Danas je nabavljen antenski tuner oznake MFJ-969 Deluxe Versa Tuner II, proizvod američke tvrtke MFJ Enterprises iz 1997. godine.
Tvrtku MFJ Enterprises je 1972. godine osnovao Martin F. Jue (otuda u imenu tvrtke inicijali MFJ) i do danas proizvodi široku paletu proizvoda za radioamatersko tržište. Specijalizirana je za periferne uređaje kao dodatke primopredajnicima, najviše što se tiče antena (antenski tuneri, mjerači, rotatori, preklopnici, filtri, pojačala i slično). Tvrtka MFJ Enterprises danas također posjeduje brendove Ameritron, Hy-Gain, Cushcraft, Mirage, Vectronics i MDS-HAM.
MFJ-969 Deluxe Versa Tuner II predviđen je za ugađanje antena širokog raspona impedancija na ulaz primopredajnika karakteristične impedancije 50 Ω koji rade u frekvencijskom opsegu 1,8 – 50 MHz (radioamaterski opsezi 160 do 6 metara) i sa maksimalnom snagom do 300 W.
Ovaj antenski tuner je dugo bio u proizvodnji i prodaji te je bio popularan za kupnju zbog dobrog odnosa cijene i specificiranih mogućnosti. Sa službenih stranica tvrtke MFJ još uvijek se može preuzeti korisnički priručnik te postoji puno radioamaterskih recenzija za ovaj model tunera. Najveće zamjerke i problemi odnose se na nešto lošiju mehaničku izvedbu promjenjive zavojnice (rolera) unutar antenskog T-filtra, a kod nekih primjeraka su uočeni i sitni montažni propusti poput loših lemova i slično. Načelno, većina korisnika je zadovoljna sa radom ovog tunera koji se prodavao po cijeni od 300 dolara, posebice jer za tu cijenu niste mogli kupiti neki puno bolji kratkovalni antenski tuner za snage do 300 W. Ipak, unatoč svim recenzijama i diskusijama nitko se zapravo nije potrudio opisati shemu samog uređaja koja implementira dvije specifične tehnologije, a nisam našao ni da je netko primijetio pogrešku u samoj tvorničkoj shemi.
Vanjsko napajanje od 12 V, odnosno interno baterijsko napajanje od 9 V ovdje služi samo za napajanje tranzistorskog pojačala za odvajanje (emitersko slijedilo) i za osvjetljenje skala mjernog instrumenta. Kad je ugrađena interna baterija ona napaja samo tranzistorsko pojačalo, a tu je potrošnja struje toliko mala da standardna 9 V baterija ovdje može raditi godinama. Diode D3 i D4 sprječavaju prodor napona između baterije i vanjskog napajanja kada su spojena oba izvora napajanja. Pošto je napajanje tranzistorskog pojačala preko baterije niže voltaže (9 V naspram 12 V), onda preko baterije instrument neće imati deklariranu točnost za mjerenja snage iznad 250 W.
Na originalnoj tvorničkoj shemi greškom su izostavljeni kratkospojnici na prvom segmentu sklopke za odabir antenskog ulaza (SW4A) koje smo mi ovdje docrtali. Također postoji mehanizam koji dodatno uzemljuje nepotrebnu polovicu zavojnice T-filtra, kada klizač pređe polovicu namotaja zavojnice, koji je MFJ nazvao Self-Resonance Killer.
Kao što se vidi sa slika i elektroničke sheme, MFJ-969 mjeri istovremeno izravnu i reflektiranu VF snagu na instrumentu sa ukriženim kazaljkama. Snage se mjere u dva kalibrirana opsega: izravna u opsezima do 30 W i do 300 W, a reflektirana u opsezima do 6 W i do 60 W. Moguće je mjerenje vršne snage (PEAK) i srednje vrijednosti snage (AVG) koju zrači predajnik. Ove snage su naravno jednake za predajnike koji rade frekvencijskom modulacijom (FM) jer je amplituda VF nosioca konstantna. Za AM modulacije pak je moguće pratiti trenutnu vršnu snagu, odnosno trenutnu promjenu amplitude noseće frekvencije ili je moguće pratiti prosječnu snagu, odnosno srednju vrijednost snage u određenom vremenskom periodu. Vremenska konstanta (kondenzatori C8-C11) je određena tako da instrument kod dvotonske testne SSB modulacije pokazuje dvostruko manju srednju snagu od vršne snage. Time je i što se tiče mjerenja snage (ujedno i SWR-a) pokriven velik broj različitih predajnika.
Balun 4:1 za prilagodbu balansiranog antenskog voda (200/300 Ω) na nebalansirani T-filtar tunera (50 Ω).
