MDF板の上に機材を配置した。
画像左側のターミナルに高圧電源を接続して使う。
電源部は邪魔にならない様、机の下に置いて
電源部のチェックを行った。
スパークギャップは、電源側の7連はネジの隙間を0.3㎜に統一した。ギャップが7つあるので合計2.1㎜。1㎜で3kVだから6.3kV以上の電圧がかかるとスパークする。この7連スパークギャップは過電圧防止装置のようなもの。
一次コイル側の5連スパークギャップは、隙間を0.2㎜に統一した。５つ合わせて1㎜だから3kVを超えるとスパークする。こちらは一次コイルにパルスを与える目的があるため、常にスパークさせる必要がある。
1枚目の画像では一番右側になるが、70㎜ステンレス半球で作ったスパークギャップは5㎜
に設定してみた。
これらスパークギャップは、実験の途中で隙間を調整していく。
テスラコイルとアンテナの関係を調べていて、マグネチック・ループアンテナ（MLAと略す）というものを見つけた。
以前からコイルの共振周波数を測定する際に、何かいい方法はないかと思いつつ、リード線を使って測定していたのだった。
それでこのMLAを見たときに、使えそうだと目をつけた。
受信専用MLAの説明によると、元々は磁界を測定するプローブとして存在していたものが無線のアンテナに使うと電気的ノイズに強くて広帯域で使えるということが分かったとか。
いくつか種類もある様で、50MHzモノバンドMLAの製作にある様な大小２つのループで構成されているタイプもある。
利用目的が無線ではなく測定用なので、受信専用の簡単なタイプでいいと思い、３D無線クラブのVHF帯対応受信用微小ループアンテナの作り方とBCL中波帯対応受信用マグネチック・ループアンテナの作り方を参考にした。もちろん、マッチング回路はなしにした。
手持ちのBNCコネクタ付き同軸ケーブル３mを利用した。材料はこれだけ。
同軸ケーブルは50Ωのものだから、オシロスコープでもネットワークアナライザでもそのまま利用できるので都合が良い。
ここから直径10cmのVHF帯用分を切り取り、残りを直径80cmの中短波帯用とした。
完成したバリコンの静電容量を手持ちの自作LCメーターで測定した。容量が小さいため数値がふらついて読みにくいかったけれど、どちらもほぼ同じ、最小13pF～最大134pFだった。
高圧用なので、接触不良はあまり気にせずにつくった。高圧だと少しぐらい浮いていても導通してしまうだろうとの考えがあった。けれど、こういう測定の時には困りものだ。
最低がゼロにならないのは、アクリル板絶縁にしたせいなのか、測定誤差なのかはっきりとしない。どちらもありそうに思う。
半円部分の面積は片面だけで2904㎟、電極板の距離が2.2㎜、アクリルの比誘電率が2.5として、片方のバリコンだけで292pFになるものだと予想した。
しかし、実際には半分にもならなかった。
どうにもおかしいと思い、ちゃんとした製品のバリコン（1kV,150pF）を調べてみた。
すると、精密につくられたものでも、電極の両面で計算した値とあわないことが分かった。参考までに片面分の面積で計算すると95pFぐらいになる。それが実際には150pF出るので、片面で計算したときの1.5倍ぐらいの容量が実現できるようである。
このバリコンは空気絶縁であるとか、素材なども全く違うので参考程度にしかならないが、バリコンとはそういうものだと分かった。
それで、自分なりに考えてみたのだが、電極版上の電荷は必ずしも均等ではなく、わずかな隙間の違いで電荷のムラや偏りが生じているのだろうと思う。精密であればムラの程度が低いだろうが全く均一にすることは不可能だろう。
であれば、バリコンの容量計算は、電極の片面の面積で計算しておけば良さそうだ。
というわけで、今回作った自作高圧バリコンの容量計算は、半分だと146pF程度なので、実測値が134pFであれば、まあまあの出来かなと思う。
アクリル板はCNCでカットした。基本的な大きさは100㎜×100㎜。円板部分はΦ86㎜。
これに0.1㎜厚のアルミ薄板から電極板を切り出していく。曲線部はハサミでカット、直線部分はカッターナイフでカットする。それらをアクリル板へボンドで貼り付けていく。
