Balunens kärna

[SM0GLD]

CM-dämpning kan vi grunna på men.....

Nu är det dags för nästa balun avsedd att användas på 2m.

Avsikten var att bygga en enkel balun med hjälp av två 100ohms koaxer allt enligt denna koppling.



Nu har jag inga 100ohms koaxer så det fick bli ett tvinnat par från en Cat5-kabel, den ska enligt spec hålla 100ohm.




En variant på denna balun är försedd med en extra choke, kanske kan detta förbättra CM-dämpningen.


Balunen byggdes med 19mm långa ferritrör, Magnetics #28B0472-090.
Endast fyra st behövdes för att få till behövlig induktans.



VSWR. Dämpning/balun (S21)
6,8MHz 1,2:1. 0,165dB
28MHz 1,09:1. 0,185dB
50MHz 1,1:1. 0,205dB
100MHz 1,14:1. 0,13dB
150MHz 1,19:1. 0,33dB

Dämpningen S21 mättes med två lika baluner kopplade "back-to-back"
Lite underligt att förlusterna var som lägst vid 100MHz.


/Micke

 

[SM7EQL]

När det gäller vanliga EMC-ferritdrosslar så brukar man ange data i impedans, t ex 450 ohm @ 100 MHz. Ibland visar man diagram med R, X, Z utritade. Även här relaterat till ohm. Man ser ju då att X dyker ner till noll vid drosselns självresonansfrekvens. Där i den punkten är impedansen resistiv och kan jämföras direkt med ett motstånd i t ex en 50 ohms testjigg.

Mätmetoden är vanlig när det gäller just ferritrosslar och beroende på valt ferritmaterial så finns sådan med högt resp lågt Q-värde, allt efter vilka egenskaper som efterfrågas i en given situation.

En sådan common mode drossel som tex har en hög impedans kommer att bli allt mer effektiv ju lägre CM-impedansen i ledningen är. Det betyder att man får olika hög CM-dämpning beroende på var drosseln kopplas in längs en lång kabel där det ju uppstår strömmaximum och strömminimum etc.

Jag letar bara efter en praktisk metod att klassa mätobjekten från dåliga till bra. Med en 50 ohms jigg kan man enkelt mäta upp den relativa dämpningen med hjälp av en signalgenerator och oscilloskop över ett 50 ohms motstånd alt mottagare och därefter med substitutionsmetoden prova ut vilket motståndsvärde den registrerade signalnivån motsvarar. Det bör ge ett tillräckligt användbart utslag utan att använda proffsinstrument.

/Bengt

 

[SM0KBW]

Här är samma balun med tvinnade trådar. SWR är ännu lägre. Lustigt nog är Z något Ohm lägre, kan det vara att tvinningen håller ihop tradarna och på så sätt sänks impedansen, inte bara för ledarna utan även för hela balunen.

CM-dämpningen är inte nämnvärt påverkad.

 

[SM0KBW]

@EQL:

Här är korvorna du frågade efter. Motstånden är på 0,975K respektive 9,75K. helt enkelt 4 stycken 3,9K resp 39K i parallell för att få ner induktansen.

Det stämmer bra för 0,975K som hamnar runt -20dB. Även för 9,75K som hamnar runt -40dB fast dämpningen sjunker med ökande frekvens, strökapacitanser?

 

[SM0KBW]

@GLD:

Ja, hittills verkar det som det måste till en extra choke på lågohmsidan om man ska få en riktigt bra CM.

När vi höll på med toroider i den andra tråden så minskade jag antalet varv och märkte samtidigt en markant försämring av CM dämpningen. För att se om samma gäller för dessa kärnor så kommer nästa test bli 2,5 varv tvinnat i balunen.

 

[SM7EQL]

Det är parallellkapacitansen över motstånden som spökar. Prova med ett (1) SMD-motstånd istället så håller du nivån längre upp i frekvens innan dämpningen sjunker. Jag vill minnas att gränsen i min mätning låg runt 450 MHz. Serieinduktansen i SMD-motstånd är försumbar vid så låga frekvenser.

Sedan kan det så klart vara nollkapacitansen i testjiggen. Kalibreringen är nog kritisk i din VNA. Jag fick lite skumma värden när jag kalibrerade 1-port S21. Men med full 2-port inkl isolation så blev det som man kunde förvänta sig.