MFJ-969 omogućuje selekciju između tri antenska ulaza i internog omskog opterećenja 50 Ω (dummy load). Dva antenska ulaza su koaksijalna (50 Ω), a jedan ulaz je kombiniran za žičane antene i antene napajane simetričnim (balansiranim) vodovima. Dummy load otpornik je deklarirane snage 90 W i nema nikakvo hlađenje. Kao takav može podnijeti kontinuirano opterećenje snagom do 25 W, dok je za veće snage vrijeme opterećenja limitirano.
Dummy load otpornik 50 Ω / 90 W.
Dopušteno vremensko kontinuirano opterećenje internog dummy load otpornika 50 Ω / 90 W. Maksimalnom snagom od 300 W otpornik se može opteretiti do najviše 30 sekundi nakon čega se mora pričekati da se ohladi. U praksi je to više nego dovoljno za mjerenje izlazne snage predajnika, a podešavanja internih antenskih tunera predajnika se uvijek vrše na manjim snagama.
Svi antenski ulazi uključujući i interni dummy load se na predajnik mogu spajati izravno ili preko antenskog tunera koji čini LC T-filtar sa sva tri kontinuirano promjenjiva elementa. Izravno spajanje se koristi na primopredajnike koji imaju vlastiti antenski tuner ili kod mjerenja izlazne snage predajnika na internom ili vanjskom dummy load otporniku.
Razmak između ploča promjenjivih kondenzatora u T-filtru je 1,25 mm (između susjednih ploča rotora i statora).
Debljina žice promjenjive zavojnice u T-filtru je 2 mm.
Promjenjiva zavojnica je izvedena sa kontaktnim klizačem montiranim na rotirajuću osovinu unutar zavojnice. Zavojnica je ovdje fiksna, a okreće se klizač, slično kao kod potenciometra. Kod drugih tipova promjenjivih zavojnica kontaktni klizač je fiksni i nalazi se sa vanjske strane zavojnice, a rotirajuća je sama zavojnica. Ova naša izvedba je utoliko bolja što nisu potrebni klizni kontakti (četkice) za krajeve zavojnice.
Valjkasti klizač kojim se ostvaruje kontakt sa unutrašnje strane navoja zavojnice.
Neiskorišteni namotaji promjenjive zavojnice mogu stvarati velike probleme u izlaznim VF krugovima zbog koronarnog pražnjenja koje može nastati na njima. To se može izbjeći potpunim uzemljenjem neiskorištenih namotaja s oba kraja (jednim krajem izravno, a drugim preko klizača). Međutim, to pak može dovesti do pojave vrtložnih struja koje smanjuju dobrotu (Q) i induktivitet zavojnice.
Slika lijevo: Plastični prijenos preko zupčanika je samo za pokretanje mehaničkog brojača na prednjoj ploči. Na ovoj strani je ostvaren glavni (čvrsti) klizni kontakt unutrašnjeg rotora i jednog kraja zavojnice sa masom. Slika desno: na ovoj strani vidimo još dva klizna spoja dijelova zavojnice sa masom. Preko jednog je uzemljena “Self-Resonance Killer” sklopka, a preko drugog drugi kraj rotirajućeg klizača. Uzemljenja na toj strani su “pomoćna” i nisu predviđena za prijenos velikih (glavnih) struja već samo eventualno samoinduciranih struja na elementima zavojnice.
S obzirom da je naša promjenjiva zavojnica dio T-filtra, onda su klizač i jedan kraj zavojnice uzemljeni što je puno pogodnije od primjerice Pi-filtra. Time su i neiskorišteni namotaji zavojnice uvijek uzemljeni. Ako pogledamo tehničku izvedbu naše promjenjive zavojnice, možemo uočiti da je osovina klizača uzemljena na oba svoja kraja (na jednom kraju zajedno sa jednim krajem zavojnice), no iz sve to ugrađen je još jedan dodatni kontakt za uzemljenje neiskorištenih namotaja zavojnice. Kada klizač pređe polovicu namotaja zavojnice, poseban mehanizam dodatno uzemljuje nepotrebnu polovicu zavojnice tako da je i ta polovica namotaja uzemljena na oba kraja. Električki gledano, strujni krug time ostaje isti no jasno da se takav mehanizam ne bi ugrađivao bez potrebe. MFJ je takav mehanizam patentirao pod nazivom “Self-Resonance Killer” i sadrži ga vjerojatno samo nekoliko modela MFJ antenskih tunera. Taj mehanizam bi trebao spriječiti, kako i sam naziv govori, potencijalnu pojavu neželjene indukcije sa aktivne na neaktivnu polovicu zavojnice koja bi bila rezonantna i time posebno naglašena kada su oba kraja približno jednakog broja namotaja. Ovaj mehanizam dakle sprječava samorezonanciju između dvije približno jednake polovice zavojnica kada su obje istog induktiviteta.
