用小功率电台进行通联,自然而然我开始寻找小功率莫尔斯码电台项目。


在开始这样一个项目的时候,首先要做的自然是在ARRL网站(www.arrl.org)上搜索。作为会员,一项好处就是可以搜索过期杂志——从1915年到现在所有的QST杂志,并且除最新的文章之外都提供PDF下载。除此之外另外一个方法是搜索GLOWBUGS,并在结果中寻找。Glowbug指的是简单(通常1或2级)的,电子管式电台。在网上搜索到的glowbug网页或许是不错的选择。相比之下,QST下载到的PDF文章经过了ARRL实验室的审核,并且通常附有大量详细的制作安装介绍。
不管你用什么方式搜索资料,在你最终决定时,以下几点都要注意:
⚪ 时代。我曾经痴迷于一个1955年前后的电台项目。元器件不是问题,即便是老式电子管,但是项目花费会很高,并且在符合现在的规定方面会有一些麻烦。
⚪ 功率。多数入门级电台采用内置电源,在1或2个波段(通常是80米和/或40米波段)以CW方式工作,由晶体振荡器控制频率以增加稳定性,达到当时FCC初级要求。不同于现在,电台功率是以输入功率表示的,即便是标出输出功率的电源供应器。对于多数老式电台,可以认为输出功率约为输入功率的一半(或略少)。有些电台设计为75W输入功率(FCC初级要求限定值),除此之外还有很多10-15W电台,它们很适合小功率电台的要求。
⚪ 电路结构。在自制简单使用的电台之外,单级单管电台也是很多小型工厂的最爱,对于入门级商业电台也是如此。这种电路结构决定了键控功率振荡器输出直接连接至天线。问题在于振荡器的稳定性——需要避免啸叫(在电键按下时拍音或收到的音调中声音频率的变化)——很难在大功率时兼顾,特别是不同负载时。我试过高质量的键控振荡器,但是多数输出功率只有1-2W。
问题通常在于使用的晶体振荡器。FT-243使用的晶体振荡器相当稳定,但新的晶体振荡器较为复杂,在多数老式电路中会由于电流过大而过热,结果就是在4-5W输出功率时的频率偏移和啸叫,并且难以改善。就项目而言,较为保险的设计是采用两级电路结构,第一级为振荡器,第二级为功放级(或称MOPA,Master Oscillator Power Amplifier结构)。这种设计需要用到两个电子管。一些看似单电子管设计实际是在一个电子管封装中包含两个独立部分,如6SC7,在一个玻璃封装中包括了两个三极真空管。
⚪ 安全。经典的小功率电台会用到200-300伏阳极电压。这么高的电压是很危险的,因此必须保证通电后不会触碰到带电部件。有一些廉价的电台并不满足这个要求。在开始制作之前,必须详细阅读手册中(ARRL Handbook)电源部分关于高压的章节。另外,在初次通电时,一个初级带有保险的隔离变压器是必须的。
另外一点关于电压的是多数复古电台采用阴极或栅极截止键控,结果是电键上会带有高压。因此,工作时电键金属部分必须连接至零电势。经典的电键设计已经考虑到了这一点,但是如果你想使用电键器,一定要妥善处理高压。如果不能解决,可以用额外的电键和继电器来操作键控。

除了这篇文章之外,在QST-in-Depth网站(注1:www.arrl.org/qst-in-depth)上还有一系列相关文章。我最后选择了Don Mix,W1TS写的一篇发表在QST1968年10月期的制作双管电台的文章(注2:D. Mix, W1TS, “A Simple Transmitter For The Beginner,” QST, Oct, 1968, pp 22-28. 一种10-12W输入功率,两级电子管电台的设计。虽然是为40米和80米波段设计的,但很容易改到20米或30米波段。)作为参考。
在你着手制作复古电台过程中会收获业余电台历史知识。Don Mix就是这样一个人——无线电界像印第安纳琼斯那样一位活的历史,他的那个时代DX先驱之一,ARRL总部员工,超过100篇QST文章的作者。这篇文章是1973年他去世之前最后一篇文章,在我看来也是这方面最好的文章。能在制作过程中了解到这方面的知识,这样最后收获的要比仅仅造好一台电台多得多。

