第二次世界大戰航空無線電之路:恢復一段歷史究竟需要什麼

業餘無線電 發佈 2019-12-16T14:25:22+00:00

在老式戰鬥機上的古董真空電子管無線電設備修復在當下高度模塊化、集成化電子產品當道的時代是極其珍貴的,這要求製作者不但有深厚精湛的無線電技術,還需要對設備背後的歷史文化價值有著深刻的認識。本文作者Gregory L.

在老式戰鬥機上的古董真空電子管無線電設備修復在當下高度模塊化、集成化電子產品當道的時代是極其珍貴的,這要求製作者不但有深厚精湛的無線電技術,還需要對設備背後的歷史文化價值有著深刻的認識。


本文作者Gregory L. Charvat在文章《第二次世界大戰航空無線電之路:恢復一段歷史究竟需要什麼》給我們展示了他是如何修復一台在商店淘到的戰鬥機上的電台接收機設備,並讓設備正常運行了三年,今天和電台小叔BG5WKP一起來看!

我們一生都被告知在老式陸軍/海軍剩餘物資商店可以購買FT-243礦石機、無線電設備、防毒面具甚至裝在大木箱中的吉普車。可悲的是,如今的情況不再如此,剩餘物資商店只提供當代中國製造的靴子、露營裝備和手電筒。這些商品讓人感到失望,除了我在度假時在阿地倫達山脈發現的一家商店:喬治湖的愛國者。

在那裡,我發現了具有歷史意義的獨角獸。一台自WW2二戰以來未經修改的帶電源的CBY-46104接收器。製造日期是1942年2月,是戰爭初期。這東西的保存與從F6F戰鬥機上的日期一樣完好。設備重來未被上過烙鐵或鑽頭上。這個部隊在南太平洋能看到一些行動嗎?想像一下它可以講的故事!

我對這部電台的非常規修復遵循嚴格的規則,以最大程度地減少內部和外部維修的證據,同時又使該電台再次發揮作用,好像它剛從生產線中取出一樣。讓我們看看我的表現如何。

滿足所有需求的電台

裝在WW2飛機上的無線電系統的清單還在不斷增加,對於像夜間戰鬥機這樣的特殊飛機而言,情況更是如此,後者完全依靠無線電導航和雷達系統來執行任務並干擾飛機,目的是隱藏轟炸機或入侵機隊沿海地區。每個特殊任務有不同的系統:

早期的B-29無線電裝置,上圖顯示了一系列無線電裝置。隨著戰爭的進行,將會安裝更多的裝備。最重要的是,他們出於多種目的使用了許多無線電設備。確實是一個非常繁忙的電台室!

  • 遠程無線電系統,可以與基地進行通信,通常由ART-13發射器和BC-348接收器組成。
  • 專為飛機與飛機之間的通信而設計的短程無線電系統,稱為命令集,細分為多個頻段。
  • 空對地無線電通信設備。
  • 雷達信標可將飛機識別為友好飛機(識別朋友或敵人,或IFF敵我識別系統)。
  • 各種類型的無線電導航接收機無線電測向儀用於降落的滑坡接收器,以及TDOA無線電導航系統類似於現代GPS(除了您必須用示波器手動測量到達的時差並將其在特殊圖表上排列),例如GEE。
  • 各種類型的雷達系統。
  • 電子戰接收器可以檢測敵方雷達信號。

ARC-5無線電設備的一部分

B-25H中的指揮台安裝圖,該圖顯示了指揮台設備(左)和控制頭(右)的位置,這些位置可讓飛行員直接進行無線電控制。

在這套無線電系統中,您會發現CBY-46104接收器。該接收器是稱為ARC-5指揮台的一系列無線電設備的一部分,該無線電設備描述了用於飛機對飛機通信的整個WW2發射和接收設備類別。此類設備包括單獨的發射器和接收器,飛行員可以通過安裝在駕駛艙內某處的遙控頭對它們進行遠程控制。

