Balun Prądowy 1:1 - Jak prawidłowo zbudować ?

[SQ5STZ]

Koleżanki i Koledzy,

Ostatnio zajęcia zawodowe oraz domowe nie pozwoliły na hobby, ale... znalazłem trochę czasu i wróciłem ku utrapieniu jednych i uciesze drugich

Krótkie podsumowanie.

Balun prądowy służy do dopasowania niesymetrycznej linii zasilającej 50 Ohmów (kabel współosiowy) do symetrycznej anteny typu dipol.

Balun prądowy służy do dławienia prądu asymetrii, który płynie po powierzchni oplotu kabla współosiowego; jest to tzw. efekt naskórkowości występujący dla prądu wysokiej częstotliwości. Prąd asymetrii powoduje zmianę parametrów całego systemu antenowego. Po prostu z anteny robi się "coś" co nie przypomina anteny i generuje zakłócenia TVI. Można również zaobserwować podwyższony SWR, zmianę impedancji etc.

Balun prądowy wykonuje się zazwyczaj w formie cewki nawiniętej dwoma drutami jednocześnie (bifilarnie). Indukcyjność tak wykonanej cewki zależy od częstotliwości pracy anteny oraz rdzenia (bądź jego braku) na którym nawijany jest balun.

Balun może być powietrzny (choke balun) lub nawinięty na rdzeniu ferromagnetycznym.

Aby balun dobrze spełniał swoją funkcję jego reaktancja powinna być 10x większa od impedancji linii zasilającej czyli 500 Ohmów (reaktancja indukcyjna).

Warto wiedzieć, że nawinięcie zbyt dużej liczby zwojów może spowodować powstanie rezonansów własnych baluna. Pojemności międzyzwojowe wraz z fragmentami cewki baluna mogą tworzyć dodatkowe i niepożądane obwody rezonansowe. Ponadto duża pojemności międzyzwojowa wpływa na pogorszenie parametrów baluna dla wyższych częstotliwości. Widać to na rysunku pokazującym parametry baluna wykonanego przy pomocy kabla RG-316 i rdzenia Amidon FT-140-43 - "białego".

Nawinięcie zbyt małej liczby zwojów oznacza brak skutecznego tłumienia prądu asymetrii. Reasumując. Potrzebna jest równowaga i umiar Jak w życiu!

Wzory:



Xl[reaktancja]=2*PI*f[częstotliwość]*L[indukcyjność]

po przekształceniu

L[uH]=Xl[OHm] / (6,283*f[MHz])

Przykładowo Indukcyjność dla częstotliwości 3,5MHz

L[uH]=500[OHm] / (6,283*3,5[MHz])
Indukcyjność L=22,73uH

Ja zawsze biorę małą zakładkę i docelowo dla baluna 3,5MHz przyjmuje okrągłe 25uH.

Przy okazji balun powinien być lekki, wytrzymały i odporny na warunki atmosferyczne.


ZPT czyli...

... zajęcia praktyczno techniczne

W poprzednich postach przedstawiłem "biały" balun nawinięty dobrym kablem RG-316 na rdzeniu Amidon FT140-43.



Zmierzone parametry nie zadowoliły mnie. Podejrzewałem, że spory wpływ na parametry ma bałagan przy gnieździe UC-1 (SO 239). Usunąłem niezwykłą konstrukcję z drutów, ale pomiary nie wykazały istotnej poprawy.



Zatem "białego" odłożyłem na półkę do przeróbki w późniejszym czasie i wziąłem się za balun "idealny" ;-)


"Psucie ideału"

Balun idealny chyba jednak nie był idealny ponieważ współczynnik R.L. (Return Loss *1 - straty odbiciowe - patrz na koniec) cały czas utrzymywał się na poziomie około -30dB *2. To jest ta granatowa linia pozioma.





Co robić ??? Pojechałem na wolumen i kupiłem drut nawojowy o średnicy 1,1 mm (taki akurat mieli). Odciąłem dwa odcinki po 40cm po czym włożyłem oba do rurki termokurczliwej. Sprawdziłem taką linię przy pomocy miniMaxa i sztucznego obciążenia firmy Radiall. Parametry takiej linii były dobre i po odcięciu kilku centymetrów i odwinięciu dwóch zwojów udało się uzyskać prawie ideał Docelową cewkę widać na zdjęciu poniżej.

Następnym krokiem było nawiniecie tak przygotowanej linii na rdzeń ferrytowy (nie znam jego parametrów, ale o tym dalej).



Po kilku próbach udało się uzyskać bardzo przyzwoite parametry. Zresztą oceńcie sami.



Wszystko dobrze, ale... pozostało jeszcze zamontowanie cewki w obudowie. I tu można zaobserwować ciekawe zależności.

Rdzeń zamontowałem w obudowie z rury kanalizacyjnej.





Dolutowałem krótki odcinek kabla RG-316, który umożliwił prawidłowe zamontowanie gniazda antenowego.

Oto pomiary zmontowanego baluna z podłączonym fabrycznym sztucznym obciążeniem.



Widać gołym okiem, że długość... połączeń wewnątrz ma znaczenie. Trzeba dbać o jak najkrótsze połączenia w balunie.

Na koniec wykonałem małą próbę. Zwarłem wyjście baluna (zaczep do anteny, żyła gorąca) z wejściem baluna (oplot przewodu, przed cewką). Pomiar widać poniżej.



I to byłoby na tyle

Jeszcze tytułem wyjaśnienia dodam, że przerabiałem fabryczny balun, którego zmierzone parametry predysponowały go do pracy na paśmie 160m lub maksimum 80m. Na balunie był napis: Power 300W.



Moim zdaniem balun spokojnie wytrzyma 100W. Przy "potraktowaniu" mocą 50W rdzeń nawet się nie zagrzał. Sprawdziłem miernikiem z pomiarem temperatury i sondą termiczną.

W następnym "odcinku" pokażę przeróbkę mojego baluna, który wykonałem na potrzeby dwóch anten Inverted V.






Dziękuję wszystkim za cenne uwagi oraz za to, że poświęcili trochę swojego czasu na dyskusję.

Dziękuję za uwagę i za usłyszenie (przeczytanie). Jeżeli koledzy zauważyli błędy lub też mają coś do dodania to zapraszam

Robert SQ5STZ

---

*1 Oprogramowanie do miernika miniMAX parametr R.L. pokazuje w dB dodatnich. Z tego co mi wiadomo zazwyczaj Return Loss wyraża się w ujemnych czyli -dB lub -dBm. Jeżeli R.L. wynosi 0dB to moc nie dociera do obciążenia. Jeżeli R.L. dąży do -nieskończoności do cała moc sygnału odkłada się na odbiorniku.

*2 Return Loss - straty odbiciowe
Parametr ten określa stosunek mocy sygnału wprowadzonego do toru transmisyjnego do mocy sygnału odbitego, który powstaje na skutek niedopasowania impedancji toru transmisyjnego. Sygnał ten może być źródłem zakłóceń dla sygnału użytecznego, co jest bardzo istotne w przypadku transmisji w dwóch kierunkach w tym samym torze transmisyjnym. Tor transmisyjny zbudowany z kabla miedzianego o konstrukcji skrętki nie posiada jednorodnej wartości impedancji. Każde zagięcie kabla, przesuniecie splotu par, rozciągnięcie kabla powoduje, że zmienia się jego impedancja. Poza tym impedancja kabla zależy od częstotliwości transmitowanych sygnałów.
Źródło: http://www.tti.pl/strona.php?zakladkaID=1&&stronaID=225