Lažna antena Heathkit HN-31 „Cantenna“


Danas je nabavljena lažna antena HN-31 „Cantenna“, proizvod američke tvrtke Heath iz 1960-tih godina. Tvrtka Heath (proizvodni zaštitni znak Heathkit) osnovana je 1926. godine te posluje i danas. Kroz čitavo razdoblje poznata je po prodaji elektroničkih setova elemenata (KIT kompleta) iz kojih su kupci samostalno sklapali elektroničke uređaje. KIT kompleti tvrtke Heathkit uključuju mjerne, ispitne i testne instrumente za elektroniku, zatim audio, radio i TV uređaje, robote, računala i drugo. Tvrtka je KIT komplete proizvodila u razdoblju 1947 – 1992. godine, a nakon toga se prebacila na proizvodnju edukacijske opreme i senzora pokreta za kontrolu rasvjete. Posao sa senzorskom rasvjetom tvrtka Heathkit je 2000. godine prodala, a 2011. godine ponovno je pokušala pokrenuti posao sa KIT elektroničkim kompletima, no već iduće godine proglasila je bankrot. Nakon toga dolazi do promjene vlasništva, reorganizacije i rekonstrukcije tvrtke tako da od 2018. godine tvrtka Heathkit ponovno nudi internetsku prodaju širokog spektra različitih KIT elektroničkih kompleta te komponenti i pribora za elektroniku.

Lažna antena (umjetno RF opterećenje, eng. dummy RF load, RF load resistor) u osnovi je neinduktivni otpornik snage koji, umjesto antene, predstavlja idealno radno opterećenje izlaznog stupnja RF predajnika. Kao takav koristi se za podešavanja i mjerenja izlaznih stupnjeva RF predajnika i obično je vrijednosti 50 Ω koliko iznose i impedancije većine izlaznih stupnjeva raznih predajnika. S obzirom da se izlazna RF snaga predajnika na otporniku lažne antene pretvara u toplinu isti mora biti dizajniran da efektno apsorbira svu VF snagu predajnika, a da pri tome ne dođe do njegovog oštećenja ili promjene nominalne vrijednosti otpora. Stoga lažne antene mogu biti dizajnirane za snage od nekoliko vata do nekoliko kilovata, s time da se one za veće snage obično sastoje od više paralelno spojenih otpornika i/ili imaju izveden neki sustav pasivnog ili aktivnog hlađenja kako bi se rasporedilo opterećenje i omogućilo što efikasnije odvođenja topline. Ovisno o kvaliteti poveznih vodova, upotrijebljenih konektora te električnoj i mehaničkoj izvedbi, lažne antene će u praksi biti upotrebljive do neke granične frekvencije nakon koje SWR počinje rasti do vrijednosti gdje upotreba takvog opterećenja više nije adekvatna. Osim lažnih opterećenja od 50 Ω koja „glume“ idealnu antenu za podešavanje izlaznih stupnjeva predajnika, česta su i lažna opterećenja od 4/8/16 Ω koja zamjenjuju zvučnike kod podešavanje izlaznih stupnjeva NF pojačala.

Cantenna HN-31 prodavala se kao KIT komplet (bez rashladnog ulja) u razdoblju od 1961. do 1983. godine što ju čini vrlo uspješnim proizvodom tvrtke Heathkit. Sastoji se od jednog otpornika 50 Ω snage 90 W koji je uronjen u rashladno ulje te može podnijeti duža opterećenja snagom od 200 W ili kratkotrajno opterećenje od 1000 W (od jedne do deset minuta ovisno o upotrijebljenom ulju, što je sasvim dovoljno za vršenje mjerenja ili podešavanja). Mehaničkom konstrukcijom (koaksijalni aluminijski oklop oko tijela otpornika) izjednačena je impedancija i osigurana upotrebljivost Cantenne HN-31  do frekvencije 400 MHz (SWR < 2).

