雷暴預警器

相信有部份的業餘無線電同好(尤其是住在新界區一些比較空曠地區)都曾經歷過在雷暴中由高架天線傳來的大量靜電把接收機的前置高放管燒毀的慘痛經驗。近期最有代表性的例子莫過於VR2ZKG的Tokyo HyPower 了。它的前置高放GaAs FET就在最近頻頻的雷暴雨中報銷了,有見及此,這裡為大家介紹一個可以測知雷暴中的大量靜電的存在的接收警報器,好讓大家在GaAs FET報銷前採取適當的預防措施免招損失。

其實,每當有大量靜電集結在某一個區域的上空時(即閃電即將來臨的一刻之前),該地區周圍都會充滿著一大堆雜亂無章的低頻(300kHz或以下)無線電噪音。1894年時蘇俄的無線電之父Popoff卜波夫也曾經用了很多時間才發現這個現象並製成了全世界第一部無線電雷暴預警接收器。今次為大家介紹的雷暴警報器也是以當年卜波夫的理論為基礎設計而成,它其實是一部調諧在大約300kHz的無線電接收機用以感應在雷電來臨前積聚的大量靜電所產生的低頻無線電噪音進而推動一個閃燈作預警之用。Fig.1展示了這部預警器的線路圖,它包括了一部調諧放大器及推動閃燈的電路。電路是設計成當有大量RF能量在天線附近聚集時就會啟動第一級放大2N4401,進而推動2N4403的基極令它導通。這個接收部份的standby耗電量大約是350uA。當然,雷電越多越頻密時,它的耗電量也會較大一些。

為了達到能有預警的效果,警示燈最好能安裝在一些比較傳統的大紅燈殼之內以增加它的可視性。因為如果只以一小LED來作顯示,恐怕當它在閃動時也未必吸引到注意而失卻了它的原意。部份HAM友可能已經想到在燈泡之外再加一個蜂鳴器不是更好嗎 ? 這實在不失為一個好提議來。

線路的調節非常簡單,只需把20K VR調至燈泡剛好熄滅便可。至於VR方面,可選用線繞式的比較可作較幼細的微調。當調節好後,你可能會發覺當預警器附近有鬚刨,風筒等較大火花的馬達式電器在ON and OFF操作時也會觸發燈泡的間歇性一兩下閃爍。但一旦有大雷暴來臨時,它的閃動則會較為持續。故此,最好在晴天及良好天氣時作調較比較來得準確。其實,在調節好之後,當有大雷暴來臨而燈泡在閃動之時,大家可同時開著一部AM收音機並調諧至較低段的頻帶上去聽一聽那股雜亂的無線電噪音來的。

此預警器的靈敏度並不足以顯示每一個在收音機所收到的靜電噪音來,它的設計只用來感應出在附近的強大雷暴靜電才會閃爍。大家可以用增加天線的長度來增加它的靈敏度,對無線電有深入認識的HAM友前輩甚至可以設計多一級放大來增加它的靈敏度。

線路的操作原理

預警器線路圖雷暴中的閃電是會產生一大堆在VLF頻帶的寬頻無線電雜訊噪音來。這部預警器就是設計成用來檢拾在300kHz附近比較沒有人為電台的頻帶中的雷暴靜電天然無線電雜訊來,然後透過天線及一枚10mH的線圈檢拾。其後的330uH及680pF形成一個300kHz的諧振電路,利用一枚0.01uF電容器交連至第一級晶體管放大的基極上去。被放大了的訊號再由晶體管的集極交連至第二枚晶體管上的基極去。這枚晶體管也是閃爍電路的一部份,而閃爍電路平時是被偏置在沒有閃動狀態下,直到有大量RF能量觸發了高放部份並啟動了2N4403的基極接地,正回輸令到閃爍電路即時工作直至100uF電容放電完畢而完成一個閃爍周期。當100uF電容透過1N914再次充電時線路就重置(reset)了。

晶體管方面如找不到圖中的編號可以用其他的小功率管(如2N3904NPN及2N3906PNP)替代,但切勿使用高頻管,因為可能受到附近的強力發射站(如傳呼台)干擾而錯誤觸發。

最後一點要提的就是這個小玩意是一個預警裝置,可作為露營,Field Day等等活動中的安全預警器具,它本身並不能避雷。