/Bengt

 

[SM0KBW]

Har inte något sortiment med ytisar, tvärr. Brukar köpa per projekt, men man får väl skaffa sig ett sortiment - i alla fall så man kan mäta

 

[SM0KBW]

Här är kurvorna för en balun med 2,5 varv tvinnat per lindning. Nu börjar CM-dämpningen likna de för toroid-balunen. Tydligen kan man inte ostraffat reducera induktansen.

SWR är fortfarande helt OK!

Förresten svepet är mellan 1,5 MHz och 50 MHz för alla mätningar i dag.

 

[SM0GLD]

Här är kurvorna för en balun med 2,5 varv tvinnat per lindning. Nu börjar CM-dämpningen likna de för toroid-balunen. Tydligen kan man inte ostraffat reducera induktansen.

SWR är fortfarande helt OK!

Förresten svepet är mellan 1,5 MHz och 50 MHz för alla mätningar i dag.

Man kan fundera på hur hög CM-dämpning man egentligen behöver.

Tokigt och asymetriskt placerade långa trådantenner på låga frekvenser kräver troligtvis relativt högre CM-dämpning än en kort och högt placerad liten balancerad antenn för 2m.

I det senare fallet skulle jag prioritera anpassning snarare än CM-dämpning.

/Micke

 

[SM7EQL]

Det beror på var man kopplar in CM-strömdrosseln. I ett strömmax gör en CM-drossel mer nytta än i ett spänningsmax.

Olika källor anger lite olika riktvärden men man verkar vara överens om att en ekvivalent serieresistans över 1000 ohm är ett måste. 3000-5000 ohm duger men att man bör eftersträva upp emot 8-10k.

De högre värdena 8-10 k klarar man av smalbandigt på ett eller några få amatörband. Allt det här är ju precis samma problemställningar som inom EMC- och dämpning av ledningsbunden emission.

Noteras bör att CM-drosslar med höga Q-värden ofta ställer till mer problem än de löser eftersom de kan fungera som "förlängningsspolar" till de anslutna ledningarna och därmed ge en bättre anpassning så att ledningens antenneffekt ökar. Det måste vara precis likadant i antennsammanhang där man inför drosslar på matarledningen. Här tänker jag då på de high-Q drosslarna som består av 4-5 varv koaxkabel eller stora spolar med många varv koax på grova plaströr. Fungerar utmärkt i många fall men det finns också fallgropar på högre frekvenser om man nu tror att de är bredbandiga.

/Bengt

 

[SM0KBW]

@GLD:

Du menar sådana antenner som stadsbor som jag kan få upp

Vi har tråden om loop antenner som pågår och Sture har verkligt behov av hög CMMR, anpassningen verkar inte heller må dåligt av 2,5 varv. Bär det dig mycket emot att lägga till ett extra varv?

CMMR är ju ett begrepp som anväds för förstärkare, men det borde väl gå att använda även för antennsystem, blir så tradigt att skriva CM-dämpning hela tiden ))

 

[SM0KBW]

@EQL:

Ja de öppna spolarna med högt Q bör nog användas med försiktighet. De är dessutom begränsade av att ledningslängden måste hållas under en 1/4 våg på det högsta frekvensområdet. Ferritrör över ledningen eller upplindning på en toroid är nog en bättre lösning som dessutom kommer bli bredbandigare.

 

[SM7EQL]

Jo så är det nog. De ferritdrosslar/beads och allt vad de kallas och som används i EMC sammanhang är tillverkade så att ferritmaterialet är icke förlustfritt vilket innebär att det absorberar energi. Detta ger också drosseln lågt Q-värde vilket ökar frekvensområdet som drosseln är verksam inom. Vidare vill man väl hålla induktansen så låg som det går utan att den resistiva delen i impedansen sjunker allt för mycket. Många parametrar som påverkar och återverkar här.

/Bengt

 

[SM0GLD]

@GLD:

Du menar sådana antenner som stadsbor som jag kan få upp

Vi har tråden om loop antenner som pågår och Sture har verkligt behov av hög CMMR, anpassningen verkar inte heller må dåligt av 2,5 varv. Bär det dig mycket emot att lägga till ett extra varv?

Jag skulle köra med 2,5varv om jag avsåg att använda balunen från 1,8-30MHz. För att optimera vid 50MHz blir nog 1,5varv bäst.