Radni otpornik sastoji se od keramičkog tijela promjera 20 mm i dužine 128 mm na koje je nanesen sloj (film) grafita otpora 50 Ω (±10%). Time je dobiven čisti omski (neinduktivan) otpornik koji je prikladan za izravno uranjanje u rashladno ulje jer njegov grafitni sloj ne upija ulje što bi dovelo do promjene vrijednosti otpora. Na otporniku nalazimo oznaku američke tvrtke Carborundum koja od kraja 1990-tih godina više nije aktivna na tržištu, no ovakve otpornike moguće je i danas nabaviti od drugih proizvođača.

Za hlađenje radnog otpornika mogu se koristiti dvije vrste specijalnih ulja: mineralno i transformatorsko. Od takvih ulja zahtjeva se visoka dielektrična čvrstoća (električni izolator) i dobra toplinska svojstva (stabilnost na visokim temperaturama) kako bi se mogla koristiti za učinkovito hlađenje elemenata pod električnim naponom. Stoga je potrebno koristiti specijalna ulja isključivo za tu namjenu. Motorna ulja, na primjer, istina mogu izdržati vrlo visoke temperature, ali su po viskoznosti optimizirana da djeluju više kao maziva nego za odvođenje temperature te nisu pogodna za hlađenje. Mineralno ulje je bezbojno, dok je transformatorsko ima smeđu nijansu te možemo pretpostaviti da je naša posuda punjena transformatorskim uljem. Transformatorsko ulje je nešto boljih svojstava od mineralnog ulja te su moguća duža opterećenja radnog otpornika ukoliko je hlađen transformatorskim uljem, kao što se vidi i na priloženom grafu.

Oba ulja su lako hlapljiva, a iznad određene temperature (140°C) u njima se počinju stvarati mjehurići plina koji sa zrakom mogu tvoriti zapaljive pare. Na poklopcu limenke nalazimo sigurnosni ventil koji služi za ispuštanje eventualno nakupljenog plina iz pregrijanog ulja. Ulja su i sama po sebi zapaljiva, no dodaju se im se aditivi da se zapaljivost smanji. S obzirom na sve navedeno potrebno je biti oprezan sa maksimalnim opterećenjima Cantenne HN-31 bez obzira na dani grafički prikaz snage i vremena opterećenja. Naime, kod velikih opterećenja površina radnog otpornika lako pređe temperaturu od 140°C kod koje se u ulju počinju stvarati mjehurići plina. Plinovi pregrijanog ulja mogu biti opasni u dodiru sa zrakom, no mogu i smanjiti efikasnost hlađenja ako se naglo nakupe na dodirnoj površini ulja sa tijelom otpornika. Ulje je jedini rashladni element radnog otpornika s obzirom da limena posuda nije dizajnirana za učinkovito odvođenje topline sa ulja na okolni zrak (nema rashladna rebra). Temperatura ulja na površini radnog otpornika i na površini limenke može biti jako različita pa mjerenje temperature na površini limenke neće dati sigurnu indikaciju temperature na radnom otporniku. Ukoliko se Cantenna HN-31 misli koristiti za maksimalna opterećenja ne bi bilo loše na tijelo otpornika montirati temperaturni senzor (koji su danas veličine glavice pribadače) te prekinuti opterećenje ukoliko temperatura poraste znatno iznad 140°C. Ovdje treba još ukazati na činjenicu da se s promjenom temperature svakom otporniku mijenja i otpor. Temperaturnu karakteristiku našeg otpornika nismo uspjeli pronaći, no otpornici ovakvog tipa mogu podnijeti površinske temperature do oko 350°C pri čemu im se nominalni otpor može promijeniti i za više od 50%. 