“Self-Resonance Killer” sklopka u zatvorenom položaju na središnjem navoju zavojnice kada se klizač nalazi na gornjoj polovici zavojnice (slika lijevo) i u otvorenom položaju kada se klizač nalazi na donjoj polovici zavojnice.
MFJ vrlo šturo opisuje taj svoj sistem “Self-Resonance Killer” i zapravo nije jasno kako može doći do samoindukcije na kratko spojenim i uzemljenim nekorištenim namotajima zavojnice. Moguće da određenu ulogu igraju parazitski kapaciteti između samih namotaja te između namotaja i unutarnje središnje osovine kao i ostalih montažnih elemenata uzemljena klizača. Činjenica je da je ova “sklopka” vrlo nježne konstrukcije gdje je sam kontakt fizički prilično tanak i slabo pritišće točku na središnjem namotaju zavojnice. To znači da svakako nije predviđen za uzemljenje visokih struja. Praksa je pokazala da može doći do pregaranja ove sklopke ako je na tuner dovedena velika VF snaga, a pri tome se vrše podešavanje zavojnice baš na tom središnjem dijelu gdje se sklopka uključuje ili isključuje. Naravno, za pregaranje se moraju poklopiti i druge neželjene pojave poput nastanka prevelikog prijelaznog otpora na glavnom kliznom kontaktu sa zavojnicom ili sklopka zbog istrošenosti mehanike ne odradi prekid ili ukapčanje na ispravnoj poziciji glavnog klizača. Kako god bilo, podešavanje antenskog tunera uvijek treba izbjegavati na velikoj VF snazi, a posebice podešavanje promjenjive zavojnice.
U objavi Mjerenja na antenama već smo opisali i objasnili različite tipove i izvedbe usmjernih sprežnika za mjerenje (praćenje) SWR-a i VF snage radio predajnika. Naš MFJ-969 pak ima nešto specifičnije konstruiran detektorski krug za mjerenje izravne i reflektirane snage. To je Bruene usmjerni sprežnik (ponegdje se naziva Bruene-ov mjerni most) kojeg je 1959. godine osmislio Warren Bruene, radioamater i inženjer u tvrtci Collins. Prvi put je praktično primijenjen u Collinsovom VF vatmetru Directional Wattmeter 302-C iz 1960. godine (2-30 MHz, 2 kW). U MFJ-969 je ugrađena modificirana i praktičnija inačica tog prvotnog dizajna koja uključuje strujni transformator kojem sekundar ima središnji izvod i gdje se koristi samo jedan kapacitivni djelitelj za dobivanje uzorka napona iz transmisijske linije.
Pločica sa elementima Bruene usmjernog sprežnika i detektora izravnog i reflektiranog napona.
Kao što smo prikazali na shemi mjerni most uzima uzorak struje i uzorak napona iz transmisijske linije. Uzorak napona se uzima preko kapacitivnog djelitelja napona sa kondenzatorima C4 i C5 gdje se promjenjivim kondenzatorom C4 ugađa ravnoteža mosta. Uzorak struje se uzima preko toroidnog transformatora sa dvije jednake sekundarne zavojnice. Uzorak napona sa kapacitivnog djelitelja se dovodi na središnji izvod sekundarnih zavojnica. Induktivitet L2 i paralelno spojen otpornik R2 služe za održavanje visoke impedancije središnje točke kapacitivnog djelitelja napona prema DC masi s obzirom da je ispravljački krug sa diodama također referiran prema masi.
Otpornik R1, diode D1 i D2 te ostali elementi u nastavku više ne pripadaju mjernom krugu nego naponsko detektorskom krugu. Na otporniku R1 se zbrajaju naponi koji dolaze sa strujnog transformatora i kapacitivnog djelitelja. Emitersko slijedilo sa tranzistorom Q1 rasterećuje detektorsku diodu D2 od niske impedancije mjernog kruga jer opterećenje ove diode može utjecati na ravnotežu mjernog mosta.