/Micke

 

[SM0KBW]

Har i helgen gjort praktiska prov med GLDs balun. Det är den av fyra ferritrör och två lindningar, helt enkelt en normal 4:1 Guanella balun.

Den 3,5 varvig balunen ersatta utan problem den balun som jag använder i vanliga fall, en 4:1 lindad på två FT140-43 toroider.

Tidigare experiment visade att CM-dämpningen ökade med antalet varv så jag beslöt att testa med 4,5 varv, och jösses vad bra den dämpade störningarna. Kan inte få in fler varv så jag stannar vid det här varvantalet.


Här är mätresultaten för den:

Mätningarna går mellan 1,5 och 50 MHz. Som vanligt miniVNA-Pro.

Den första bilden visar SWR och Z när balunen är belastad med 205 Ohm.

Den andra bilden visar CM-dämpning, balunen matas med de två utgångarna ihopslagna och den virtuella jorden, mittpunkten är jord.

Den tredje bilden visar dämpningen för två sådana baluner ihopkopplade med hög Z mot hög Z. Detta är imponerande, den högsta dämpningen är lägre än 0,2 dB. Gjorde nyss om mätningen med samma resultat.

 

[SM0KBW]

En dåres försvarstal!

Här kommer det nu: En dåres försvarstal

I stan så kan jag dra två trådar från min balkong, dessa är runt 20 meter vardera, har bara dragit ut dem så långt det går utan att kolla exakta längder.

Dessa trådar har en vinkel på ungefär 60 grader mellan sig. Har efter otal olika tester kommit fram till att det bästa sättet att sända på trådarna är att mata dem parallellt mot jord. En sorts dubbel ändmatad antenn helt enkelt.

Bilderna visar hur impedans och Z varierar över HF-banden.

Direkt inkoppling som den första bilden visar. Där ser man att Z varierar mellan 0 och 1200 Ohm med ett medelvärde på runt 300 Ohm. SWR når endast i en punkt, runt 18 MHz ner till 2:1. Med endast en enkel choke så kan jag bara med inbyggda "tunern" köra 20 och 17 meters bandet.

Den andra bilden visar hur antennen ser ut genom en sådan balun som jag beskrev i förra inlägget. SWR överstiger i princip inte 5:1 och Z har ett medelvärde på runt 80 Ohm. Med denna koppling kan jag stämma av på alla band mellan 80 och 10m. Har aldrig märkt av någom nämnvärd temperaturhöjning på balunen. Kör som mest 100W från min station. Jag är nöjd och anser detta vara en god lösning.

 

[SM7EQL]

Det låter rimligt. Man kan konstatera att med din balun så kan du stämma av på alla band vilket du inte kan utan balun. Det är således en förbättring.

Om balunen inte blir varm när du sänder tyder det på att förlusterna är låga. Men det kan också bero på att du sänder för korta pass eller har kallt i rummet.

Jag har vid några tillfällen testat div baluner och transformatorer genom att lägga på t ex 100 W kontinuerlig effekt under ett antal timmar. Någon gång har jag värmeisolerat kring balunen med en trasa eller bara lagt några tidningar över. Mest för att dämpa avkylningen en aning. Om balunen känns svagt ljummen så är det ingen fara men om den blir het så är kanske förlusterna höga.

Mer vetenskapliga tester kan göras i värmeisolerade kärl men det har vi väl redan diskuterat.

Men mätningarna ser bra ut och balunen fungerar säkert bra också.

/Bengt

 

[SM0GLD]

Dessa trådar har en vinkel på ungefär 60 grader mellan sig. Har efter otal olika tester kommit fram till att det bästa sättet att sända på trådarna är att mata dem parallellt mot jord. En sorts dubbel ändmatad antenn helt enkelt.

Hur ansluter du din jord?
Svårt med jord om man bor högt uppe i ett hus.

/Micke

 

[SM0KBW]

Har förmånen att bo i ett hus med riktiga metallrör i värmesystemet, 1953 står det på huset att det är byggt. En klämma på ventilen som är omålad ger en jordanslutning med låg impedans. Har experimenterat med avstämda motvikter, balkongräcke med mera men som sagt värmesystemet ger bäst RF-jord.

 

[SM0KBW]

@EQL:

Visst det blir det isolerade värmekärlet som nästa steg