Cushcraft R5, 5 Band ½ λ Vertical, Onderhoud en Reparatie

Click on flag for English  12-jul-2020

CUSHCRAFT R5 (10/12/15/17/20 m)

Cushcraft heeft veel verticale antennes gemaakt zoals, R3, R4, R5, R6, R6000, R7, R7000, R8 etc. Allemaal zijn het ½ golf stralers met een "end-load" van vier of meer korte sprieten. Deze "radialen" vormen feitelijk een topcapaciteit aan een uiteinde (onderkant) van de antenne. De antennes onderscheiden zich in lengte, uitvoering en het aantal van de sperkringen. Hoe hoger het getal hoe meer traps en hoe meer banden er gewerkt kunnen worden. De kwaliteit van het product is in de loop van de jaren achteruit gegaan en voor de types na R6 zijn er veel negatieve kritieken, zie bij voorbeeld de recensies op Product Reviews van www.eham.com.

VERMOGEN

De ongeveer 5 m lange R5 is geschikt voor een HF vermogen van 1.8 kW PEP en dat is opmerkelijk in vergelijking tot soortgelijke types van hetzelfde of andere merken. Met een geleende 1.5 kW versterker werd de antenne op een paar banden uitgeprobeerd zonder dat er vreemde verschijnselen optraden.

PRAKTISCH RESULTAAT

Deze antenne was de mindere vergeleken met mijn 2 el yagi, tenminste als de beam in de richting van het station gericht werd. Meer dagelijkse ervaring en vergelijking ontstond door vergelijking met een W3DZZ als inverted V en gevoed met openlijn. Op de onderstaande foto is net het bovenste deel van deze antenne te zien. Binnen Europa, op een afstand tot aan de middellandse zee, is meestal de W3DZZ iets sterker, maar dat hangt ook van de condities af want soms is de R5 beter. Als het tegen station ook een verticale antenne heeft, geeft de R5 qua zenden en ontvangen een evengoed of sterker signaal. Met DX zijn beide antennes gelijk en het verschil kan door condities in een tijdsbestek van 5 minuten wisselen; dan is weer is de ene en dan weer de andere antenne sterker.

De R5, een verkorte halve golf door de traps, is ideaal voor mensen met een beperkte ruimte. Behalve de 1.24 m lange RVS («fig) sprieten als onderste eindcapaciteit, zijn er verder geen radialen nodig. Met een storm buigt de antenne maar heeft tot nu toe alles zonder schade doorstaan. Metalen delen zijn van aluminium en het bevestigingsmateriaal is van RVS. Door de korte lengte is het niet nodig om tuidraden te gebruiken. De bestendigheid tegen weersinvloeden is goed maar de aluminium legering van Fritzel antennes lijkt mij van betere kwaliteit. De antenne is gevoelig voor HF geleidende objecten in zijn buurt omdat de resonantiepunten dan verschuiven. Een opstelling op of kort boven een metalen dak of betonconstructie dient vermeden te worden of u moet ter plaatse door het in of uitschuiven van de buizen de resonantiepunten weer herstellen. De asymmetrische voeding heeft wel wat weg van de FD3 en FD4 systemen die doorn Fritzel toegepast werden.

ISOLATOR

De antenne wordt uit het midden gevoed met een matching unit gemonteerd in een fragiel kunststof kastje dat bevestigd is aan een van glasvezel en polyesterhars gemaakte isolator. Als de laatste geruime tijd aan ons klimaat blootgesteld wordt, dan "verdampt" de hars aan de oppervlakte. De glasvezel wordt zichtbaar, is onbeschermd, werkt als spons en neemt vuil en stof op (foto re.).

W9GB heeft een potentiële bron gevonden voor de vervanging van deze beschadigde (MN-7) zwarte behuizingen.

 http://www.electronicsurplus.com/commerce/catalog/product.jsp?product_id=69167&czuid=1195158651593

Hij schreef: "Ik vond een zwart plastic kastje (fig»), dat identiek is aan de MN-7, dat door Cushcraft gebruikt wordt. Het lijkt erop dat zij dat doen met een Polycase "EP" serie, EP-8-model. De POLYCASE EP-8 is in grootte identiek en de inscripties zijn in elk detail gelijk aan mijn MN-7 (1992). Ik denk niet dat Polycase deze EP-8 serie momenteel nog maakt, maar ze zijn nog als NOS in voorraad bij Electronic Surplus, Inc. (ESI) in Cleveland OH. Toen ik er drie bestelde kosten zij $ 4,50 USD per stuk en waren precies hetzelfde als mijn MN-7.

