JC-4 AUTOMATISCH ANTENNE TUNER

For English click on flag.

  13-sep-2016

Slechts gemiddeld 300 W. 

Dit artikel is nog in bewerking; de JC-4 wordt nog steeds getest.

 

 

Bovenste print.

Onderste print.

SCHEMA'S: JC-4(1) , JC-4(2) , JC-4(3)

INLEIDING

Onlangs kreeg ik tijdelijk de beschikking over een JC-4 automatische antenne tuner voor eindgevoede staaf of draad antennes. Een mooie gelegenheid om ermee te "spelen" en te vergelijken met eigenbouw ATU's en een ICOM AT-120. Qua prijs kan zo'n JC-4 een aantrekkelijk alternatief zijn voor gelijkwaardige maar duurdere apparaten van andere fabrikanten.  Het kan oplopen tot een verschil van 50% in prijs:

JC-4 1000W/PEP ongeveer EUR 500, SGC-235 500W/PEP ongeveer EURO 1000.

JC-4 heeft 11 spoelen en SGC-235 8 spoelen ter beschikking om resonantie te verkrijgen.

De meeste vergelijkende testen werden gedaan met mijn eigen antenne (fig») zoals in het plaatje hiernaast afgebeeld is. De antenne werd symmetrisch gevoed met een stroombalun of één van de voedingslijnen werd afgekoppeld om de andere helft als L-antenne te gebruiken. 

JC-4

De belangrijkste eigenschappen

 1.  Met een 25 m lange antenne 1kW PEP (SSB 1.6 - 30 MHz).

 2.  Directe sturing van ICOM, ALINCO en KENWOOD transceivers.

 3.  Tunen met: 0.08 µH stappen, input 25 pF stappen en output 6 pF stappen.

 4.  Automatische keuze uit CL, LC of Pi-systeem. 

 5.  Keuze uit 2 antennes (A en B) met elk 50 geheugens.

 6.  Overschakelen gaat zonder dat er opnieuw afgestemd hoeft te worden.

 7.  De niet gebruikte antenne (A of B) wordt geaard.

 8.  Een dipool kan op A en B aangesloten worden.

 9.  Geheugen blijft behouden als de voeding uitgeschakeld is.

10. SWR > 1.3 wordt niet door geheugen onthouden.

11. Bescherming tegen statische ontlading tijdens gebruik.

12. Beide antennes geaard bij uitgeschakelde voeding.

Het bovenstaande gemak geldt niet als er sprake is van andere dan de aangegeven apparatuur. Met bij voorbeeld een YAESU set heeft men het bijgeleverde bedieningskastje nodig. Het wordt met een 4 polige microfoon connector en een 4 ader kabel aangesloten. De werking gaat dan als volgt:

Set mode CW, FM, AM of RTTY en schakelaar in stand A of B. Bedien drukknop tot LED brandt en stuur met 10 à 20 W. Als LED uit gaat is er afgestemd en kan met meer vermogen gezonden worden.

LET OP Een nadeel is dat bij het afstemmen de set een steeds wisselende belasting ziet gepaard gaande met een dalende of stijgende SWR. Ter bescherming van uw transceiver is het dan ook raadzaam om met zo weinig mogelijk vermogen de tuner te laten afstemmen. Ik kom daar later nog op terug.

Bij het afregelen worden spoelen kortgesloten of in serie geschakeld en vaste condensators met massa verbonden. Op kritische plaatsen worden twee relais is serie gebruikt. Het proces kiest uit respectievelijk een CL-kring, LC-kring of Pi-filter voor optimale resonantie. In combinatie met stapjes van 6 pF is bijna altijd een gunstig punt te vinden, vaak zelfs met een SWR < 1.2. Als de SWR > 1.3 en men keert terug op de desbetreffende frequentie, dan moet er opnieuw getuned worden. Het geheugen onthoudt dus alleen frequenties waarbij een SWR < 1.3 gevonden werd. Dat lijkt omslachtig, maar betekent een goede bescherming van tuner en transceiver!

Veel automatische tuners lukt het niet of gaat het moeilijk om af te regelen op een 50 Ohm weerstand of dummyload. Dat is gewoonlijk een van mijn eerste dingen die ik probeer met een voor mij onbekende ATU; bij een JC-4 lukt het wel.

Een opmerking die je wel meer leest in reviews is dat de antenne en control connectors (fig») niet waterdicht uitgevoerd zijn. Dat lijkt maar zo, want de desbetreffende doorvoeren zijn gelijmd omdat de fabrikant het beter vond dan afdichting met rubber of kunststof.  Wel vind ik dat de verzinkte bevestigings stroken in ons land niet lang roestvrij zullen blijven en RVS beter was geweest. Misschien was het een en ander een methode om de produktie kosten te drukken.

