Rančerský „radiotelefon”

expedice-bílý-tesák    technika    ostatní    Rančerský „radiotelefon”

Bezdrátová komunikace na druhý konec světa, krátké vlny, morseovka, velké a dlouhé antény - úžasná věc počátku dvacátého století co změnila Evropu i Ameriku. Krásné, ale příliš těžkopádné. Jedna skříň pro vysílač, druhá skříň pro přijímač a to dvojmo na obou stranách. Svět nutně potřeboval něco nenáročného a přesto funkčního. Něco pro obyčejné lidi. Na spoustu míst vedl telefon i telegraf. Ale bylo i mnoho samot, kam dráty nevedly. V krajině roztroušené farmy a ranče nebyly od sebe daleko, ale propojit je všechny telefonní linkou nebylo reálné ani ekonomické. A tak jediným spojením stále ještě zůstával posel na koni.

rancersky-radiotelefon-antena.jpg, 39kB Píše se rok 1934 a v americkém Chicagu v květnovém čísle magazínu Populární mechanika zveřejnili pánové T.P. Leonard a C.F. Hadlock návod na stavbu jednoduchého vysílacího přístroje. Přístroje, který umožňoval spojení nejen mluveným slovem, ale dokonce mluveným slovem obousměrně - jak se v té době říkalo „two-way”. Světlo světa spatřilo to, čemu dnes odborně říkáme tranceiver, ale tehdy byli snad ještě o kousek dál než dnes - stejné součástky, které se používaly pro příjem se využívaly i pro vysílání. Díky tomu bylo zařízení jednoduché i relativně levné. Dostupné mnoha lidem a především mnoha lidmi ihned použitelné.

Každý trochu zručný elektrotechnik, který dokázal postavit dvoulampovku, dokázal postavit i tohle. Stačilo zapnout, naladit jako obyčejný rozhlasový přijímač, vzít do ruky důvěrně známé telefonní sluchátko a hovořit. Hovořit stejně, jako do obyčejného telefonu. To zvládl každý. Co na tom, že tohle je "bezdrátový" telefon? Důležité je, že se s tím dá dovolat na sousední farmu nebo do města. Co si ještě více přát?

Právě někde v tomto okamžiku se možná začalo tvořit povědomí o fenoménu, který přerostl v to, co dnes chápeme jako CB-rádio či později v PMR-rádio. Tedy radiostanici dostupnou pro všechny, kteří potřebují komunikovat na kratší vzdálenosti. A dospělo to dokonce tak daleko, že si dnes mladá generace vlastně vůbec nedokáže představit, že by jen na pouhou jednu hodinu neměla k dispozici mobilní telefon...

Koncepce přístroje

Zařízení pracovalo na vlnové délce 5 metrů. Byla to velmi výhodná frekvence. Šířila se pouze přízemní vlnou, takže vzdálenější stanice se nerušily, i když pracovaly na stejné frekvenci. V celém státě mohly bez obav pracovat stovky stanic současně. Do pásma pronikalo jen minimum atmosferických poruch. Navíc k vysílání na tomto VKV pásmu stačilo použít rozměrově malou a skladnou anténu. Anténu, která měla směrový účinek, dobrý zisk a kterou neohrožovala statická elektřina při bouřkách tak, jako dlouhé antény drátové.

Vlastní přístroj byl založený na principu jednoduchého VF obvodu, jehož pracovní režim se přepínal buď jako oscilátor-vysílač nebo jako oscilátor-přijímač s logaritmickou superreakcí a vlastním klíčování. Použití sóloscilátoru u vysílače nebylo v té době nic převratného, spíš běžná praxe. Zato superreakční přijímač vnášel do celé koncepce přenosného přístroje obrovskou devizu. Byl mimořádně jednoduchý, laciný a energeticky nenáročný. Přitom měl citlivost stejnou, jakou dosahovaly mnohonásobně složitější superhety. K symetrické anténě byl oscilátor vázán indukční vazbou, která se dala měnit zasouváním cívky L3 mezi napevno uchycené cívky L1 a L2. Při spojení na kratší vzdálenosti stačil jako anténa i prut zapojený do zdířky a1. Jako elektronka posloužila v té době běžně dostupná přímožhavená bateriová trioda č.30 (RCA30), proužívaná pro rozhlasové přijímače už od roku 1930.

