Fördelar med stegmatade dipoler?

Discussion in 'Antenner och master' started by SA7AZQ, Apr 26, 2011.

  1. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Inte för att tjafsa, men långt ifrån alla som diskuterar och är intresserade av teknik på detta forum kan titulera sig RF-ingenjör! ;)

    Sedan pratar vi kanske förbi varandra då det egentligen handlar om två frågor. Hur effektiv en transformator är i sin miljö, med avseende på 1) Energiöverföring, 2) Dämpning av common-mode strömmar.

    73/Lasse
     
  2. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Vi är väl alla övertygade om att en direkt "matchning" vi matningspunkten är det bästa ur energiöverföringssynpunkt.

    Det är när vi försöker fuska och först överföra från balanserat till obalanserat och sedan anpassa som problemet uppstår.

    Den enkla strömbalunen, som t.ex APQs. gör just detta. Nytto överföringen i bandkabeln sker mellan ledarna och påverkas inte av spolen, då de alltid har motriktad ström/spänning. "Common mode" strömmar kommer däremot bara se spolen och dämpas beroende på frekvens och induktans. Det hela blir ännu mer uppenbart om man gör en med koax, där "common mode" strömmarna hamnar på skärmens utsida.

    Om man nu tar två sådana strömbaluner och kopplar ihop dem enligt Guanella så kommer om jag förstått det rätt "common mode" strömmen delas upp på de båda spolarna och vid ingången (låg Z) dessutom ge motriktade strömmar som tar ut varandra och ge ännu bättre dämpning.


    Återstår då reaktiv last, det blir rätt svårt att analysera, men jag kan inte se varför 4:1 versionen skulle vara så mycket sämre än den enkla 1:1 strömbalunen, utan att 4:1 balunen "ärver" de egenskaper som redan finns hos 1:1 balunen.
     
    Last edited: Jan 17, 2013
  3. SA3BYC

    SA3BYC Well-Known Member

    Tack för förtydligandet :) är nog klokt att inte utgå från att alla är RF ingeniörer här. Är visserligen både ingenjör o högskoleklassad, men inom processteknik, så jag hängde inte alls med i de underbara fikonspråksförkortningarnas (puh ...) förlovade land.

    Är i alla fall oerhört lärorikt och kunskapsbreddande att läsa med i tråden här :)

    /Johan
     
  4. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Är inte heller RF-ingeniör. Praktisk teleteknik från gymnasiet, efter lite komvuxande (natur ämnena) så har jag studerat andra processer på högskolan, de i datorerna ;) Lite matte med mera har slunkit in den vägen också.

    Tycker att "lägvågelseröra" är intressant och att förstå anpassning till antenner är viktigt.

    Om det ska bli någon diskussion så krävs det att någon tar rollen av, om inte djävulens, så åtminstone 4:1 balunens advokat :)
     
    Last edited: Jan 17, 2013
  5. JanneG

    JanneG Well-Known Member

    När det gäller transformatorer för HF skiljer man mellan flödeskopplade transformatorer och "transmission line transformers" - de senare kallas ofta TLT.

    I flödeskopplade transformatorer sker kopplingen mellan lindningarna via det magnetiska flödet i en kärna av magnetiskt material (precis som i en 50 Hz krafttransformator). Bandbredden uppåt begränsas huvudsakligen av kärnmaterialets egenskaper och av läckinduktansen.

    I en TLT sker kopplingen mellan in- och utgång genom att primär- och sekundärlindning utgör en bit av en transmissionsledning och vid höga frekvenser blir kopplingen oberoende av kärnmaterialet. En TLT har därför högre eller mycket högre gränsfrekvens än en flödeskopplad transformator.