Een goede bescherming is het tijdig aanbrengen (fig») van een paar lagen van bij voorbeeld zwarte Bumperlak. Als de toplaag al verweerd (verdampt) is, breng dan met een kwast een laagje twee componenten polyesterhars (voor o.a. reparatie aan carrosserie) aan voordat met lak bespoten wordt. 

De schroeven waarmee het deksel vast zit gaan vrij snel roesten. Zij kunnen beter vervangen (fig») worden door RVS typen. Tap daarvoor eerst 3 mm metrische schroefdraad. 

MATCHING NETWORK R5

Choke balun (bruine draad) en 1 : 4.84 trafo (witte en zwarte draad). 

De matching unit is samengesteld uit een mantelsmoorspoel en auto transformator. Op diverse homepages wordt de laatste 1 : 4 balun genoemd. Ik weet niet of de fabrikant dat als zodanig heeft ontworpen, maar zoals het op de print gemonteerd is werkt het als auto transformator met een verhouding 1 : 4.84. Alle exemplaren die hier de revue gepasseerd zijn, waren op dezelfde manier op de printplaat aangebracht. U kunt zien dat de witte draad 6 × en de zwarte draad 5 × door de kern gaat. De wikkelverhouding is dus 5 ÷ (5 + 6) en de transformatie verhouding wordt dan 1 ÷ 4.84. De ingang van 50 Ohm wordt getransformeerd naar 50 × 4.84 = 242 Ohm. Het schema van het aanpassingscircuit werd getekend door de montage van de componenten op de printplaat te volgen. De asymmetrische voeding of OCF (off center feed) lijkt veel op het systeem dat in de FD3 en FD4 antennes van Fritzel toegepast werd.

Door middel van een geschikte antennetuner zou men een R5 ook op meer dan vijf banden in resonantie kunnen brengenen zelfs op 80 m! Als dat met veel vermogen gebeurd, dan ziet men op de rechter foto wat het resultaat is (niet bij mij, hi). Beide ringkernen kunnen de misaanpassing niet aan, worden in zeer korte tijd heet en barsten dan uiteen!  

In plaats van twee 86 pF condensators in serie, heb ik een echte zender condensator («fig) van 47 pF gemonteerd.

MATCHING NETWORK R6

De auto transformator van een R6 is anders. De witte draad gaat 12 keer door de kern en de zwarte draad 9 keer. De ingang (50 Ohm) aftakking is op 9 windingen van een spoel met 21 windingen. De transformatie verhouding wordt dan 1 ÷ 5.444. De 50 Ohm wordt dus getransformeerd naar 50 × 5.444 = 272 Ohm.
MATCHING NETWORK R7 & AV640

  
Dit systeem is uitgerust met dubbele ringkernen.

Bij toeval vond ik op eBay een losse aanpaseenheid van een AV640 of R7. Bij deze antennes is het aantal radialen vergroot en is er voor de 40 m band meer zelfinductie nodig. Daarom zijn voor zowel de choke balun als de auto transformator twee gestapelde ringkernen geplaatst. Gezien het aantal windingen van de trafo (10t + 12t) is de overzetverhouding 1 ÷ 2.2, ongeveer 1 ÷ 4.84. Door het systeem wordt de 50 Ohm asymmetrische impedantie van het voedingspunt omhoog getransformeerd naar een symmetrische impedantie van 50 × 4.84 = 242 Ohm.
In tegenstelling tot de voorgaande systemen heeft men hier dubbele ringkernen aangebracht. Dat is op middelste foto nog net te zien. 

Ook dit matching network werd via eBay verkregen. Tussen de choke balun en auto transformator werd weer een 27 pf condensator parallel geschakeld zoals dat ook was bij een R5. Deze condensator is waarschijnlijk  toegevoegd om de SWR op de 10 m band te verbeteren. De choke balun is uitgevoerd met 2 ringkernen op elkaar en de auto trafo heeft 1 dikke kern. Gezien de rode kleur is het vermoedelijk een T200-2 type.

RINGKERNEN

De ringkernen kunnen eventueel vervangen worden door de volgende types:
Choke balun: FT240-43 of FT340-43.
Auto trafo: FT240-K

ONDERHOUD

Reinig en verwijder oxidatie van alle aluminium delen met behulp van een metalen sponsje dat met zeep geïmpregneerd is. Vooral de bevestigingen van en aan de spoelen en condensatoren vergen extra aandacht. Maak deze voorzichtig los en maak de punten blank voor een goed contact als alles weer in elkaar gezet is. 

SPOEL

Mijn R5 is een 2dehandsje die het na een grondige controle en schoonmaakbeurt goed deed en als nieuw leek.