Zbytek zapojení tvořil jednostupňový nízkofrekvenční zesilovač osazený koncovou bateriovou přímožhavenou pentodou č.33 s transformátorovou vazbou. Stupeň zesiloval buď signál z superreakčního přijímače do sluchátka nebo signál z mikrofonu a prováděl anodovou amplitudovou modulaci vysílače. Použité elektronky byly určené pro žhavení dvouvoltovým olověným akumulátorovým článkem, často označovaným jako "cell A". Jenže tehdejší akumulátory nebyly hermeticky uzavřené. Pokud by se článek s kyselinou vylil, znamenalo by to pro přístroj pohromu. Proto byly pro žhavení raději použity dva zinkoburelové telefonní články u kterých rozlití nehrozilo. Bohužel měly vyšší napětí a tak do žhavící větve musel být zařazený srážecí odpor 2R. Napětí ze žhavících článků se současně využívalo i pro uhlíkový mikrofon. Anodové obvody obou elektronek byly napájené celkovým napětím 90 voltů ze dvou anodových bateríí označených jako "baterie B". Aby elektronka nízkofrekvenčního zesilovacího stupně pracovala v požadované části své charakteristiky, muselo být na její řídící mřížku přivedeno záporné předpětí. To se získávalo z tzv. mřížkové baterie označené jako "baterie C". Baterie vydržely velmi dlouho, protože vysílačka nebývala na rozdíl od rodinného radiopřijímače na farmách v provozu celý den, ale jen v předem domluvený čas nebo po nějakém do dálky slyšitelném varovném signálu (trojitý výstřel, zvonění na kolejnici apod.) Podle dobových pramenů byl výkon vysílače 0,5 wattů. To by se dnes někomu mohlo zdát málo, ale dobové prameny uvádějí v otevřené krajině s externí anténou dosah až 48km. V praxi se však používala na vzdálenosti podstatně menší.

Původní návody obsahovaly tzv. zapojovací plán, kde byly součástky nakreslené tak, jak skutečně vypadaly. To by bylo pro pochopení funkce hodně nepřehledné. Podívejme se proto raději na schéma zapojení překreslené podle dnešních zvyklostí:

Rančerský „radiotelefon” - schema zapojení

Poznámka:
Nevím, zda to byl cílený záměr nebo chyba tiskárny, ale vypadá to, že v originálním návodu chybí kondenzátor Cx (ve schématu naznačeno čárkovaně). Domnívám se, že pro správnou funkci přístroje je tento kondenzátor potřebný, protože jinak by při přepnutí do polohy "příjem" protékal anodový proud první elektronky nejen potenciometrem, ale i vinutím transformátoru 3..4, jehož ohmický odpor je výrazně menší než potenciometru. Obávám se, že by nebylo možné potenciometrem správně nastavit optimální pracovní bod superreakčního stupně, pokud má potenciometr tomuto účelu sloužit. Určitou otázkou je také hodnota odporu označeného Rx, která má zásadní vliv na klíčovací kmitočet superreakčního stupně a která se většinou individuálně zkoušela, aby byl získán vhodný klíčovací kmitočet.

Mechanická konstrukce

Hlavní modul radiotelefonu Přístroj poplatný své době, byl zkonstruován typicky "americky" - tedy nic zbytečného navíc (stejně jako u původného přijímače Twinplex). Čelní panel byl současně i hlavním nosným dílem. Byl to masivní lakovaný plech síly 3mm s rozměry pouze 140 × 175mm. Přesto se tam vše potřebné snadno vešlo. Bezprostředně na panelu byl přišroubovaný potenciometr, vypínač, přepínač, svorky i ladící kondenzátor. S mezerou 30mm za panelem byly pomocí distančních sloupků připevněné oba transformátory i objímky pro elektronky.

Při pohledu na čelní stranu byly všechny ovládací prvky přehledně a účelně uspořádané. Uprostřed panelu byl ladící převod se stupnicí. Pod ním, také uprostřed, byl vypínač žhavení elektronek. Jednalo se o vypínač "tahem zapni - stiskem vypni" a víko skříňky bylo upravené tak, aby při jeho uzavření byl vypínač víkem zamáčknutý do polohy "vypnuto". To chránilo baterie před nežádoucím vybitím i v případě, že by obsluha nedopatření zapoměla přístroj vypnout. Vlevo byl velký knoflík potenciometru pro řízení superreakčního přijímače, vpravo pak masivní knoflík pro přepínání "příjem - vysílání". V horní části panelu byly svorky pro připojení antény. V levé části panelu byly svorky pro připojení telefonního sluchátka. Sluchátko se používalo ze standardního telefonního přístroje, konkrétně v tomto případě se jednalo o sluchátko vyrobené firmou Western Electric.