MAXIMALE ZENDVERMOGEN

De fabrikant is openhartig over het maximale zendvermogen.  In de bijgevoegde documentatie zonder schema wordt 1 kW PEP genoemd. Dat is mogelijk met SSB en alleen met de aanbevolen lengtes van de antenne. Als men met AM, FM, CW en RTTY werkt, mag een korte tijd met 300 W gezonden worden. Gezien de draad diameter van de spoelen en het formaat van de gemonteerde vaste condensators is dat geen overbodig advies. In het algemeen kan men stellen dat 1 kW PEP alleen kan met een niet te hoge of te lage impedantie van de antenne. Het is dus een tuner die geschikt is voor een gemiddelde ouput van maximaal 300 W.

Als men een G5RV of ZS6BKW heeft, dan is 1 kW PEP goed mogelijk mits men niet bij voorbeeld op 160 m gaat werken waar de antenne niet lang genoeg is.

Het te korte antennesysteem van mij heeft aan het begin van de voedingslijn op 160 m een impedantie van ongeveer 6 Ohm. Mijn andere antennetuners hebben het zwaar te verduren bij het aanpassen vanwege de grote stroom die in het spel is. Ook de JC-4 heeft met 160 m hetzelfde probleem.  Als er met 100 W plus speech processor ongeveer een half uur lang een QSO met iemand gevoerd wordt, dan zijn twee relais bij («fig) #A# zo warm dat het duidelijk voelbaar is aan de bovenkant van het deksel als de tuner horizontaal ligt. De relais bij #B# worden ook warm, maar in mindere. HB9ASB meldt in zijn blog dat met 1 kW SSB en een te korte 160 m antenne het kunststof huis bij relais (fig») #C# gesmolten was!

Bij een JC-4 is het draad dikker dan van mijn ICOM AT-120.

DRAAD OF SPRIET ANTENNE AANPASSEN

Over het algemeen past de tuner staaf en draad antennes moeiteloos aan. Zelfs als er geen antenne of een spreekwoordelijke breinaald aangesloten is. Niet altijd met SWR = 1 maar met SWR < 2. Het zal duidelijk zijn dat met een te korte antenne het gros van de energie in de tuner zelf gaat zitten. Om het apparaat te sparen zal men het zendvermogen sterk moeten reduceren. In de documentatie vermeldt de fabrikant de aanbevolen lengte van diverse antenne systemen. In de tekening hiernaast («fig) ziet u dat er twee antennes aangesloten kunnen blijven, zodat u keuze heeft uit twee systemen met elk 50 geheugens. Dat kan bij voorbeeld tijdens een contest gemakkelijk zijn om momenteel het sterkste signaal te selecteren.

Bij eindgevoede antennes is het van belang dat een behoorlijke tegencapaciteit gebruikt wordt, zodat de antenne zich ergens tegen "afzetten" kan. Bij voorbeeld zoals het in de tekening afgebeeld is. Het gaat ook goed met een enkele geïsoleerde draad op de grond. De lengte kan in verband met de verkortingsfactor door de aarde met ongeveer 60% gereduceerd worden ten opzichte van de antenne lengte. Volgens de documentatie wordt het dan met "horizontal wire 25 - 28 meters" een tegencapaciteit van 15 - 17 meter.

HF TERUGWERKING

JC-4 is een asymmetrische tuner; (fig») wordt een dipool rechtstreeks of via een openlijn op klemmen A en B aangesloten, dan komt toch alle energie in de antenne terecht. Alleen heeft men meer kans op HF terugwerking op eigen apparatuur. Dat was er bij één van mijn testen. Zonder stroombalun vond op 10 m HF inspraak plaats op een digitale SWR/Power meter, die over zijn nek ging. Met de balun bleef de meter goed werken!

Men kan HF op de zendapparatuur ook sterk verminderen door de tuner goed te aarden aan bij voorbeeld buizen van een CV of een ander groot metalen oppervlak.