开始动手!
我列出了一些能够买到元件的地方。利用Internet资源能够找到更多,HAM聚会甚至是其他火腿的废件箱都是不错的选择。努力让你的成果看起来更好——你要做的不是博物馆的展品,而是一件能够工作的实物。我用了一个稍大的底座,并且将原文用到的固定气隙线圈用插入式线圈代替。接收可调电容兼做调谐和LOADING控制,并且在输出部分增加了电容以优化功率输出。
当上面的东西都确定之后,实际制作过程就很容易了。如果这是你自己动手的第一个制作,那么过程中会有很多新鲜有趣的东西。在制作之前我准备了参考文章的PDF文件,以便在制作过程中确认细节。另外,类似的其他制作也能提供很多有用信息,包括如何获得零部件,结构方面注意事项,一点理论知识和保证安全基础上的最终测试。
另外,如果你不想完全模仿原始设计,你还能从上面的一系列文章中了解关于外壳方面的知识。除此之外,还有如何实现良好的键控性能和利用现在的晶体振荡器在复古电台中实现小功率输出。在这些文章列表中,W1TS的项目手册可以从QST-in-Depth网站(见注1)上下载到。

预期成果
这个功率级别的电台通常作为新火腿入门电台,其预期效果相当简单。通常来说,在有良好天线的情况下,这类电台能通联到数百英里之外。要记得,这类电台通常是作为接收机使用的。
4-5W复古电台通常和同等功率的现代小功率设备等效。简言之,复古电台和现代电台在功率相同时的性能是相通的——他们都能发射出相同的电磁波。复古电台的发射功率通常取决于功率变压器,不要让设计功率为1.5W,175V的功率变压器用于5W,275V的电台。
通过两周的40米波段和SKN2011的日常通连,我通联到19个州的电台,目前通连到的总数是40个州的电台,包括几个超过1000英里/瓦的电台。因为电台是由晶体振荡器控制的,多数通连到的火腿回复了我的呼叫。为了调试方便,我使用Flex 1500小功率软件无线电收发器作为接收端。当时我没有料到Flex的瀑布/频谱显示功能十分好用,只是简单的看波段显示中我想要把电台设定到的频率,然后选择合适的晶振安装上去。
和别人一样,最初我由于新奇开始制作这个电台。整个操作过程十分有趣,但我却不得不在制作好之后就把它闲置了。我最初的初级执照有效期为一年,不能续期。与制作这个电台相比,我的各州通连记录都不是那么印象深刻。我怀疑现在我已经忘记了怎样通连了。
我确信Don,W1TS很高兴看到他的“初学者”电台能通联到数百英里之外。如果我在西部工作或在阿拉斯加北坡探索恐龙,我就会有很多其他的小功率固态电台了。但是近几年我放慢了在这方面探寻的速度。这个冬天是一个让我享受电子管的温暖的光线的机会。或许你也想制作一台——和你通连的火腿一定会惊叹于你的设备。

Ralph E. Taggart,呼号WB8DQT,是一名ARRL会员。他在1958年得到初级操作员执照。现在持有高级操作员执照。1963年,Ralph获得Rutgers大学生物学士学位,并从事于业余电视。他为QST,Ham Radio和73 Magazines写过很多优秀文章。Ralph同时是ARRL的图像传输方面的技术顾问,著有两本ARRL书籍,天气卫星手册(Weather Satellite Handbook)和图像通信手册(Image Communications Handbook)。Ralph和他的妻子住在Mason,Michigan州,他们有三个女儿。Ralph活跃在短波波段各个模式,近来在他没有工作的时候经常在30米和40米波段以CW方式通连。他的地址是602 S Jefferson St, Mason, MI 48854,邮箱是wb8dqt@arrl.net

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