Radiotelefon vystavěný ve skříňce na nářadí Tento hlavní modul se vkládal doprostřed typizované plechové skříňky s víkem, která se v té době používala na nářadí pro automobily. Skříňka měla déku 346mm, šířku 140mm a hloubku 136mm. Protože byl panel hlavního modulu ve skříňce vodorovně a objímky elektronek byly umístěny na distančních sloupcích přímo na panelu, byly elektronky ve skutečnosti zavěšeny hlavou dolů. Protože se však jednalo o elektronky bateriové, které se za provozu zahřívaly jen minimálně, ničemu to nevadilo.

Pod hlavním modulem v místech nad kterým se nacházely transformátory, zůstalo dost místa pro mřížkovou baterii "C". Jednalo se o baterii složenou z 5 malých článků. Tato baterie se prakticky nevybíjela, pouze udržovala napěťový potenciál první mřížky nízkofrekvenční elektronky. Proto nevadilo, že je k ní ztížený přístup. Hlavní baterie, které přístroj napájely, byly umístěné na snadno přístupném místě. Dva válcové žhavící články "A" typu No.06, každý o napětí 1,5V a průměru 7 cm, byly vpravo od hlavního modulu. Vlevo od modulu byly dvě hranaté anodové baterie "B" typ No.5308, každá o napětí 45V.

Žhavící články, mřížkové i anodové baterie se v té době zcela běžně prodávaly v obchodech s radiotechnickými potřebami, protože se používaly v radiopřijímačích v neelektrifikovaných částech země. Podle proužků na obalech odborníci zcela určitě poznali, že přístroj na obrázku měl baterie od firmy Burgess. Alespoň pro vaši rámcovou představu - každá z anodových baterií vážila 4 kilogramy, byla složená z 30-ti článků, měla rozměry přibližně 7 × 10 × 13 cm a prodávala se průměrně za 1,2 dolaru. Na víku bedýnky byl nalepený diagram převádějící čísla ze stupnice ladícího převodu v rozsahu 0 až 100% na konkrétní pracovní frekvenci v megahertzích a byl nakreslený individuálně, vždy pro konkrétní přístroj.

Anténa

dipólová anténa pro pásmo 5m Možná vás na úvodním obrázku upoutala zajímavě řešená, žebříčkem napájená, anténa. Není to jen prostý dipól, jak by se mohlo zdát. Pokud si uvědomíte, že zařízení pracovalo s délkou vlny 5 metrů, dojde vám, že anténa byla podezřele krátká a určitě neměla délku rovnou lambda-půl (jak by správný dipól vyžadoval). Zářiče měly délku jen něco málo přes jeden metr a byly ze středového dílu snadno demontovatelné. I přes malé rozměry a mobilitu dávala tato anténa velmi dobré výsledky. Autorem antény byl konstruktér Dr. G. W. Pickard. To, co je na ní zajímavé, je zejména řešení napájecího transformačního členu, přizpůsobujícího impedanci napáječe k impedanci zkrácených zářičů. Transformační člen byl sestavený ze tří plochých spirálně navinutých cívek spojených do série. Cívky byly umístěné ve střední nosné části antény, vyrobené z ebonitové trubky, s masivními bakelitovými víky.


Podobně řešené transceivery

Postupem času se objevilo mnoho dalších návodů a transceivery podobné konstrukce začaly růst jako houby po dešti. Miniaturizovaná dvouelektronková verze, kterou lze směle nazvat "ručkou", byla publikována v ARRL Handbooku v roce 1946. Pro české radioamatéry toto zařízení podrobně popsal R. Archmann OK1PK (přístroj byl dokonce menší než dobře známá Galvinova vojenská vysílačka Motorola SCR-536). Z řad našich tvůrců stojí určitě za zmínku návody Jaroslava Staňka OK2EL, který publikoval první verzi svého jednoduchého VKV transceiveru v březnovém čísle časopisu Radioamatér v roce 1946 a vylepšenou verzi představil veřejnosti téhož roku v říjnu. Přístroj, který měl výkon něco málo přes 0,5W výstupního výkonu a byl schopný pracovat v pásmu od 1 do 5 metrů vlnové délky, byl určen výhradně pro síťové napájení. Autor svůj přístroj nazval "městský tranceiver", protože sloužil k nevázané zábavě a povídání mezi blízkými radioamatéry nikoli pro dálková spojení. Ač se tehdy jednalo výhradně o spojení direktní, byl tímto počinem vlastně položen základ všech ranních "koleček" na dnešních VKV převaděčích. V dalších letech se objevilo podobných koncepcí více. A souviselo to zejména se snahami radioamatérů proniknout ve větším počtu na VKV a UKV pásma. Kdo by se chtěl dozvědět více, může si sehnat třeba knížku Amatérská radiotechnika I a II, kolektiv autorů, nakladatelství Naše vojsko r.1954.