這些無線電台是在1930年代中期設計的。發射機利用MOPA(主振蕩器功率放大器)架構,支持AM話音和CW(又稱莫爾斯電碼)傳輸。接收器使用的單轉換外差式架構類似於那個時代的大型木質控制台收音機。八角管被用作有源器件,工作頻率不超過20 MHz,這被認為是1930年代中期的高頻段。

該無線電設備重量輕,符合WW2標準,CBY-46104僅重6磅,完全由鋁製成。它是精心平衡的底盤/無線電設計,以最小化重量(畢竟它們已安裝在飛機上),同時也保持堅固耐用,並能夠在MIL-SPEC溫度範圍和劇烈振動下提供穩定的運行。

CBY-46104覆蓋1.5-3 MHz AM或CW(它也可以CW模式在SSB中進行調諧),由1942年2月的新澤西州Boonton飛機無線電公司以SN#1777製造。這次運行的合同是#74812日期為1940年6月29日,展示了戰事物資在珍珠港之前的購買/生產。換句話說,他們正在為這場衝突做好準備。​

修復規則

為了保存這一歷史寶藏,我的修復原則是:

  • 請勿更換任何組件。
  • 如果電容器發生故障,則必須重新填充。
  • 必須使設備完全按照原始規格運行。
  • 單元必須按原計劃運行。
  • 在機箱或插件上均不能鑽洞。
  • 後電源連接器必須保持原樣。
  • 無需修改任何機箱。

遵循這些規則並不容易,因為眾所周知,古董無線電恢復的第一步是更換所有紙質和電解電容器,從而節省了很多麻煩和時間。

初步評估

我沒有立即更換電容,而是選擇對電容進行粗略的檢查,然後嘗試為設備通電以進行評估。我用Fluke DVM在電阻模式下測試了電解電容和紙質電容是否有明顯的短路或低阻抗。就我的DVM而言,所有電容都是開路的(不幸的是,DVM的靈敏度不足以進行適當的漏液測試,這將在以後進行介紹)。

接下來,我必須找到設備說明書。幸運的是,很容易找到WW2無線電設備的文檔,因為它在40年代末至70年代初在世界各地的業餘無線電台中無處不在。第二次世界大戰後時代的典型做法是,老一輩的業餘無線電愛好者將ARC-5接收器贈予正在工作以獲得其執照的年輕業餘無線電愛好者。有了這樣的接收器,這些年輕人將能夠收聽來自世界各地的無線電信號,並練習收聽莫爾斯電碼(CW)傳輸。

連接軍用電台並非易事,因為它們通常使用多針多用連接器連接電源和其他控制項。從文檔中,我了解了必須插入背面的多針連接器的內容。+28 VDC,外部CW / AM撥動開關,RF增益控制電位器,600歐姆揚聲器(我使用了8歐姆揚聲器和阻抗匹配變壓器)。

但有人可能會問:「使用28VDC輸入時,我們如何為真空管板獲得高壓?」這是他們在第二次世界大戰中的處理方式:該單元具有所謂的電動發電機Dynamotor。發電機產生高電壓。從接收器到運行在低壓DC總線上的發射器,所有的東西都使用發電機驅動,以產生200-1000V或更高的運行所需電壓。

電動發電機在我的處理下,一端是28VDC電動機上的旋轉電動機,另一端是250VDC發電機。而不是將兩個帶有兩個軸的電動機捆綁在一起(在船上實際使用的是較大的配置),而是將電動機內置到一個緊湊的裝置中,該裝置具有兩個電樞和兩組電刷。28VDC輸入,250VDC輸出始終像旋轉鳥一樣旋轉。

我從馬達的兩側卸下了鈴(端蓋)。我施加了28V電壓,並用手指小心地將電動馬達的28V側的電樞推入以使其運轉。它像1950年代的噴氣發動機一樣旋轉!發出了「哇哇」的聲音。