SYMMETRISCH VOEDING MET STROOM BALUN

Er waren en zijn nog steeds discussies gaande over de (beste) plaats waar met een asymmetrische tuner een (choke, stroom)balun moet zitten. Stel dat er een reuze ferrietpijp bestaat die wij over een tuner kunnen plaatsen. Er zijn dan drie mogelijkheden die in de tekening afgebeeld zijn: (1) tussen TX en ATU, (2) over de ATU en (3) tussen ATU en antenne.  Qua werking van de balun maakt het niet uit waar het geplaatst wordt. Er is dus geen wezenlijk verschil of het voor of achter de ATU zit! Echter bij  (1) en (2) maakt de tuner deel uit van het antennesysteem met alle gevolgen van dien zoals HF op de kast of schakeling en terugwerking op eigen apparatuur. Het hoeft niet zo uit te pakken maar het kan wel. De beste plaats van een balun is zo dicht mogelijk bij het antennesysteem, dus tussen antenne tuner en antennesysteem. Tot deze conclusie ben ik niet als enige gekomen, want als u op Internet surft vindt u meer gelijkgestemden.

Als de balun op een bepaalde band te heet wordt komt dat door een hoge spanning op dat punt van de voedingslijn. Er zijn dan drie mogelijkheden:

1. De voedingslijn verlengen of verkorten zodat er een stroommaximum ontstaat.

2. Een grotere ringkern of meer ringkernen nemen zodat het vermogen verdeeld wordt.

3. Of voor deze band een 1 ÷ 4 stroom balun gebruiken.

EXPERIMENTEN MET JC-4

 

Veel balun types getest met JC-4.

De tuner is bedoeld voor eindgevoede antennes, maar velen onder ons werken met een dipool systeem als antenne gevoed met openlijn of lintlijn. Hoewel het werkt als men dat systeem aansluit op de uitgangen "A" en "B" (dat zijn 2 vleugelmoeren), is het beter om het anders te doen. Gebruik een stroombalun (current of choke balun) om de asymmetrische uitgang van de tuner te koppelen aan een symmetrisch antennesysteem.

Een symmetrisch antennesysteem koppelen via een stroombalun.

Voor het experimenteren heb ik met TEFLON geïsoleerd draad en een ringkern van onbekende samenstelling uit de rommeldoos (fig») een provisorische stroombalun gemaakt. Het een en ander bleek geschikt voor het testen. Beter zou zijn om een ringkern type FT-240-K van Amidon/Micrometals te gebruiken. AL = 4.9µH/wdg², daarmee kan men een hoge µ bereiken met weinig windingen.

Een ringkern heeft de eigenschap dat met een klein formaat een hoge smoorspoel reactantie bereikt kan worden, zodat common-mode stromen gering blijven. De stromen in de draden zijn behoorlijk gelijk en tegengesteld en de uiteindelijk flux is ook klein. Als men nu zorgt dat de reactantie van de windingen veel groter is dan van het antennesyteem, zal de kern minder kans hebben om in verzadiging te komen.

Voorbeeld met een FT-240-K ringkern: 10 windingen = 10² × 4.9 = 490 µH = 5700 Ohm op 160 m!

Als de kern warm wordt is dat meer te wijten aan de opwarmende stroom door (te dunne) draden van de balun. Met de differentiaal-mode stroom is de desbetreffende flux vrijwel nul, zodat het ferriet geen invloed heeft op de eigenschap van de transmissielijn. Tot zover de theorie want in de praktijk zal de constructie en de isolatie van de windingen en hun onderlinge afstand toch nog (een vaak te verwaarlozen) invloed uitoefenen. NB: ik heb zelf geen ervaring met dit type!

ANTENNEKLEMMEN A en B

Als men een dipool of openlijn aansluit op antenneklemmen A en B, kan er verschil in afstemmig zijn met de schakelaar van de controlbox in stand "A" of "B".

Een langere weg via de tongen van ingeschakelde relais en printsporen is waarschijnlijk de oorzaak, want schematisch gezien worden "A" en "B" op gelijkwaardige wijze («fig) aan massa gelegd.

Op sommige banden is er duidelijk meer antennestroom in een bepaalde stand. Hiernaast (fig») ziet u hoe bij mij het meeste verschil zich openbaarde op de 160 m band. Het loont dus de moeite om bij het aanpassen van een symmetrisch antennesysteem te kiezen bij welke stand van de schakelaar men de meeste antennestroom verkrijgt.

 

Om het verschil bloot te leggen tussen tuner zonder balun en met balun werd een test gedaan volgens de («fig) afbeelding. De JC-4 werd aangesolten op 2 m lange openlijn gevolgd door een "standaard" voltage 1 ÷ 1 balun en vervolgens naar een professionele 50 Ohm dummy load geleid. De test is overigens ook gedaan met een voltage 4 ÷ 1 balun. Dat gaf vrijwel hetzelfde verschil in balans of onbalans te zien. U ziet dat een stroombalun veel bijdraagt aan de gelijkheid van stromen in beide geleiders van de voedingslijn. Verder neemt met balun het verschil in stromen toe op de hogere amateurbanden. Ander JC-4 eigenaars melden mij dat de balun ook ervoor gezorgd heeft dat HF terugwerking op eigen apparatuur verholpen werd of sterk verminderde.