Na ukázku alespoň jedno z tehdy často používaných způsobů zapojení:

Často používané zapojení té doby

Podívejme se na něj po elektrické stránce trochu podrobněji:

Přístroj se skládá z jednoduchého ladícího obvodu L1/C1, který je naladěný na požadovanou pracovní frekvenci. K ladícímu obvodu je přes kapacitní trymr C2 navázána anténa. Přes vazební kondenzátor C3 je signál vedený na mřížku elektronky. Přepínámím rezistorů R1 a R2 se volí v jakém režimu bude obvod pracovat - zda má elektronka kmitat nepřetržitě a pracovat jako vysílač nebo zda má kmitat superreakčně a pracovat jako přijímač. Časová konstanta klíčování superreakce byla závislá na kapacitě kondenzátoru C3, rezistoru R2 a mřížkovém proudu použité elektronky. Vhodný klíčovací kmitočet se pohyboval od 20kHz do 100kHz. Čím nižší klíčovací kmitočet, tím selektivněji se přijímač choval. Ale mělo to své praktické limity, protože vysoce selektivní přijímač se u vyšších přijímaných kmitočtů dal jen obtížně udržet po celou dobu relace na kmitočtu (v té době nedostatečně stabilního) vysílače. Na pozici superreakčního detektoru i vysílače se používala trioda s pokud možno krátkými přívody. Samozřejmě přístroj by pracoval nejlépe s triodami určenými pro vysoké frekvence (např. 955, LD1, LD2, ECC85, 6CC31, ECC88 a pod.) ale v začátcích nebyly speciální VKV triody pro realizátory běžně dostupné a tak používali, co se kde našlo (AC2, EBC2, později 6BC32 aj.), případně použili i pentody zapojené do triody (6F32, 3L31 aj.)

Pokud je přístroj přepnutý do polohy "příjem" (aktuální poloha přepínače ve schématu označená "R"), prochází anodový proud elektronky E1 přes vinutí vazebního transformátoru, kde se z jednotlivých různě dlouhých klíčovacích impulzů skládá nízkofrekvenční signál. Vhodné napětí pro funkci superreakce se nastavuje pomocí potenciometru P1 (a to na počátek okamžiku, kdy začne přístroj, pokud je bez signálu, hlasitě šumět). Vazební transformátor je libovolný nízkofrekvenční transformátor s převodním poměrem 1:3 až 1:5. Takový jaký se dříve používal u radiopřijímačů s transformátorovou vazbou (tedy např. 2000záv./6000záv. EI-15 a pod.) Transformátor přizpůsobí nízkoimpedanční výstup z triody pro další NF strupeň a hlavně zbaví signál všech nežádoucích zbytků vysokofrekvenčních složek, které by jinak silně zahltily mřížku pentody NF stupně. Za vazebním transformátorem následuje potenciometr P2, kterým se řídí při příjmu hlasitost poslechu a při vysílání úroveň modulace. (Poznánka: písmena "z", "b", "k", označují začátek, běžec a konec potenciometru tak, aby přidávání napětí nebo hlasitosti probíhalo při otáčení knoflíkem ve směru hodinových ručiček.) Druhý stupeň je standardní nízkofrekvenční koncový zesilovač. Jako elektronka zde mohla pracovat prakticky jakákoli koncová NF pentoda (AL4, EL3, EBL21, EL84, 6L31, 6V6 aj.) s anodovou ztrátou 4 až 9 wattů používaná v rozhlasových přijímačích. Výstupní signál z ní byl prostřednictvím běžného výstupního transformátoru (demontovaného z rozhlasového přijímače) veden do reproduktoru. Pomocí rezistoru R4 se získávalo samočinné mřížkové předpětí. Ve schématu je označený hveždičkou, což znamenalo, že jeho hodnotu bylo potřeba vyčíst z katalogových údajů vybrané elektronky. Kondenzátor C6 sloužil k blokování katody proti zemi a kondenzátor C8 posloužil jako tónová korekce potlačující šum i k odstranění napěťových špiček na primárním vinutí transformátoru. Rezistory R6 a R7 jsou nezbytné při použití strmých NF pentod a jejich úkolem je zabránit různým parazitním VF oscilacím NF stupně.

