Danas je nabavljeno omsko opterećenje 50 Ω koje se koristi kao idealno antensko opterećenje kod testiranja i podešavanja radio predajnika karakteristične izlazne impedancije 50 Ω. Takva opterećenja se u engleskoj terminologiji nazivaju “dummy load”, a kod nas se prevodi kao umjetna antena, lažna antena, umjetno opterećenje i slično. Više o tome smo pisali u objavi Heathkit HN-31 „Cantenna“.
Dummy load DA-437 je dio američkog vojnog radio seta AN GRC-103V. Taj set je namijenjen za usmjerene radio-relejne veze i ima predajnik snage 15-30 W koji može raditi u četiri frekvencijska opsega unutar 220-1850 MHz.
Radio set AN GRC-103 počeo se razvijati od 1962. godine, prvi modeli ušli su u upotrebu 1970. godine, a razvoj i proizvodnja ove serije radio setova završila je 1994. godine. U navedenom razdoblju proizvedeno je 18 550 radio setova AN GRC-103V. Koristila ih je američka, australijska i kanadska vojska te 25 drugih nacija, većinom članica NATO saveza.
Razvoj i proizvodnju radio setova AN GRC-103V je financirala američka vojska, a kooperant je bila kanadska tvrtka Canadian Marconi Company. Ta tvrtka je nastala 1925. godine promjenom naziva dotadašnje tvrtke Marconi’s Wireless Telegraph Company. Tvrtka Canadian Marconi Company je u 1950-tim godinama proizvodila TV prijemnike, mikrovalne radio-relejne sisteme za vojsku i Doppler radare, od 1960-tih godina fokus je na proizvodnji zrakoplovnih navigacijskih sustava, radio komunikacijskih uređaja, radara, te senzorskih, monitorskih i lokacijskih sustava za zrakoplovstvo i mornaricu. Tijekom 2001. godine Canadian Marconi Company je preimenovana u današnju CMC Electronics Inc. Tvrtka i dalje proizvodi navigacijske uređaje, displeje, kontrolne ploče, kokpit sisteme, mikroelektroniku i drugu avioniku za vojno i civilno zrakoplovstvo. Američka tvrtka Micronetics Inc. je također kooperant američke vojske za proizvodnju mikrovalne i druge RF radio tehnike.
Električki gledano dummy load nije ništa drugo nego otpornik od 50 Ω. Međutim, praktična izvedba takvog otpornika mora zadovoljavati neke posebne uvjete. Kako bi se mogao koristiti kao savršena antena, otpornik na izmjeničnoj VF struji mora pokazivati samo čisto omsko opterećenje od 50 Ω, dok bilo kakva reakcija (induktivna ili kapacitivna) mora biti svedena na najmanju moguću mjeru, idealno nula. Predajnici mogu imati vrlo velike izlazne snage tako da i sam otpornik za dummy load mora biti dizajniran za te snage jer se sva snaga koju generira predajnik troši na tom otporniku.
U praksi nije lako zadovoljiti sve zahtjeve. Otpornici nikako ne smiju biti izvedeni motanjem žice jer to stvara veliku induktivnu reakciju. Stoga su najčešće izvedeni u obliku monolitnog otpornog bloka. Da se maksimalno umanji kapacitivna ili induktivna reakcija spojevi koaksijalnog konektora sa otpornikom moraju biti što kraći i najbolje je da se čitav sistem spajanja otpornika sa konektorom izvede u obliku koaksijalnog oklopa karakteristične impedancije 50 Ω. Time se dobiva efekt kao da je kraj koaksijalne linije zaključan otpornikom 50 Ω u samom kablu bez poveznih žica.
Za podnošenje velikih snaga mora se osigurati hlađenje dummy load otpornika, a to je najčešće preko pasivnih aluminijskih hladila ili potapanjem u mineralno ili transformatorsko ulje. Nekad se koristi više paralelno vezanih otpornika radi bolje disipacije topline (npr. 2 x 100 Ω). Međutim, kod konstrukcija sa više otpornika puno je teže osigurati male induktivne i kapacitivne parazitske reakcije.
Znamo da parazitski induktiviteti i kapaciteti dolaze do izražaja to više što je veća frekvencija VF signala dovedenog na opterećenje. Stoga svaki dummy load ima neku graničnu frekvenciju do koje je još upotrebljiv, odnosno ukupna impedancija ostaje u uskim granicama oko 50 Ω. Dummy load opterećenja za visoke frekvencije, odnosno široke frekvencijske opsege i velike snage moraju imati vrlo precizne konstrukcije i kvalitetne materijale te mogu biti vrlo skupa.