Na ingebruikneming ging de SWR op één band geleidelijk achteruit en later ook op een aantal andere banden. Tenslotte werd met weinig animo de antenne nog maar weer omlaag gehaald om de oorzaak op te sporen. Tussen een spoel en krimpkous was water gekomen. Bij mijn eerdere controle waren kennelijk een paar haarscheurtjes aan de aandacht ontsnapt. De spoel was gewikkeld op een vorm met groeven en de draad was op een paar plaatsen gefixeerd met (vermoed ik) tweecomponentenlijm. Tussen krimpkous en spoel was een op contactlijm gelijkende substantie aangebracht. De krimpkous werd verwijderd, de spoel gereinigd met thinner en de spleet tussen spoelvorm en buis opgevuld met twee componenten lijm. Over spoel en uiteinden van aluminium buizen werd contactlijm aangebracht en daarna met krimpkous overtrokken en («fig) met een elektrische verfbrander verwarmd. Het resultaat van de reparatie is duidelijk op de foto te zien.

Potentiële punten waar vooral lekkage kan ontstaan is de plek waar de kous over een schroef gaat en de plaats waar de spoelvorm in de aluminiumbuis gestoken is. Door het sterk krimpen van de krimpkous op de kop van een schroef, ontstaat ten opzichte van andere plaatsen een vrij dunne laag die ook gemakkelijk kan beschadigen bij montage of transport.

CONDENSATOR

De condensatoren die parallel over de spoelen staan zijn coaxiaal uitgevoerd met een binnen en buitengeleider gescheiden door een kunststof pijpje. Spoel en condensator vormen een "trap" die als elektrische isolator dient voor twee frequenties. De capaciteit van een condensator kan veranderen en hoger worden door oxidatie van de binnenste staaf van het systeem. Één uiteinde van de buitenste buis was afgesloten met krimpkous en op de andere kant zat een afsluitdop. Later bleek dat één van de doppen door veroudering haarscheurtjes had gekregen. Dat was bij een eerdere inspectie niet gezien. Geleidelijk was er vocht naar binnen gekomen waardoor de capaciteit veranderd was. Door het zenden met een versterker had er kennelijk een aantal keren vonkoverslag door de isolatie heen plaats gevonden.

De verwoestende uitwerking is hiernaast zichtbaar. Over een paar cm was de kunststof weggebrand en door verhitting gedeformeerd en aan het metaal vast gesmolten.

De beschadigde kunststof werd verwijderd en het ontbrekende deel aangevuld met een teflon pijpje afkomstig van een vlooienmarkt. De lengte van het nieuwe stukje teflon werd geschat want het had geen zin om de capaciteit van de beschadigde condensator te meten. Later bleek dat de gok goed was. Over het uiteinde werd eerst contactlijm aangebracht, daar overtrokken met krimpkous, verwarmd en vervolgens teruggeplaatst.

De binnendiameter van een condensatorbuis is 8 mm en daar past ook een gestripte RG-8 coaxkabel in. Herstel van een condensator is dus ook mogelijk door de originele binnengeleider met isolatie te vervangen door een stuk RG-8 zonder afscherming en kunststof buitenmantel.

Het schijnt dat de lijmpatronen (fig») voor een lijmpistool ook geschikt materiaal is om een binnengeleider te maken.

Uiteindelijk werden alle doppen vervangen door een type van betere kwaliteit.

Zonder fabrieksinformatie over de traps is het onmogelijk om de correcte resonantie daarvan te bepalen. Alleen vergelijking met een goed ander exemplaar (foto boven) is de aangewezen weg. Een losse trap zonder metalen buizen is met een dipper, spectrumanalyzer, of generator met oscilloscoop goed in resonantie te brengen. Door het plaatsen van de trap in de antenne wordt de resonantie anders en die gegevens zijn niet beschikbaar.

Hier is van alles geprobeerd om daar een mouw aan te passen, maar elke methode gaf weer een ander resonantiepunt. Wel heb ik de indruk dat een kale sperkring in het midden van de desbetreffende band in resonantie is.

LENGTE ELEMENTEN

De gegevens over het instellen van de lengte van de elementen zijn niet eensluidend. In handleidingen van maart 1989 en oktober 1989 werden niet dezelfde afmetingen voor de diverse delen opgegeven. In de tekeningen zijn de verschillen onder elkaar gezet.