Při přepnutí na "vysílání" (na schématu poloha přepínače "T") byl rezistor R2 přemostěn a ve funkci zůstal jen rezistor R1 s mnohem menší hodnotou, takže oscilátor tvořený elektronkou E1 začal kmitat trvalým sinusovým signálem. Anodový okruh oscilační elektronky byl spojený na anodu nízkofrekvenční elektronky E2 a přes vinutí výstupního transformátoru se mu dostalo prakticky plné napájecí napětí, ale amplitudově modulované NF stupněm. Elektronka E2 byla buzená uhlíkovým mikrofonem (z polního telefonu) přes vazební transformátor. Toto pomocné vinutí bylo na vazební transformátor T1 většinou dodatečně navinuté a čítalo okolo 300 závitů. Aby nemusel být uhlíkový mikrofon napájený z mikrofonní baterie a radista nemusel hlídat její stav, bylo napětí pro napájení mikrofonu získávané úbytkem napětí na rezistoru R5, který byl dodatečně zařazený v katodě koncové elektronky. Napětí bylo ještě dodatečně přefiltrované kondenzátorem C5. (Pozor však, tím pádem už nesměl vést počáteční vývod potenciometru P2 na zem, jak je běžně zvykem, protože jinak by měla koncová elektronka mřížkové předpětí odpovídající součtu napětí na rezistorech R4 a R5, nikoliv jen rezistoru R4, jak je správně potřeba a NF stupeň by nepracoval správně.) Aby nenastala akustická zpětná vazba mezi reproduktorem a mikrofonem, byl při vysílání před reproduktor vřazený drátový potenciometr. S ním se nastavila vhodná hlasitost příposlechu.

Co říci závěrem?

Vzpomínám, jak kamarád v sedmdesátých letech minulého století, ještě za hluboké totality, takový přístroj zkoušel. S prutovou anténou na několik kilometrů fungoval skvěle. Superreakční přijímač, ač velmi prostě zapojený, po přeladění do rozhlasového pásma, zvládal přijímat v té době pro nás i "exotickou" stanici Österreich-3, na které se hrály nejnovější hudební šlágry. Bylo to vzdušnou čarou nejméně 150km. Dnes však něco podobného už rozhodně nezkoušejte! Rádiová pásma jsou plná všech možných provozů a služeb. Vysílač staré koncepce je z pohledu dnešních norem považován za značně nestabilní a produkuje spoustu parazitních signálů. Ještě hůře je na tom superreakční přijímač. Při příjmu kmitá a vyzařuje do antény celý vějíř nežádoucích kmitočtů. Nejen na pásmu, kde sám přijímá, ale také na pásmech sousedních. Dokáže tím zkomplikovat příjem všem posluchačům v okuhu víc než kilometr. Proto jsou už dlouhou dobu superreakční přijímače zakázány!

[autor: OK2TAR; datum: 24.4.2016; licence: CC-BY-ND]

§ Upozornění:
Informace obsažené na těchto stránkách jsou poskytovány „tak jak jsou", bez jakýchkoli záruk. Veškerá rizika související s použitím těchto informací přebírá uživatel. Tyto stránky obsahují informace, určené pouze pro studijní účely, nejsou odbornou radou ani odborným návodem ve smyslu nového Občanského zákoníku. Článek NENÍ návodem ke stavbě a provozu tohoto zařízení! Autor důrazně upozorňuje, že jakékoli radioamatérské vysílače musejí splňovat současné technické normy a smějí být provozovány pouze vlastníky oprávnění k provozování radioamatérské stanice (OK-licence) vydané Českým telekomunikačním úřadem a způsobem, který je plně v souladu s předpisy pro provoz radioamatérské telekomunikační služby.


[ hlavní stránka ] - [ oprášená historie - úvod ]