NAD 1000 Mc/s - část 2. oscilátor [1950]
Ing. Alex Kolesnikov, OK1KW

Než přikročíme k popisu oscilátoru na 1215 Mc/s. uvedeme několik „historických“ dat. Pokusy na tomto pásmu byly inspirovány článkem P. Sulzera W3HFW v QST a začaly společně s OK2PB v létě r. 1948. První pokus se nezdařil. Od tě doby až do dnešního dne bylo zhotoveno 17 konstrukcí oscilátorů. Prvních 10 oscilátorů provedených s otevřenými oscilačními okruhy (Lecher) mezi anodou a mřížkou nevedlo k cíli. Nejúspěšnější z těchto otevřených konstrukcí (foto uprostřed) s elektronkou SD3, kmitala na 26.2 cm (asi 1150 Mc/s). Byla zapojena podle obr. 2 a měla již plynule laditelnou indukčnost v kathodě a laditelnou linku z plochých pasů v anodě. Jedenáctá konstrukce byla koaxiální (foto na pravé straně uprostřed) s RD12Ta a konečně vedla k dlouho očekávanému výsledku - oscilátor kmital dostatečně silně ještě na 22.5 cm (1330 Mc/s) při 140 V na anodě. Touto konstrukcí bylo zahájeno ,,koaxiální období 1215“. Další konstrukce měly za účel zjistit vliv různých provedení koaxiálních okruhů, možnost plynulého ladění, druhy elektronek schopných kmitat v tomto pásmu atd. Jedna z nejúspěšnějších konstrukcí s LD1 kmitala až na 19.6 cm (1530 Mc/s) při 140 V na anodě.

Dne 23. dubna 1950 po několika neúspěšných pokusech byly nakonec zaslechnuty icw signály vyslané ze stanice OK1AA na vzdálenost asi 1700 m. Od té doby praktické zkoušky přestaly, avšak počet konstrukci ještě mírně stoupl.

Smyslem tohoto úvodu je ušetřit zbytečnou práci těm zájemcům, kterým by se koaxiální konstrukce zdála příliš složitou. Bohužel, nyní to jinak nejde.

Theoretické úvahy kolem oscilátorů nad 1000 Mc/s jsou velmi složité, zvláště pokud užijeme běžných triod (LD1, RD12Ta, SD3). Připomeneme si zatím jen nejdůležitější podmínky a vztahy nutné pro konstrukci oscilátoru. Zvláštnost techniky a konstrukce oscilátoru spočívá především v tom, že:

1. elektronka svými vnitřními kapacitami a indukčností přívodu samotná tvoří podstatnou část oscilačního okruhu. viz obr. 1. Následkem toho elektrody vyzářejí značnou část vf energie na újmu vf energie ve zbývající části oscilačního okruhu s nímž je vázána vysílací anténa. Omezit toto nekontrolovatelné vyzařování můžeme jedině stíněním celé elektronky;

2. v běžném zapojení oscilátoru (obr. 2) je velikost zpětné vazby určována vnitřními kapacitami elektronky. Rozhoduje tu poměr kapacit:

(anoda - kathoda) / (mřížka - kathoda) = Cak/Cmk

Tento poměr sám o sobě může být nedostatečný pro vznik a udržení oscilací hlavně proto, že resonanční odpor resonančních okruhů je obvykle pro tyto kmitočty malý. Je proto nutno mít možnost regulovat zpětnou vazbu mimo samotnou elektronku.

3. u běžných triod může se uplatnit na kmitočtech kolem 1000 Mc/s doba průletů elektronů mezi kathodou a anodou a hlavně nerovnoměrnost elektronového toku v prostoru kathoda-anoda (vlivem mřížky). Následkem těchto vlivů se porušují správné (o 180° obrácené) fázové poměry v obvodech mřížka-kathoda, anoda-kahoda. Je proto nutno mít možnost měnit i fázové poměry. Na nižších kmitočtech se toho dosahuje tlumivkou v kathodě, na vyšších laděním okruhu kathody;