    De TLT-er vi använder för att täcka kortvågsområdet arbetar oftast som flödeskopplade transformatorer på de lägsta banden och som (huvudsakligen) transmissionsledningskopplade på de högsta banden, dvs båda kopplingsmoderna kombineras för att få stora bandbredder. En del av designarbetet är att få en "flat" övergång mellan moderna. Matematiken bakom arbetssättet hos TLT komponenter är litet mer avancerad än för "vanliga "transformatorer. Här är tre länkar som ger mer info än dessa korta rader:.
    http://home.earthlink.net/~christrask/TraskTLTTutorial.pdf
    http://electronica.ugr.es/~amroldan/microwaves/modulos/apuntes/material/RF_Trans_Design.pdf

    http://een.iust.ac.ir/profs/Tayarani/files/transmission line transformer.pdf

    73&DX önskar Janne/SM0AQW
     
    Last edited: Jan 17, 2013
    2 people like this.
  6. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Tyvärr så fungerade bara den mittersta länken, men det var en bra PDF fil och inte riktigt lika mastig som de av Sevick.

    De matematiska modellerna blir rätt mastiga, ja :) Kanske ett mer praktiskt - experimentellt närmande av problemet är lämpligare?

    Jag har en miniVNA pro liggandes och en 4:1 guanella men är lite osäker på hur man på bästa sätt emulerar en last som ger en resistiv/reaktiv belastning på ett bra sätt.
     
  7. JanneG

    JanneG Well-Known Member

    Bengt KBW,

    OK, jag har rättat den första, den var helt fel, sorry, jag ser lite dåligt:)
    Men den treje länken fungerar OK hos mig!?

    För att kunna konstruera en bra bredbandig TLT tror jag man måste vara litet bekant med kretsmodellen bakom (inbegripet kretsmodellen för en transmissionsledning!), annars blir det onödigt svårt ... Men det är viktigt att laborera också - det kan vara knepigt att få en flat frekvenskarakteristik över stor bandbredd.

    73 //Janne
     
    Last edited: Jan 17, 2013
  8. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Nu är bara den understa som inte fungerar för mig, min PDF läsare (Foxit) vägrar att tolka den som en PDF-fil. Kan vara någon egenhet hos den läsaren ;)

    Har byggt några 4:1 baluner och efter bästa förmåga följt designen som Trask anger i det dokument som du länkar till överst.

    har kvar en balun som ligger och skräpar, den skulle kunna offras för mätning dels som 4:1 sedan de enskilda 1:1 spolarna var för sig för att se vilken skillnad det är mellan 1:1 och 1:4 vid olika last.
     
    Last edited: Jan 17, 2013
  9. JanneG

    JanneG Well-Known Member

    Bengt .KBW,
    bara en kommentar betr. Chris Trask´s artikel som jag hänvisat till ovan - han förtecknar ett antal "misconceptions" på första sidan i artikeln - den listan bör man ta med en nypa salt och i stället läsa vad hedersmannen Owen Duffy VK1OD skriver om Guanella strömbaluner på

    A review of the Guanella 4:1 balun on a shared magnetic circuit

    Jag tycker att Own´s resonemang visar att Trask har fel beträffande några av "missuppfattningarna" - Trask har också fått på huden av Tom Rauch/W8JI i frågan och Tom är en mycket kompetent person. Men - "aside from that" - i övrigt ger Trask en bra sammanställning av TLT-er och deras användning.
    VK1OD har skrivit mer om baluner som är mycket läsvärt och inte så långrandigt.

    73 Janne/SM0AQW
     
  10. SM6APQ

    SM6APQ Well-Known Member

    KBW de APQ

    Vad är "lägvågelseröra" ?

    73
    SM6APQ
     
  11. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Blev lärd på en arbetsplats att det inte heter vågrörelselära utan på grund av hur oförutsägbart radiovågor kan bete sig så heter det just lägvågelseröra ;)

    Men det kanske bara gäller mikrovågorna som vi pysslade med där?
     
    Last edited: Jan 18, 2013
  12. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    @AQW:

    Ska läsa (om) hedersmannen VK1OD´s sida!
     
  13. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Har nu läst sidan och det är en utmärkt redogörelse för varför man inte ska linda de två balunerna på gemensam kärna, använder 2 toroider för att få så liten flödeskoppling som möjligt.