Cantenna HN-31 ima dodan i sklop za indikaciju jačine VF snage dovedene na radni otpornik. Kao što se vidi na shemi radi se o vrlo jednostavnom sklopu koji se sastoji od dva otpornika, diode i kondenzatora. Vrijednosti otpornika R2 i R3 odabrane su tako da se na njih dijeli samo mali dio ukupnog napona (većina prolazi kroz radni otpornik). Taj napon na otporniku R3 ispravlja se diodom i filtrira kondenzatorom te na njemu dobijemo istosmjerni napon pogodan za prikaz na nekom indikacijskom instrumentu. Treba biti svjestan da je ovdje moguća samo relativna indikacija promjene snage na jednoj određenoj frekvenciji. Naime, napon na izlazu iz ovakvog indikatora ovisan je o radnoj frekvenciji, pa će uz istu VF snagu dovedenu na lažnu antenu pokazivanje instrumenta biti veće što je veća frekvencija. Ovo je normalno za očekivati jer će srednja vrijednost poluvalno ispravljenog napona biti veća ako u jedinici vremena uslijed veće frekvencije imamo više ispravljenih poluvalova, dakle više vršnih vrijednosti napona. Ukoliko želimo ovakav indikator baždariti na realne vrijednosti VF snage, potrebno je za svaku frekvenciju izvršiti kalibraciju, odnosno dodati u krug promjenjive elemente (kondenzator i otpornik) kako bi se pomoću njih mogla kompenzirati razlika napona na različitim frekvencijama. 

Kod naše Cantenne HN-31 uočili smo dva bitna problema. Prvi je puknuta kontaktna obujmica na jednom kraju radnog otpornika, a drugi se odnosi na loše kontakte vanjskog konektora sa samim radnim otpornikom. Naime, zbog mehaničke konstrukcije koaksijalnog cilindra koji je postavljen oko radnog otpornika kako bi se izjednačila impedancija, maseni kontakt konektora sa otpornikom prolazi kroz više mehaničkih spojeva: kontaktni sloj otpornika – metalni prsten – četiri mesingana vijka – koaksijalni cilindar – nosač cilindra – limena posuda – kućište indikatora –konektor. Vremenom je ulje na stjenkama svih navedenih elemenata napravilo tanak izolacijski film, na mjestima se uvuklo i između vijčanih spojeva čime je ovaj kontakt na mnogim mjestima oslabljen. Napravili smo novu kontaktnu obujmicu za radni otpornik, očistili sve kontaktne spojeve, zamijenili mesingane vijke koje je bilo nemoguće očistiti, te u konačnici na stezaljkama izmjerili stvarni otpor radnog otpornika (u našem slučaju 48 Ω) što znači da su svi kontakti sada električki ispravni bez vlastitog otpora.

Radni otpornik sa izmjerenim otporom od 48 Ω nalazi se u granicama njegove tolerancije od 10%, a VSWR je mjeren sa referentnim opterećenjem od 50 Ω. Ove razlike donekle nepovoljno utječu na rezultate mjerenja, no specifikacije proizvođača da je VSWR iznosi do 1,5 za frekvencije do 300 MHz, odnosno do 2,0 za frekvencije do 400 MHz nismo mogli ni približno potvrditi. Na našem mjerenju do frekvencije 60 MHz VSWR nije prelazio vrijednost 1,1 tako da je ova lažna antena svakako odlična za kratki val. Do frekvencije 180 MHz VSWR nije prelazio 1,5 što ju čini upotrebljivom i za 2-metarski opseg, no iznad te frekvencije u određenim opsezima već se pojavljuju nagli porasti (oscilacije) VSWR-a tako da po našem sudu upotreba ove lažne antene nije preporučljiva za frekvencije iznad 180 MHz. Ako uz sve ovo uzmemo u obzir da ne možemo ocijeniti ni starost rashladnog ulja nije preporučljivo ni opterećivati našu antenu maksimalnim snagama.

Na kraju možemo zaključiti kako je ova pedesetak godina stara lažna antena još uvijek sasvim iskoristiva za kratkovalne predajnike snage nekoliko stotina vata. Uz to, ovdje se ne može zaobići činjenica kako će Cantenna HN-31 pri tome na polici amaterskog kutka također predstavljati i jedan posve nesvakidašnji primjer dizajna elektroničkih uređaja 🙂

Leave a comment

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena.