SWR, Power, Modulation meter HANSEN FS-4

Danas je nabavljen instrument za mjerenje SWR-a, izlazne snage i modulacije radio predajnika, Model FS-4, proizvod japanske tvrtke Hansen iz 1975. godine. O ovom instrumentu ne posjedujemo nikakvu dokumentaciju no vjerojatno je predviđen za podešavanje radioamaterskih kratkovalnih predajnika snage do 50W. Tadašnjoj tvrtki Hansen (Hansen Electronics Corporation) danas je nemoguće ući u trag no tijekom 1970-tih godina izbacila je na tržište serije različitih električnih mjernih instrumenata za upotrebu u elektronici i amaterskoj radio tehnici.

Hansen FS-4 pripada jednom od nebrojenih modela SWR, POWER, MODULATION mjerača koji su od 1960-tih godina pa sve do danas masovno prisutni na tržištu, a za koje su ciljani korisnici prvenstveno radio amateri. Iako sad već postoji na stotine modela ovih mjerača svi oni se zapravo vrlo malo međusobno razlikuju kako po principu rada, konstrukciji i točnosti, tako i po načinu rada i po njihovim mogućnostima. Ovakvi instrumenti zbog svoje jednostavnosti nisu dovoljno precizni za neka profesionalna mjerenja (pogreška mjerenja SWR-a je 5-10 %, a snage 10-20 %) no i kao takvi sasvim su dovoljni i vrlo zahvalni za amatersku upotrebu što ih u kombinaciji sa pristupačnom cijenom onda čini vrlo popularnim instrumentom u svakom radioamaterskom kutku.

O ovakvim instrumentima detaljno smo pisali u objavi MJERENJA NA ANTENAMA – SWR, PWR, FS, MODULATION pa ovdje nećemo sve to opet ponavljati. Možemo samo reći da se kod Hansena FS-4 kao senzor koristi usmjereni sprežnik, princip mjerenja SWR-a temelji na jednom instrumentu u kombinaciji sa sklopkom REF – FWD, signal za mjerenje VF snage uzima se izravno preko izvoda na antenskom vodu, a mjerenja jačine elektromagnetskog polja oko antene (FS) vrši se kao i svih instrumenata ovog tipa, izvlačenjem interne prijemne antene sa koje se preko VF ispravljačke diode i potenciometra za kalibraciju signal dovodi na osjetljivi instrument sa zakretnim svitkom. Princip rada ovih mjernih krugova kao i način mjerenja istima možete pročitati u gore navedenoj objavi.

Instrument Hansen FS-4 razlikuje se od većine instrumenata tog tipa po tome što, osim navedenog, ima ugrađene još četiri dodatne funkcije:

• čisti omski otpor 50 Ω i snage najmanje 50 W (tzv. lažna antena, umjetna antena, engl. dummy load, dummy antenna)
• TVI filter za blokiranje interferencijskih smetnji kojima bi predajnik mogao ometati komercijalni prijem RTV programa na radio i TV uređajima u blizini
• vizualnu indikaciju aktivirane predaje: prisutnost VF signala okida ugrađeni tranzistor, koji uključuje relej i preko kojeg se zatim pale tri žaruljice za osvjetljavanje natpisa ON THE AIR
• utičnica PHONE za kontrolu AM moduliranog signala

Lažna antena električki predstavlja idealno podešenu rezonantnu antenu na predajnik. Takva “antena” ne zrači VF energiju u prostor nego se sva VF energija pretvara u toplinu na radnom otporniku koji čini lažnu antenu i koji ima istu omsku vrijednost kao što je i izlazna impedancija predajnika (50 Ω). Ono što je ovdje najvažnije, s obzirom da se sva energija potroši na otporniku, takva lažna antena neće reflektirati dio dovedene VF snage natrag prema predajniku, pa se u vodu neće stvarati stojni valovi i time poremećaji jačine VF snage koji bi mogli utjecati na rezultate mjerenja izlaznih karakteristika predajnika. Ovakav otpornik uključuje se dakle na predajnik umjesto prave antene kada želimo vršiti mjerenja, kontrolu ili podešavanja izlaznog stupnja predajnika, antenskog voda i konektora kojima su isti spojeni. Drugim riječima, lažnu antenu koristiti ćemo za sva mjerenja i ispitivanja gdje bi nam neprilagođenost antene mogla unositi pogrešku u mjerenju (mjerenje izlazne snage predajnika, ispitivanje ispravnosti kabela, spojeva i konektora prema predajniku, kalibriranje antenskih instrumenata i slično). U Hansen FS-4 ugrađena je lažna antena koja se sastoji od tri paralelno spojena snažna otpornika od 150 Ω, što daje ukupan otpor od 50 Ω.