    Tar mig friheten att "låna" en bild från sidan för att mer förklara hur jag ser på 4:1 balunen.



    Har satt bokstaven 'b' vid sammankopplingen på den höga-Z sidan. Denna punkt är vad jag förstått en virtuell jordpunkt. Låt oss anta att vi faktiskt fysiskt jordar även den punkten. Man ser då att det helt enkelt är två 1:1 baluner som jobbar i motfas mot lasten.

    Låter man Z bli en komplex last så är det fortfarande samma situation, det är det som gör att jag inte kan få in i mitt arma huvud hur en 4:1 balun skulle vara så mycket sämre än den enkla 1:1 strömbalunen att hantera komplexa laster!


    Ett annat tankeexperiment är att vi tar bort lasten, kopplar ihop de två utgångarna och och matar in en signal mellan dem och punkt 'b'. Det är väl så "common mode" strömmar kommer fram till balunen?

    Vardera 1:1 gren kommer som vanligt induktivt dämpa signalen, med den skillnaden att den rest som når låga-Z ingången kommer vara motriktad från vardera gren och ta ut varandra och ge en ännu bättre dämpning.


    Slutsats:
    En 4:1 strömbalun har precis samma styrkor/svagheter som en enkel 1:1 balun har.
    Med en skillnad att den har bättre "common mode" dämpning.
     

    Attached Files:

    Last edited: Jan 18, 2013
  14. SM6APQ

    SM6APQ Well-Known Member

    Balun igen

    Jag har aldrig använt EN ringkärna för en 1:4 balun.

    Bilden visar en 50:450 (1:9) balun. Observera att "utgångslindningarna" är försedd med dubbelt så många varv för uppnå cirka 450 ohms utgång.

    Kärnor är Philips 4C65.

    73
    Bengt
    SM6APQ
     

    Attached Files:

  15. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Är det en distans som gör att det ser ut att vara 3 trådar i spolarna?
    Ok, såg nu att det inte var den traditionella 4:1 balunen utan en annan konstruktion.

    Returnerar en bild på en av de senaste 4:1 strömbalunerna. 43 material i kärnan 0,8 mm försilvrad tråd från Panduro och PTFE slang från Elfa.
     

    Attached Files:

    Last edited: Jan 18, 2013
  16. SM6APQ

    SM6APQ Well-Known Member

    KBW de APQ.

    Rätt, det är tre trådar i lindningarna.

    73
    Bengt
    SM6APQ
     
  17. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    SM3BDZ & SA3BYC:

    Ledsen såg inte era frågor tidigare.

    Ska försöka förklara.

    Balun:
    En balun ska anpassa ett obalanserat system till ett balanserat. Man kan då välja att det är spänningen eller strömmen man arbetar med.

    Spänningsbalunen:
    Oftast en vanlig transformator med 2 eller 3 parallella ledningar lindade på samma kärna och ofta kopplad som en autotransformator. Den fungerar som en vanlig transformator och beräknas med samma matematik. Det är ofta svårt att få en spänningsbalun att täcka ett större frekvensområde.

    Strömbalun:
    Det är i sin enklaste form är det som kallas för en choke, du lindar upp din matarkabel ett antal varv. Man kopplar, om man så vill transformatorn fel, man kör in strömmen parallellt genom primär och sekundärlindningen på ena sidan och tar ut den på andra sidan.



    Common mode:
    Om en matarledning strålar så har man det som kallas "common mode current", det är inte helt balans mellan de två ledarna i din matarledning. Om du har en koax som matarledning så får du istället en rest ström på utsidan av skärmen.

    En spänningsbalun stoppar inte dessa "common mode" strömmar utan de fortsätter in och spökar till din station, RF i schacket som det heter. En choke eller en strömbalun däremot dämpar dessa strömmar, då den måste passera induktansen i spolarna.