4. účinnost oscilátorů (na př. s LD1) je zmenšována všemi uvedenými důvody a nepřesahuje 10% na kmitočtech nad 1000 Mc;

5. značná část potíží je způsobena nevhodnou konstrukci dosavadních elektronek pro toto pásmo. Nejlépe se zatím osvědčily elektronky LD1 a RD12Ta (RD 2.4Ta). LD1 je mnohem výhodnější pro mechanickou konstrukci (rovná patice), má menší indukčnosti přívodu (zdvojeně vývody), má však poměrně nízkou strmost (s = 3,4) a vyskytuje se pouze s 12 voltovým žhavením. Elektronka RD12Ta (2.4 Ta) je výhodnější svými „elektrickými“ hodnotami - strmost je s = 6mA/V, účinná kapacita je asi 1.2 F, t. j. o 0.4 pF menší nežu LD1/c0 1.6 pF), avšak indukčnost přívodu je větší a hlavně zapuštěné kol9ky patice značně ztěžují konstrukci oscilátoru. Dosavadní zkušenosti mluví pro LD1;

6. filtrace vf obvodů je velmi ztížena nedokonalostí tlumivek z běžného provedení a proto je radno voliti takovou konstrukci, kde by jich bylo co nejméně;

7. nejobtížnějším problémem oscilátoru je vhodný způsob ladění. Konstrukce oscilátoru, která by pro dostupně elektricky vyhověla všem uvedeným požadavkům, stává se ,,neobvykle složitou". více mechanickou než elektrickou záležitosti.

Volba zapojení oscilátoru

V každém zpětnovazebním oscilátoru musí být dva navzájem vázané obvodym, z nichž jeden přispívá hlavně k udržení oscilací (obvod zpětné vazby) a druhý hromadí oscilační vf energii a je schopen transformovat ji do zátěže (oscilační obvod na př. v anodě elektronky vázaný na anténu). Tyto obvody nemusí vždy tvořit zjevné samostatné okruhy (na př. ,,ultraaudion“ na obr. 2), ale vždy mají společný bod na jedné z elektrod triody. Na obr. 2 je to uzemněná kathoda, která je společnou elektrodou pro obvod mřížka-kathoda a kathoda-anoda. Touto společnou (případně vysokofrekvenčně uzemněnou) elektrodou u triodového oscilátoru může být libovolná z elektrod, kathoda, mřížka nebo anoda.

Zapojení s uzemněnou kathodou užíváme téměř ve všech oscilátorech a na všech kmitočtech až asi do 500 Mc/s. Při kmitočtech vyšších než 1000 Mc/s z důvodu 2 a 3. 6. s výhodou se uplatňují zapojení s uzemněnou (nebo společnou) mřížkou, obr. 3a. 3b, obvod mřížka-anoda je oscilační, obvod mřížka-kathoda je obvodem zpětnovazebním a fázovacím (viz bod 2, 3).

Konstrukce oscilátoru

Pro volbu konstrukce musíme si připomenout vše, co bylo řečeno o linkových okruzích pro tyto kmitočty.1) Článek zdůrazňoval nutnost použití pro konstrukci koaxiálních linkových obvodů. Můžeme
tedy shrnout všechny technické předpoklady:

1. frekvenční rozsah oscilátoru 1200-1300 Mc/s s plynulým laděním.
2. elektronka LD1 (RD12Ta, RD2.4Ta) určuje roztečí vývodů elektrod rozměry jednotlivých resonančních okruhů,
3. koaxiální čtvrtvlnné okruhy v anodě a kathodě.
4. schéma oscilátoru podle obr. 3a, b, c.