Tehnički podaci za naš Dummy load DA-437 su slijedeći:
- karakteristična impedancija: 50 Ω
- maksimalna snaga: 50 W
- frekvencijski opseg: DC – 1 GHz (upotrebljivo do 1,5 GHz)
- WSWR: manji od 1,5 : 1
Ovo su prilično dobre specifikacije te je ovaj dummy load široko primjenjiv u radio-tehničkim radionicama i radioamaterskoj praksi. Međutim, problem je što je opremljen UG-568/U C-Type konektorom koji je danas vrlo rijetko u upotrebi i teško se nabavlja. Adapteri na standardni BNC konektor oznake UG-636A/U se prodaju po cijenama od 20 dolara na više u Americi, a za naše područje ga je vjerojatno nemoguće naručiti ispod ukupne cijene 50-100 dolara. To je posve neisplativo pa ćemo mi ovdje pokušati zamijeniti postojeći konektor sa nekim standardnim konektorom.
Usporedba UG-568/U (C-Type) konektora sa standardnim BNC konektorom. Unatoč sličnom dizajnu očito je da postoji prilična razlika u veličini između ova dva konektora.
Koaksijalna konstrukcija sa otpornikom lako se vadi iz aluminijskog hladila. Vide se tragovi paste koja mora imati dobru toplinsku i električnu vodljivost.
Sam otpornik nalazi se u bakrenom valjku sa kojeg vodi središnji koaksijalni vod na priključnicu. Dva prstena čine vanjski oplet koaksijalnog voda. Konektor se središnjim krajem samo utakne na središnji koaksijalni vod, a kontakt mase je ostvaren vijcima koji ulaze u aluminijsko hladilo. Spoj je dizajniran na ovaj način vjerojatno u svrhu jednostavne i brze zamjene različitih tipova konektora.
S obzirom da središnji koaksijalni vod nije na cijeloj dužini iste debljine, koriste se dva prstena za vanjski oklop. Kraći prsten je deblji, a duži prsten je tanji kako bi se očuvao omjer između unutrašnjeg promjera prstena i vanjskog promjera središnjeg voda za karakterističnu impedanciju 50 Ω.
U zalihama smo pronašli jedan PL 259 konektor za montažu na šasiju koji promjerom unutrašnjeg voda i rupama za montažu posve odgovara originalnom UG-568/U konektoru. Time je izravno moguće zamijeniti ova dva konektora bez ikakvih preinaka.
Umjesto PL 259 (muškog) konektora ovdje bi svakako više odgovarao PL 258 (ženski) konektor kojeg ćemo prvom prilikom nabaviti te izvršiti zamjenu.
VSWR odziv našeg dummy load opterećenja DA-437 u frekvencijskom opsegu 1-1000 MHz snimljen VNA analizatorom NanoVNA-F.
VSWR snimak pokazuje da je odziv dummy load opterećenja DA-437 u frekvencijskom opsegu 1-1000 MHz manji od 1,5 : 1 kako je navedeno i u tvorničkim karakteristikama. Ovo su odlične vrijednosti koje postižu samo kvalitetnija dummy load opterećenja. Jasno se vidi da VSWR raste sa porastom frekvencije te da su obzirom na neizbježne male parazitske reaktancije izražena i periodična rezonantna područja.
Ovo je tipičan odziv boljih dummy load opterećenja i ne treba očekivati da ćete naći dummy load veće snage sa potpuno ravnom karakteristikom (VSWR 1 : 1) u širokom frekvencijskom opsegu. Također, preciznost samog mjerenja ovisi o dobroj kalibraciji VNA mjerača, te o kvaliteti i količini upotrijebljenih kablova, konektora i druge mjerne opreme.
Popularni mali prijenosni mjerači iz NanoVNA serije daju posve dobre rezultate za amaterska mjerenja ukoliko se pridržavamo osnovnih uputa za upotrebu, posebice što se tiče postupka kalibracije prije mjerenja. Moj NanoVNA-F pokriva frekvencijski opseg do 1 GHz (cijena cca 75-100 $), a dostupne su inačice koje rade do 3 GHz (cijena cca 120-150 $) i do 6 GHz (cijena cca 220-250 $). To su vrlo male cijene s obzirom na to što takvi uređaji nude. Za usporedbu, srednja klasa profesionalnih VNA uređaja ima cijene u tisućama eura, a bolja klasa u desecima tisuća eura.
Općenito gledano, ako ne želite ove kineske uređaje, onda vam za osnovni (najjeftiniji) model VNA analizatora do 1,5 GHz neke bolje marke treba barem 1500 eura. Mnogim elektroničarima amaterima i hobistima je to nedostupno. S druge strane, jeftini kineski uređaji pristupačnih cijena po mogućnostima su izjednačeni sa profesionalnim uređajima, a razlika u kvaliteti i točnosti nije toliko velika i značajna da bi bili posve neupotrebljivi za amaterski rad. Vrlo često je moguće postići točnost mjerenja usporedivu sa višestruko skupljim uređajima.