TVI filtar, kao što smo rekli, služi za blokiranje viših harmonika predajnika koji bi mogli upasti na jedan ili više radio ili TV kanala te tako izazivati smetnje u prijemu RTV programa. TVI filtar stoga je najčešće niskopropusni LC filtar, u najjednostavnijoj izvedbi sa jednom serijski spojenom zavojnicom i sa svake strane dva paralelno spojena kondenzatora. Vrijednosti elemenata TVI filtra se naravno izračunaju prema željenoj graničnoj frekvenciji i impedanciji.  No, kod VF radio sklopova stvari nikad nisu jednostavne, pa iznimka nisu ni TVI filtri. Dobre strane niskopropusnog filtra (NPF) su mala promjena impedancije unutar propusnog opsega i strma karakteristika slabljenja (ukoliko se izvede sa više stupnjeva). Međutim, za razliku od propusnog opsega, u nepropusnom opsegu filtra impedancija dosta odstupa od nazivne vrijednosti te u njemu dolazi do reflektiranja harmonika, a samim time i do pojave stojnih valova i parazitskih struja, što u konačnici ponekad može dovesti i do toga da se smetnje na okolnim prijemnicima još više pojačaju, umjesto da se smanje. Ovo će biti posebno izraženo ako koaksijalni dovodi i odvodi sa filtra nisu dobro oklopljeni, pa će preko njih doći do pojačanog zračenja na harmoničnim frekvencijama iz filtra. Zato se NPF filtrima dodaju još i visokopropusni filtri (VPF) u kojima se apsorbiraju harmonici nastali u NPF filtru. Na taj način TVI filtar može biti izveden sa samo tri elementa, ali i sa više od 20 RCL elemenata, ovisno što se želi postići.

Što se tiče našeg Hansena FS-4 vidimo da je TVI filtar intervencijom bivšeg vlasnika potpuno uklonjen iz uređaja te je njegovo mjesto prespojeno komadom koaksijalnog voda (desno od usmjerenog sprežnika). Postoji više razloga zašto je to vjerojatno učinjeno. TVI filtar dizajniran je za određenu najvišu frekvenciju, te na taj način predstavlja ograničavajući faktor za upotrebu SWR metra na višim frekvencijama gdje bi isti zasigurno još bio koristan. Nadalje, zavojnice i kondenzatori TVI filtra moraju biti odabrane tako da izdrže najviše struje i napone koji se pojavljuju u VF signalu predajnika, a to je onda kod ovakvog uređaja glavni ograničavajući faktor i za njegovu eventualnu prilagodbu na veću snagu. Glede toga, moguće da su elementi TVI filtra bili uništeni prevelikom VF snagom pa su jednostavno uklonjeni. Također, u današnje vrijeme su se radio predajnici znatno usavršili i zrače VF signal sa dobro potisnutim harmonicima, a s druge strane i komercijalni radio i TV prijemnici su puno manje osjetljivi na smetnje, da ne spominjemo prelazak na digitalno emitiranje, pa kad se sve zbroji i oduzme od ovakvog TVI filtra imati ćemo više štete nego koristi. Oni su bili popularni u začecima razvoja komercijalne i amaterske RTV tehnike.

Osim uklonjenog TVI filtra uočavamo kako je kod našeg primjerka Hansena FS-4 odlemljen i vrući kraj lažne antene sa kontakta sklopke za odabir vrste rada. Vizualno se može uočiti kako kontakti ove sklopke nisu dizajnirani za preklapanje jakih struja i napona. Kod upotrebe instrumenta vjerojatno se trebalo pridržavati pravila da se preklapanja vrše uz minimalnu snagu predajnika. S obzirom da su kontrole i općenito stanje instrumenta u dosta lošem stanju, isti se ne može testirati i u ovoj fazi ne možemo precizno ocijeniti stanje kontakata sklopke i isplativost popravka, no sigurno da će restauracija i popravak ovog SWR metra zahtijevati puno truda i vremena.

Vizualna identifikacija aktivirane predaje ON THE AIR zgodan je i efektan dodatak ovom instrumentu. Da bi ova funkcija radila, za napajanje tranzistora, releja i žaruljica potrebno je osigurati vanjski izvor napajanja 12 V (izmjenični ili istosmjerni). Punovalni Graetzov ispravljač sa filtarskim kondenzatorom ugrađen je u sam instrument.

Upoznali smo se s još jednim primjerkom SWR, POWER, MODULATION mjerača koji se od ostalih ističe nekim svojim (više ili manje važnim) dodatnim funkcijama. Jedna od njih je vizualna indikacija predaje ON THE AIR i ako se ikad odlučimo za restauraciju ovog Hansena FS-4 to će biti upravo zbog tog efektnog dodatka 🙂