1) Linkové okruhy KV Č. 1 sv, 5-7 1949

Oscilátor se skládá ze tři soustředných mosazných trubek T1, T2, T3 (obr. 3c) mechanicky navzájem spojených, jejichž „elektrická“ délka se plynule zkracuje dvěma pisty Pa a Pk. K trubce T1 je připojena anoda elektronky, k T2 mřížka, k T3 kathoda. Prostor mezi T1 a T2 a pístem Pa tvoří koaxiální laděný obvod I mezi mřížkou a anodou (obr, 3a, 3b) prostor mezi T1 a T2 a pístem Pk laděný obvod II mezi mřížkou a kathodou. První obvod určuje svou délkou (spolu s délkou přívodu) kmitočet oscilací, obvod II určuje velikost zpětné vazby. t. j. intensitu oscilací a pouze nepatrně ovlivňuje kmitočet oscilátoru. Stačí proto zhotovit jemné ladění pro obvod I (píst Pa), kdežto píst Pk, po nalezení jeho správné polohy, nemusíme posunovat, pokud ladíme oscilátor v pásmu 1215÷1300 Mc/s. Na obr. 4 jsou schematicky vyznačeny pomocné součásti oscilátoru - rozdělovací kondensátory, tlumivky, odpory. Jelikož společnou elektrodou oscilátoru je mřížka (obr, 3a, 3b) musí se obvody I i II uzavírat na této elektrodě. K tomu účelu slouží právě písty Pa, Pk. Na elektrodách elektronky jsou však různá stejnosměrná napětí, musí proto buď tyto elektrody (anoda, mřížka nebo kathoda) být připojeny přes rozdělovací kondensátory (Ce, Cg obr, 4), anebo samotné písty Pa, Pk musí být provedeny ve formě kondensátorů (jak je to naznačeno pro obvod I na obr. 3c). Konstruktivně je jednodušší provedení podle obr. 4, ovšem, jeho nevýhodou je to, že rozdělovací kondensátory svými rozměry zmenšují minimální možné délkové rozměry obvodu I. Kondensátory Ce, Cg, Cž jsou částmi prstenců nebo trubek s takovým zakřivením, aby těsně přiléhaly k jednotlivým trubkám T1, T2, T3 a jsou přišroubovány k nim šroubky M 1,2 mm (mezi T1 a polepem Ca je, ovšem, slídová folie a pod hlavičkou šroubu od M 1,2 mm je isolační podložka, obr. 5), Na jednotlivé polepy Ca, Cg jsou naletovány pérové doteky z bronzového plechu 0.2÷0.15 m pro vývody anody a mřížky (obr. 5a). Podobně polep kondensátoru ve žhavení Cš s jednou nožkou pro vývod žhavení je upevněn na trubce T3. Zbývající dva přívody žhavení jsou spojeny nakrátko a rovněž naletovány přímo na obvodu vnější trubky T3. Pro vývody žhavení jsou užity pérové doteky ze soklu pro LD1. Konstrukce pístů byla již popsána 2). Tlumivky jsou bez kostry, těsná spirála  prům. 1 mm o délce 3 mm z drátu prům. 0.08 jedním koncem přiletována na polep a druhým na očku isolovaně přichyceném na trubce T3. Tlumivka v anodě není nutná, může být stejná jako ve mřížce. Odpor ve mřížce 1KΩ.

                                                                     

U obr. 6a, 6b je rozměrový náčrtek celého oscilátoru. Některé detaily jsou patrny z fotografie nebo z obálky KV v č, 7. Na obr. 6a je naznačen stínící kryt, který jednak stíní elektronku (podstatně omezuje ztráty okruhů vyzařováním) a jednak uzavírá vf pole na otevřeném konci (koaxiální konstrukce). Ke krytu je rovněž přiletována trubka T4, kterou prochází koaxiální anténní přívod. Destička prům. 10 mm na konci koaxiálu tvoří kapacitní anténní vazbu. Posunováním koaxiálu dá se vazba měnit.

Uvedení v chod

Na kmitočtech nad 1000 Mc/s LD1 pracuje s malou účinností (pod 10%), konstrukce je uzavřena, a proto všechny elektrody mají značnou teplotu a pracují teplem. Patice pro LD1 je součástí celé konstrukce, musíme ji tudíž zhotoviti tak, abychom především nezničili elektronku, všechny doteky musí být pérově, poddajné. Slídově kondensátory Ca, Cg, Cž musíme vyzkoušet na průraz aspoň 280 V ss. Doteky pístu musí být dokonalé při jemném chodu. Mřížkový odpor 1 KΩ spojíme přes mA-metr (do 10÷20 mA) na vnější plášť (T3) spojený s kathodou.  Anodové napětí připojujeme rovněž přes mA-metr (do 50 mA).