De eerder genoemde  experimentele balun gemaakt van een onbekende ferriet ringkern bevalt goed maar is een onzeker element voor lezers van dit artikel. Omdat FT240-43 ringkernen beter bekend zijn en ook meer aangeboden worden, werd daarmee verder geëxperimenteerd. Verder is met Teflon geïsoleerd draad niet gemakkelijk te verkrijgen in tegenstelling tot 50 Ohm Teflon coaxkabel. Daarom is coaxkabel gebruikt voor de baluns. De geringe impedantie transformatie die veroorzaakt wordt door de stroombalun is niet van belang omdat de tuner het aanpast. Verder is het verlies dat ontstaat door de korte coaxkabels verwaarloosbaar. Als men twee kabels parallel schakelt door aan beide uiteinden de afscherming met elkaar te verbinden, dan wordt de impedantie twee maal zo groot en dus 100 Ohm. De windingen hoeven eigenlijk geen specifieke karakteristieke impedantie te hebben. Echter de zo verkregen hogere waarde is qua verlies wat gunstiger als men een openlijn aansluit van een all band antennesysteem waarbij de impedantie per band anders is. De baluns transformeren de impedantie en het 1 ÷ 1 syteem is gewoonlijk zeer efficient gepaard aan een breedbandige aanpassing. Het zorgt voor een betere symmetrie, heeft meestal een laag verlies, is tolerant voor impedantie en onbalans variaties. Het een en ander is beter dan de veel meer toegepaste 1 ÷ 4 spanningbaluns. Zonder overdrijven kan men stellen dat bij een willekeurige lengte van een openlijn een 1 ÷ 4 balun 2 × zoveel verlies heeft als een 1 ÷ 1 stroombalun.

Het beste werkte het een en ander volgens dit systeem dat bovendien HF terugwerking voorkwam of sterk reduceerde.

Het principe van een 1 ÷ 1 stroombalun van willekeurige impedantie ziet u in het beide schema's («fig»). Het werkt meestal goed op alle HF banden als het gebruikt wordt bij een willekeurige dipool gevoed met open lijn. De impedantie aan het begin van de ladderlijn is immers per band steeds anders. De impedantie van de  tweedraads transmissielijn hangt af van de isolatie en onderlinge afstand. Die waarde kan nog verhoogd worden door beide transmissielijnen in serie te schakelen; dat is beter voor het eerder genoemde "random" antennesysteem.

 

 Met 100 W is per tak maar één ringkern nodig.

Het systeem kan ook gemaakt worden met (Teflon) coaxkabel. Lukt het soms niet met een een 1 ÷ 1 overdracht, dan kan men door het aanbrengen van een extra schakelaar kiezen voor een 1 ÷ 4 overzet verhouding. Op de ringkern kunnen maar 10 à 12 windingen (dikte zoals van RG58) gelegd worden en met 10 windingen is de zelfinductie ongeveer 200 µH. Dat is misschien voor sommige antennesystemen te weinig, maar vooralsnog heb ik (nog) niet de beschikking over ander ferriet materiaal dat een hoge µ heeft en tevens geschikt is voor een hoog zendvermogen. Voorlopig doe ik het met voor elke tak 3 × gestapelde FT240-43 ringkernen. Heeft het  antennesytemen een lage impedantie, dan kan er veel stroom lopen door de vrij dunne binnenader van de Teflon kabel en dat is te merken aan de opwerming ervan. Kiest men met het bedieningskastje voor stand "A" of "B", dan blijkt er meestal verschil te zijn in het maximum of gelijkheid van de antenne stroom in beide geleiders van de voedingslijn.

FERRIET BUIS

 

Met kleinere ringkernen kan men ferriet buisjes of pijpen samenstellen om met weinig windingen een behoorlijke zelfinductie te verkrijgen. Bij het afgebeelde testmodel was van elke pijp met 7 windingen de zelfinductie iets meer dan 650 µH.  Het draad is met Teflon geïsoleerd om een behoorlijke spanningvastheid te verkrijgen. Ook hier worden de transmissielijnen in serie geschakeld om de impedantie te verhogen. Het wordt een 1 ÷ 1 balun van onbepaalde impedantie. Dit type balun bevalt tot nu toe het beste. Helaas heb ik vooralsnog geen informatie over het type ringkern, want de kant en klare constructie kwam van een vlooienmarkt en thuis werden de windingen verwijderd om er verder mee te experimenteren. 