Na reparatie ging de antenne weer terug op een 12 m hoge mast. Wat al verwacht werd is uitgekomen want de resonanties op de hogere banden waren naar boven verschoven ten opzichte van een afregeling op ongeveer 2 m boven de begane grond. Aan het begin van een 11.5 m lange 50 Ω voedingskabel was de SWR:

De antenne was kennelijk ook beter afgeregeld dan in de beginperiode want 75 % van de verbindingen zijn een half tot één S punt beter dan met een W3DZZ vergelijkingsantenne. 

Mijn R5 wordt gevoed met ongeveer 12 m coaxkabel (AIRCELL 7). De lengte is inclusief een mantelstroom smoorspoel aan het begin van de kabel en de SWR op dat punt is in een tabel weergegeven.

 De SWR kan aan de bandgrenzen flink oplopen en dat kan voor moderne transceivers zonder antennetuner een probleem zijn. Hier wordt altijd een tuner gebruikt voor alle antennes en zo ook voor een R5 zie het volgende onderwerp.

ATU

VERSCHIL IN TRAPS

In het model van 3/89 waren de 15/17 m traps door een gemeenschappelijke serie condensator aan elkaar gekoppeld

Het 10/89 model heeft twee aparte traps voor 15 en 17 m. Beide modellen onderscheiden zich ook in een 35 cm verschil in lengte van de buis tot de 10/12 m trap en dat is toch opmerkelijk.

Voor het meten en afregelen werd voor elke band apart van 50 Ω coaxkabel een ½ λ of een veelvoud daarvan gemaakt voor koppeling met een antenne analysator of SWR meter. Als de antenne met deze kabel gevoed wordt, is aan de meetzijde de impedantie hetzelfde als dat van de antenne. Zo wordt het gemakkelijker om de resonantiepunten van de R5 te bepalen. Er werd metingen gedaan op de begane grond met de antenne op een 2 m hoge mast. Daarbij zijn, voor een lage SWR in het midden van elke frequentieband, door mij andere afmetingen met deze antenne van de diverse delen gevonden dan volgens de gebruiksaanwijzing zou moeten. De uitkomsten zijn ook in de tekening verwerkt. Het was kennelijk geen toeval dat twee van de drie gevonden lengtes het meetkundige midden zijn van de getallen in de handleidingen. Als u niet tevreden bent met de resonanties van uw R5 dan kunt mijn meetresultaten als richtlijn gebruiken om de antenne opnieuw af te regelen.

LOSZITTENDE ANTENNE

In de loop der tijd ging mijn antenne steeds schever staan en u kent dat wel, je stelt het onderzoek uit naar een geschikt moment met mooi weer. Te laat dus want ineens was de SWR op alle banden oneindig hoog. Er was een spleet ontstaan tussen antenne en isolator. Omdat de staaf door de wind heen en weer wiebelde, was de ruimte tussen buis en isolator geleidelijk groter geworden. Een van de bevestigingsbeugels van de matching unit kon de toenemende buiging niet meer aan en was door metaalmoeheid afgebroken. Daardoor was er geen contact met de antenne en dat veroorzaakte de slechte SWR.

Door het uitboren van een popnagel kon de antenne uit de isolator gehaald worden. Het probleem was: hoe moest de antenne weer rechtop in de te ruime isolator vastgezet worden, want een scheve antenne is geen gezicht. Na het overwegen van (voor mij) ingewikkelde mechanische hulpmiddelen werd eerst een gemakkelijke methode geprobeerd. Aan de binnenkant van de isolator bracht ik met een kwastje een dunne laag twee componenten polyesterhars aan. Steeds werd na het opnieuw aanbrengen en uitharden van een dunne laag gecontroleerd of de staaf zonder speling in de buis paste. Eventueel werd de cilindrische vorm hersteld door de binnenkant te ruimen met een strook schuurpapier om een dunnere buis. Dat bleek goed te werken en toen alles mooi in één lijn in elkaar schoof, werd de antenne definitief met polyesterhars in de isolator gelijmd. In de plaats van de popnagel kwam een RVS bout en moer. De laatste werd eerst met polyesterhars aan de binnenkant van de aluminium buis gelijmd. 

Toen alles weer keurig op een mast gemonteerd was, bleek de antenne niet te werken, SWR = ∞! Nader onderzoek wees uit dat de 27 pF condensator een kortsluiting veroorzaakte.

Eigenlijk niet zo verwonderlijk, want toen de verbinding naar de antenne verbroken was, kreeg de condensator een behoorlijke spanning te verwerken (zie het schema). Als er een reden voor u is om de antenne omlaag te halen, monteer dan voor de zekerheid een type van een betere kwaliteit. Zelf plaatste ik (fig») 4 × 27 pF keramische buiscondensatoren serie parallel.