    TLT, Transmission Line Transformer:
    Det är ett begrep där man istället för att använda traditionella spolar använder sig av bitar av matarledningar, koax eller balanserad kabel. Om du har just en RF-choke på koaxen så är det i princip en TLT.

    SM6APQ hade en bild på en TLT - strömbalun bestående av bandkabel upplindad på ett rör.

    Insåg för sent att det inte var ett bra begrepp för att slippa blanda ihop spänning/ström baluner. Ett misstag som jag försöker sona med det här inlägget ;)


    Nu till vad som egentligen, i alla fall från min sida, diskuteras.

    En man vid namn Guanella kom på ett genialiskt sätt att ta två choke/strömbaluner som vardera har 1:1 i omsättningstal och skapa en 4:1 balun.

    [​IMG]

    Det jag påstår är att den bör vara minst likvärdig med en enkel 1:1 strömbalun/choke.

    Även den enkla choke/strömbalunen brukar ibland kallas Guanella balun.
    Spänningsbaluner kan ibland kallas Ruthroff balun.


    Fel finnes och kommer säkert upptäckas och slås ned på ;)
     
    Last edited: Jan 18, 2013
    2 people like this.
  18. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    >SM0KBW:

    Bengt, tack för ditt uttömmande svar angående baluner, obalans, common-mode och Guanellas princip, som svar på min enkla fråga vad TLT stod för. En bra sammanfattning som säkert många har glädje av.

    Du har helt rätt i att jag och någon fler tänkte oss en spänningsbalun i 1:4 fallet.

    Gunellas princip är elegant och, som du skriver, ger dessutom en högre common-mode impedans, jämfört med en enkel strömbalun. Detta i det fall den termineras med de impedanser den är avsedd att arbeta med.

    Min ursprungliga frågeställning var huruvida den strömbalun, gjord av gleslindad bandkabel på en rörstomme, som SM6APQ visade exempel på, verkligen fungerade som sådan i alla lägen när den ansluts närmast sändaren och med en godtycklig längd bandkabel eller öppen stege till antennen?

    Jag vill mena att den endast kan fungera som choke för common-mode strömmar när den hamnar i en lågimpediv punkt på matarledningen. Detta då common-mode dämpningen rimligtvis blir proportionell mot chokens common-mode impedans i förhållande till anslutningspunktens impedans.
    Om så är fallet, gäller samma förhållande en Guanella balun.

    Rätt eller fel?


    73/Lasse
     
  19. SM0KBW

    SM0KBW Well-Known Member

    Kände att det var dags att förklara lite basfakta, inte minst för att min egen skull. Andra får gärna komplettera med mer info, det verkar finnas mycket myter och vidskepelse kring baluner ;)


    Knivig fråga som du ställer Lasse!

    Förkortar "common mode" till CM, det blir så tjatigt annars.

    Men är det inte strömmar man vill bli av med? Om man ligger på en hög Z punkt så kan det väl inte drivas så mycket CM ström?

    Funderar om det måste vara så att matarimpedansen och CM följer varandra så att hög matningsimpedans automatiskt ger högt Z även för CM?


    Av någon anledning kommer jag tänka på W5DXPs "no tuner antenna" ska någon gång testa den lösningen. Med en sådan koppling slipper du ditt dilemma;)



    Vad gäller 4:1 strömbalunen så upprepar jag nu med bild tankeexperimentet.

    CM innebär att båda ledarna svänger i fas, koppla ihop de två utgångarna i "Hi Z" punkten och anslut en tänkt CM generator till den punkten. Då de två grenarna i balunen arbetar i motfas bör ju även den rest som når andra sidan ta ut varandra och ge en förbättrad CM dämpning jämfört med den enkla 1:1 choken?
     

    Attached Files:

  20. SM3BDZ

    SM3BDZ Well-Known Member

    Ja, så ser jag det också, som jag tidigare skrev.

    När det gäller våra övriga funderingar är det kanske dags att kalla in expertisen i form av AOM och AQW! :)

    73/Lasse
     

Share This Page