De werking is in feite hetzefde als de voorgaande constructie met twee ringkernen en coaxkabel en het volgende met draad uitgevoerde systeem.

1 RINGKERN

 

Met één ringkern moet de tweede coaxkabel of het tweede stel windingen tegengesteld op de kern gewikkeld worden zoals dat bij voorbeeld ook gedaan is («fig) met met  een (1 : 4) coaxbalun gewikkeld op één kunststof pijp.  Echter magnetsich gezien zijn de draden op de ringkern in een correcte richting gewikkeld.

 

VERGELIJKING AT-120, JC-4, S-Match

   

De installatie met mijn antenne om het onderlinge verschil vast te stellen.

Met mijn antenne («fig) werden AT-120, JC-4 en S-Match met elkaar vergeleken door steeds op hetzelfde punt de antennestroom in beide geleiders van de lintkabel te meten. Duidelijk is te zien dat door het terugvouwen van een deel van de antenne, de stroom in de geleiders van de lintlijn niet altijd gelijk zijn. Hoe hoger de frequentie des te meer het verschil wordt. In tegenstelling tot de AT-120 kon de JC-4 steeds afregelen op SWR = 1.

Het rendement van een JC-4 is iets beter dan een AT-120, maar dat verschil wordt groter in het hogere frequentiegebied.  Op 30 m kon de AT-120 geen aanpassing vinden omdat mijn antenne op de 30 m band een zeer ongunstige impedantie heeft. De JC-4 had er wat minder moeite mee, maar de S-Match met zijn rolspoel deed het duidelijk beter.

Tussen JC-4 met stroombalun en symmetrische S-Match is niet veel verschil. Een uitzondering is 160 m; de antenne voor die band is veel te kort en het rendement van de JC-4 is duidelijk slechter. Elke antenne tuner heeft de eigenschap dat bij een bepaald antennesysteem en frequentie de aanpassing niet lukt of het rendement tegenvalt. Het komt door de toegepaste componenten, het regelbereik of de manier van opbouw. Dat de JC-4 bij mijn te korte antenne op 160 m minder goed lijkt, komt omdat de impedantie aan het begin van de lintlijn op 160 m maar ongeveer 6 Ohm is. Met zo’n impedantie zal bij veel ATU’s blijken dat het rendement laag is. De automatische tuner werkt in stapjes en mijn S-Match is continue regelbaar.

JC-4, S-Match. Het verschil tussen JC-4 en S-Match werd een stuk kleiner als de lintlijn verkort of verlengd werd. Kennelijk heeft het begin van mijn 10 m lintlijn toevallig een ongunstige impedantie op 160 m voor een JC-4 en AT-120.

JC-4, AT-120. Als de lintlijn verlengd of ingekort werd bereikte de JC-4 vrijwel altijd SWR = 1 terwijl de AT-120 nogal eens op SWR = 1.5 - 1.7 afregelde, bovendien bleek meermaals dat het rendement lager was dan van de JC-4.

G5RV, ZS6BKW. Mijn antenne is qua werking niet veel anders dan een G5RV/ZS6BKW en een JC-4 zal met beide ook geen probleem hebben.

VERZWAKKER 10dB, 100 W/50 Ohm

Eerder werd al vermeld dat de zender tijdelijk een sterk wisselende belasting ziet bij het afstemmen van de JC-4. Daarbij moet men steeds het vermogen tot 10 à 20 W verminderen door aan een potmeter te draaien.

Bij sommige transceivers is de instelling voor dat vermogen per band steeds anders.

 

Het een en ander vind ik niet bevredigend en daarom wordt bij het tunen de set met een dubbelpolige schakelaar tijdelijk aangesloten op een 100 W/50 Ohm 10 dB verzwakker. De transceiver kan met 100 W blijven werken en is daarbij keurig belast met een 50 Ohm dymmyload. Bovendien wordt de tuner aangestuurd met 10 W zodat als het goed is er niets mis kan gaan. 

De verzwakker kan zelf gemaakt worden door middel van weerstanden in een Pi of T netwerk, maar een kant en klaar type is vaak goedkoper als men de prijs van inductievrije weerstanden in aanmerking neemt. Het afgebeelde model («fig) is er een voorbeeld van en het werd hier toegepast. Monteer de verzwakker op een koelblok. Dat hoeft niet geschikt te zijn voor continue 100 W, omdat het tunen bijzonder snel gaat.

 

 

WORDT VERVOLGD