大約30秒鐘後,「哇哇」的聲音因真空管預熱並從電動發電機的250VDC輸出汲取電流而略微降低,實際上被加載了。然後,聲音從揚聲器中散發出來。我連接了20m的偶極子,讓我驚訝的是我在1500 Kc左右的AM廣播電台中進行調諧。揚聲器發出的大量噪聲很可能是由於去耦電容失效造成的,否則會降低動力發電機的嗡嗡聲。接收器不太靈敏,並且調諧在錶盤的較高頻率範圍內阻塞。正是在這一點上,我關閉了它,這台收音機想正常工作,現在我要做的就是清理她並修理一些東西。

對電容和電阻進行修復

首先要進行的工作是準確地測試電容器,因為很明顯有些電容器無法正常工作。正確測試電容器非常困難,它需要進行多次測試才能排除不良電容器的故障:

使用DVM在歐姆設置下進行測試

在電阻模式下使用DVM測試電容器將顯示哪些電容器已短路,但不會揭示在高壓下僅略微泄漏(例如具有極高的直流阻抗)的漏液電容器。DVM測試僅顯示短路的電容,這是必要的第一步。

測試指定值

電容器必須工作在其指定值,因此最好測試一下電容器是否充當電容器。此測試將顯示上限是否已按規定發揮作用。不幸的是,某些漏電容會測量到其指定值,因此該測試不是確定的。

靜電電阻(ESR)

在現代低壓電子產品中,電容器良性的關鍵指標是ESR。該測試將確認電容器對高頻信號呈現出低阻抗。換句話說,以相對較高的頻率測量時,電容器存在多少串聯直流電阻。理想情況下,電容器應不存在任何電阻,但實際電容器的確存在一些低電阻,而壞電容器的存在遠大於某些電阻。

話雖如此,ESR測試對於測試管式設備中的電解電源電容器很有用。

漏液

對於高壓電容器,優良的關鍵指標是泄漏。有多少電流通過舊電容器泄漏?如果少量電流(單位為uA數量級)泄漏通過,那麼該電容器就不好了。在許多兆歐範圍內,漏液電容將像高阻值電阻一樣起作用,從而使管柵反向偏置或自身放電,從而使其根本無法像電容器那樣工作。泄漏測試是絕對關鍵的,必須對每個電容進行測試。

考慮到所有這些,對電子管設備進行故障排除的關鍵是測試每個電容,以驗證其是否正常工作,並測試泄漏,以確保它沒有泄漏電路之間的電流。

要使用一個測試設備檢查值和漏液,您必須重新安裝一塊舊的測試設備,稱為電容器檢查器。我多年前在Dayton Hamvention上以10美元的價格找到了我的。它由幾個刻度盤和一個非常靈敏的「魔術眼」燈管組成,可以檢測到漏液。

為了檢查每個電容,我必須一次從電路中將它們取下。無法解決這個問題,否則您可能會誤讀上限值或漏液測試。足夠明顯的是,這些1942年2月電容器中的絕大多數都測試良好。這證明了不必更換所有大寫字母。我發現除了三個金屬電容密封的蠟和紙蓋(專用於ARC-5和其他WW2無線電設備,由於其金屬罐的形狀而被稱為「花盆」電容器)和電解電容需要更換。我選擇通過打開金屬罐,取出內膽,放入現代的替換罐,然後將罐重新粘合在一起來重新填充有缺陷的電容。

電阻器保養

接下來,我用Fluke DVM檢查了所有電阻。電子管設備的好處是,當電源關閉時,電子管會開路,因此您可以在不移除電阻的情況下可靠地在線測試電阻器。

隨著時間的流逝,舊電阻器的值趨於增加。特別是K或M歐姆範圍為100的較高值。對於這台接收機,沒有一個電阻超出容限!令人驚訝的是這是在1942年2月之前製造的電阻。

維修電機

然後,我開始清潔電動發電機。運行正常,但效果不佳。幸運的是,這些工具易於維護,其設計使其可以用平頭螺絲刀將其固定。我找到了有關維修類似電動機的視頻,然後繼續進行排雷,清理軸承中的舊油脂,將新油脂放入軸承中,清潔電樞並重新組裝。動力發電機工作完美,和新的一樣!