Mjerni most je proračunat i uravnotežen za karakterističnu impedanciju 50 Ω. Da bi most bio u ravnoteži, napon dobiven sa strujnog toroidnog transformatora mora biti iste amplitude i suprotne faze od napona dobivenog sa kapacitivnog djelitelja. Ugađanje se vrši zaključavanjem transmisijske linije otpornikom od 50 Ω i podešavanjem nule pomoću promjenjivog kondenzatora C4. Smjer i jačina struje kroz otpornik R1 u uvjetima kada most nije u ravnoteži može se objasniti formulama koje uključuju kompleksne impedancije pa se time ovdje nećemo baviti. Konačne formule za napon na ispravljačkim diodama za izravnu i reflektiranu snagu su:
Ovdje je Lz zajednički induktivitet sekundarnih svitaka strujnog transformatora, a L1 i L2 su pojedinačni induktiviteti, a RA je impedancija antene priključene na kraju transmisijske linije. Vidimo da naponi za izravnu i reflektiranu snagu imaju gotovo iste formule s tom razlikom što se elementi u zagradama u jednom slučaju oduzimaju, a u drugom zbrajaju jer su naponi inducirani u dvije polovice strujnog transformatora suprotnih faza. Bilo koja reaktivna impedancija će narušiti jednakost formule jer će se promijeniti razlike faze od 180°. Isto naravno vrijedi i ako se promijeni otpor izlaznog opterećenja (RA) čime se onda mijenja struja kroz transmisijsku liniju (IL) te posljedično naponi na otporniku R1.
Po mjernim skalama za izravnu i reflektiranu snagu na instrumentu uređaja MFJ-969 možemo primijetiti kako je detekcija reflektirane snage puno osjetljivija od izravne snage. Detektirani napon u izravnom i reflektiranom smjeru izravno ovisi o broju namotaja sekundarnih zavojnica toroidnog transformatora. Koliko možemo vidjeti u našem slučaju taj broj je jednak (15 + 15 namotaja). Razliku ovdje onda samo čini otpornik R9 kojim je smanjena osjetljivost pokazivanja instrumenta za izravnu snagu. To je napravljeno kako bi se mogao preciznije mjeriti SWR.
Detektorski elementi tunera razmješteni su na dvije pločice. Na jednoj su senzorski i detektorski elementi do dioda, a na drugoj je ostatak sklopa sa mjernim krugom i kalibracijskim potenciometrima.
Iako je MFJ-969 Deluxe Versa Tuner II deklariran za snage do 300 W ovome treba pristupiti oprezno kako sa strane elemenata samog T-filtra tako i glede ugrađenog otpornika za dummy load. Podešavanje filtra (ugađanje antene) je svakako potrebno napraviti na što manjoj (testnoj) snazi predajnika gdje je očitanje vrijednosti još uvijek moguće. Na velikoj snazi se može dodatno fino ugoditi SWR ali to je najbolje napraviti samo sa promjenjivim kondenzatorima. Treba biti svjestan da je dummy load otpornik deklarirane snage 90 W koji ima samo zračno hlađenje. Možda je mogao biti oklopljen da se smanji bilo kakvo isijavanje RF energije iz njega, no to bi dodatno umanjilo mogućnosti hlađenja. Kvaliteta izrade promjenjive zavojnice ovdje nije vrhunska i ne bi bilo loše periodički provjeriti eventualnu pojavu prijelaznih otpora na kritičnim spojevima i kontaktima.
Svakom radioamateru je jasno da su maksimalne tvorničke deklaracije vrlo često uvjetovane pravilnom upotrebom uređaja koja uključuju i neka ograničenja. Jednako tako, čak i kod najkvalitetnijih uređaja, uvijek je dobro imati neku “rezervu” tako da bi ovaj naš tuner bio najbolji izbor za standardne primopredajnike do 100 W snage i vjerojatno ga ne bi trebalo opterećivati sa snagama iznad 200 W, osim ako jako pazimo pod kojim uvjetima podešavamo i uopće mijenjamo bilo koje kontrole na tuneru.
Za primjer možemo navesti da kod predajnika snage 100 W minimalni napon koji se pojavljuje na komponentama antenske kutije iznosi 100 V (od vrha do vrha), a minimalna efektivna struja je oko 1,5 A. Sve ovo vrijedi za SWR 1:1, no sa porastom SWR-a rastu i vrijednosti napona i struja tako da su one kod SWR 3:1 već gotovo dvostruke, a kod SWR 10:1 trostruke. Tako se u praksi kod predajnika snage 100 W i visokog SWR-a (50:1) mogu pojaviti i struje do 10 A. Iz ovog je jasno zašto se antenski tuner mora podesiti na što manjoj testnoj snazi. Zračni razmak između ploča promjenjivih kondenzatora u našem uređaju je 1,25 mm, a promjer žice za zavojnicu je 2 mm. Ove vrijednosti se u praksi mogu smatrati sigurnima za snage do 100 W, dok za sve preko toga treba jako paziti na porast SWR-a. Više o ovome smo pisali u objavi Antenska kutija AK-250 SRH.