半円の可動部分が１台につき5枚、2台合わせて10枚。それに長方形の固定部分が1台につき6枚、2台合わせて12枚ある。
半円部分は、軸の切り込みとの位置関係が大切。5枚が同じ角度になるように注意して貼り付けていく。
しかし、軸の切り込み精度が悪いため、アクリル板の遊びがある。でも多少は仕方がない。空回りしないだけマシというもの。
厚みが0.2㎜のポリプロピレンシートをスペーサーとして挟む。こうすることで可動部分のアルミ薄板がアクリル板と擦れて傷だらけにならずに済む。それにしても数が多いので作るのが大変。
失敗したのは、ポリプロピレンシートがボンドでくっつかないことを見逃していたこと。一見張り付いているようだけど、簡単にはがれてしまう。しかし、このまま進めていく。ボルトで押さえれば問題ないだろうから。
高圧バリコンの軸から製作していく。
まずは、バリコンの可動部分が空回りしないようにするため、Φ6㎜の真鍮丸棒に切り欠き加工を施して、軸を作る。
削っていると鋸刃がたわんで逃げていく・・・
なかなか細かな精度を出すのは難しい。
高電圧用の可変容量コンデンサが２つ必要だが、なかなか入手できない。
昔、ヤフオクで1kV, 150pFのエアバリコンを入手したことがある。けれど、そうそう出てくるものでもないし、今回は耐電圧が少なくとも10kV以上ほしいので、そうなるとまず見つからない。
となると自作しかない。ネットで事例を調べてみたが、海外でいくつかある程度で情報が少ない。
エアバリコンで10kV以上だと、電極の隙間は最低でも3㎜～5㎜必要になる。ある程度の容量を確保するためには大きくなってしまう。
そこで、今回は大型ポリバリコンみたいな感じになるが、アクリル板で絶縁してみることにした。アクリルだと絶縁強度が空気の5倍以上、比誘電率は2.4～4.5あるのでコンパクトになる。
設計図を作成した。
作るものの大きさの目安としては、以前作ったライデン瓶（Φ100㎜×H80㎜、t3㎜アクリルパイプ製）のアルミ箔面積と同程度の電極面積としてみた。
バリコン自体の大きさを100㎜角にして、アルミが半円型となる可動部分は5枚、それを挟み込む長方形のアルミ固定部分が6枚の構成とした。バリコンがたわまないように両端のアクリル板は厚み3㎜にした。
電極には0.1㎜の厚みのアルミ薄板とした。アルミ箔だとこすれたときに破れる恐れがあるためだ。100㎜角の四隅は絶縁距離7㎜とることにしたので、円板はΦ86㎜。長方形部分は86㎜×43㎜。
稼働部分と固定部分のクリアランスを0.1㎜とするために、厚み0.2㎜のポリプロピレンシートを挟む。PPシートは在庫があったのでそれを使った。
軸はΦ6㎜の真鍮棒。
回転する半円のアルミ板はこの軸と接触させて、軸から電極の片方を取り出す。もう片方の電極は、四隅の止めボルトのうち、長方形アルミ板と接触する部分があるので、そのボルトから取り出す。
軸に取り付けるノブやカラーは３Dプリンターで出力し、CNCでアクリルのカットを行う予定。
部品数が多くなりそう。
ちなみに、これがライデン瓶
これが元となったテスラの作った回路で、
ホビンにワイヤーUL3239を巻いた。
一次コイル（内側）は、ワイヤー長が2764+15＝2779㎜
二次コイル（外側）は、ワイヤー長5527+15＝5542㎜
15mmは、被覆をはがして結線するための余裕。できるだけワイヤー長を希望する周波数のλ/4、λ/2となるようにしてある。
一次コイルのインダクタンスは、どちらも13.7uHだった。
考えてみると、コイルではあるがやろうとしていることは無線のアンテナみたいなところがある。であれば、VNAのRF出力に発信機側のアンテナとして一次コイルをつける。VNAのAポート入力に受信機側のアンテナとして二次コイルをつける。こうすれば、コイルの一次と二次の関係が見れそうだ。
他にもあるが、測定したものは参考程度にしておこうと思う。
というのも、回路的には直列にコンデンサをつけて共振させる。さらにスパークギャップがついている。組み合わせたパーツの加減でどんどん変わる。コイルの特性だけで評価できそうにない。
図面を起こした。
そして、３Dプリンターで小物パーツを出力したり、アクリル板をCNCでカットしていく。
まずはここまで。