可調電容器的問題

然後,有了好的電阻器,好的電容,一個工作的動力馬達,我便轉到了調諧機構上。有點不對勁,大號可變調音電容上的板實際上是相互研磨的。我做了必要的修理;似乎該裝置在某個位置掉落了,通常與地面電氣隔離的固定板從其塑料絕緣子中彈出。我將它們放回原處,並且調音單元又好又新。

舊電台就像舊車一樣,它們可能會不時使用對準功能。鑒於調整單元的更改,我意識到我必須進行完全調整。我按照原始服務手冊中的說明進行操作,首先將IF中頻校準(使用現代化的合成信號發生器將其對準),然後校準剛剛修理的前端可變電容組件。後者比較棘手,需要一些高,中和低頻段特定的校準對齊方式。

對準接收器後,我測試了其靈敏度。我在2 MHz的AM上測得的<1 uV,對我來說已經足夠好了,很容易超出了原始的工廠規格。

規整連接線路

此時,我有兩個撥動開關和一個鍋,鍋中雜亂的電線被推入後面板連接器插針。為了整理這些混亂並為收音機提供更永久的功能顯示,我搭建了一個小的外部開關面板,並在其中鑽了一個孔型,以便只需使用機身上的兩個現有機器螺釘將其固定到收音機的側面即可。案件。我將原始的後部電源插頭留在原處,發現「微型香蕉」插頭完全適合WW2的插座針腳。我用這些香蕉插頭連接了控制面板和一個600歐姆的揚聲器。有了這些,我製作了一個整齊的線束,將它們綁在一起。

最終測試,設備正常運行!

現在一切就緒,是時候嘗試以其最終配置使用接收機了。我連接了20m段的外部偶極子天線並打開了收音機的電源。嗡嗡聲比以往任何時候都要平滑。在幾秒鐘之內,電台信號開始變得強大起來,比以前響亮得多。我調整了天線耦合控制,它們仍然更大聲。我聽到了芝加哥的AM廣播電台收聽籃球比賽,並以2.5 MHz的頻率收聽WWV,並以80 m的AM信號收聽。真是令人難以置信的接收器,它復甦了,並再次按其原始規格運行!

設備修復工作三年後…

該裝置每次都可以毫無故障地接通電源,為朋友和家人準備了無數的演示。每個人都為看到一個由動力驅動的接收器而激動和驚奇,該接收器幾乎完全在其原始零件上運行,並且與原始製造的一樣。

偶然我將直流輸入反向接反了。動力馬達呼嘯而過,但接收機從未發出聲音。在反極性操作大約五分鐘後,我發現了問題所在。對我來說幸運的是,與固態設備不同,它沒有損壞。我以正確的方式重新連接了它,它的工作原理和以前一樣好。

如果它來自第二次世界大戰,那就別擔心,保留它!

我們現在處在多餘的WW2二戰電子設備不會再被大切八塊當廢品的地步。加入設備修復活動,有許多其他人都在致力於將WW2二戰和其他古董無線電設備恢復其原始狀態。《電子廣播》雜誌在其中起到推波助瀾的作用。請珍惜這些寶貴的記載無線電歷史的財富,在將這些電容器扔進垃圾箱之前,請對其進行測試,並使這些真空電子管的燈絲再次被點亮!

參考資料:

1.WWII AIRCRAFT RADIO ROARS TO LIFE: WHAT IT TAKES TO RESTORE A PIECE OF HISTORY https://hackaday.com

2. B-29 Corner https://aafradio.org/flightdeck/b29.htm

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