Anodový píst Pa posuneme tak, aby hloubka jeho dna od kraje koaxiálu (rovina AB na obr. 6a) byla 10÷12 mm. Vyžhavíme elektronku a připojíme +70 V. Má-li LD1 dobrou emisí, bude anodový proud la kolem 14 mA. Zdali se objeví mřížkový proud Ig, záleží na postavení pístu Pk. Posouváme-li píst Pk, najdeme polohu, v níž se začne objevovat mřížkový proud. Vyhledáme takovou polohu pístu Pk, kde mřížkový proud Ig je největší. Změříme kmitočet 3), poznamenáme la Ig. Poměr mřížkového proudu k anodovému, t. j.  Ig/iA x 100%, dává nám názor o tom, jak silné jsou oscilace. V popisovaném příkladě při Va = 70 V byl poměr

Ig/Ia = 10,5% na  λ = 24,6 cm = 1214 Mc/s

Ig/Ia = 0          na  λ = 23,2 cm = 1290 Mc/s

2) viz KV č. 7. 1950.
3) viz 12 č. KV 1949; nebo normálními Lecherovými dráty.

t, j. oscilátor kmital téměř na celém pásmu. U UKV oscilátoru musíme se snažit dosáhnout takové zpětné vazby. aby poměr Ia/Ig byl v celém pásmu větši než 10%; jen tak budou kmity dostatečně stabilní a oscilátor se dá dostatečně zatížit anténní vazbou. Při napětí Va=140 V je poměr Ig/Ia = 25÷35% na 1300, resp. na 1215 Mc a oscilátor kmitá ještě na 1500 Mc/s (20 cm) při Ig/Ia = 4.5%. Za těchto poměrů lze již z oscilátoru odebírat ,,viditelnou energii“ - 60 mA žárovka žhne ve speciálním koaxiálním absorpčním kroužku 4). Anténní vazbu se do poručuje utahovat jen potud, pokud mřížkový proud neklesne na polovinu své hodnoty bez zatížení.

Pokud se nám oscilátor vůbec nerozkmitá (neobjeví se mřížkový proud) při žádném postavení pístu Pa, je nutno hledat závadu buď ve vadných kontaktech pístu, nebo ve špatné elektronce. Zkušenosti však ukazují, že 90% běžných elektronek LD1, RD12Ta oscilují lépe nebo hůře v podobném oscilátoru a tudíž případnou závadu nutno hledat v konstrukci.

Nakonec promluvím o otázce, která dosud není uspokojivě vyřešena. Je to plynulé ladění v celém pásmu. Všechny dosavadní způsoby ladění přídavným kondensátorem, změnou impedance koaxiální ho obvodu I, vsunováním prstence z trolitulu nebo calitu nevedly k cíli. Vzniklá změna kmitočtu nepřesahuje 10-15 Mc/s, což je pravděpodobně zaviněno velkým zkrácením resonančního obvodu proti čisté λ/4. Zbývá zatím pouze mechanické posunování samotného pístu Pa, buď šroubem s matkou, nebo šnekovým převodem. V transceiveru, s nímž byly prováděny první pokusy, bylo užito šnekového převodu 1:60. Při pokusech s OK1AA bylo jeho icw vyladěno tímto způsobem. Pro nedostatek času však dosud nebyly zjištěny všechny výhody a nevýhody tohoto způsobu a snad teprve zimní sezona řekne poslední slovo. Faktem ovšem je, že na kmitočtech nad 1000 Mc/s musíme do značné míry zapomenout na pohodlí pásem nižších. Tato „oběť“ se nám oplatí spoustou technických zajímavostí, které se objevují na mezi našich dnešních technických možností.

4) Tento absorpční kroužek je dobře patrný na obálce 6.  č KV - je umístěn ve stínícím krytu oscilátoru.
Krátké vlny 1950 str. 186

přepsal a upravil pro web OK2KKW Matěj, OK1TEH