Hur mäta korrekt på en unun/balun med nanovna?

[SM0UAN]

Det verkar ha med fluxkopplade transformatorer att göra...
Den här websidan har en del matnyttig info:

RF transformer design with ferrite cores – initial steps – owenduffy.net

Men jag tror att det är ferritmaterial som gäller här. "Många varv" i lindningarna är oönskat.

 

[SM0GLD]

Om HF-energin transporteras på utsidan av ledarna och kärnan inte har någon med funktionen att göra förstår jag inte hur olika material kan göra skillnad?

Detta gäller den strömbalun som AOM visade.
Din fluxkopplade transformator är i allra högsta grad beroende av kärnans egenskaper.

 

[SM0GLD]

gör man det på kostnad av kopplingsgraden

Ja i viss mån men det finns olika sätt att linda en transformator för att öka kopplingsgraden dvs minska läckinduktansen.
Du kan linda två transformatorer för jämförelse.
En med 2xN varv och en med 4xN varv.
Den med 4xN varv kopplar du ihop varannan tråd så att du får två parallella trådar på primär och två på sekundär.

 

[SM0AOM]

När det är fråga om flödeskopplade transformatorer kommer saken i ett helt annat läge.
Då kommer den "magnetiska kretsen", där kärnans egenskaper är avgörande, in
på ett mycket påtagligt sätt.

Man kan börja med att titta på behovet; vad är det som gör galvanisk avskiljning och en dubbel gammamatch eller "T-match" nödvändig?
Det går att få precis lika bra resultat med en enkel gammamatch eller en kopplingsslinga till en magnetloop.

Järnpulverkärnor är betydligt svårare att få till en bra transformator med eftersom
deras lägre permeabilitet dels skapar större läckinduktanser och dels kräver fler lindningsvarv för
att få en tillräcklig magnetiseringsinduktans. Det här leder ofta till rakt motstridiga krav,
vilket VK1OD, som vet vad han talar om, konstaterar.

Om man framhärdar med en balanserad matning så kan man göra en uppskattning av hur stor CM eller
magnetiseringsreaktans man behöver, och när lasten är "välartad" och håller sig inom 2:1 SWR-cirkeln
klarar man sig med några hundra ohm. Att få till detta med en liten järnpulverkärna kräver många varv
och då blir prestanda på högre frekvenser lidande.

Ferriter har fördelen att kräva mycket färre lindningsvarv, men då behöver man i gengäld vara observant på att alltid hålla sig inuti det linjära området för magnetiseringen.

 

[SA7ELF]

Man kan börja med att titta på behovet; vad är det som gör galvanisk avskiljning och en dubbel gammamatch eller "T-match" nödvändig?
Det går att få precis lika bra resultat med en enkel gammamatch eller en kopplingsslinga till en magnetloop.

Galvanisk avskiljning är i mitt fall önskvärt för att slippa att det kittlar i fingrarna när jag justerar kopplingsbyglarna på antennen - och självklart görs detta när jag INTE sänder. Allt annat hade varit både ohälsosamt och rent dumdristigt.

T-matchen har fördelen att den är steglöst justerbar, vilket iofs går att få till med en kopplingsloop men då måste denna vridas inuti huvudloopen. Jag gillar idén med gamma-match men den ger mig andra utmaningar som jag försöker lösa genom att läsa på, fråga och experimentera mig fram.

 

[SM0GLD]

för att slippa att det kittlar i fingrarna när jag justerar kopplingsbyglarna på antennen

Om det kittlar i fingrarna beror det ju på att din radio inte är skyddsjordad.

 

[SA7ELF]

Om det kittlar i fingrarna beror det ju på att din radio inte är skyddsjordad.

Jo så är det ju men det är en Yaesu FT-818 som matas via en äldre seriereglerad nätdel som jag tror är helt flytande. Hur som helst ser jag ingen nackdel med att ha antennen skild från radions jord men jag kan ha fel.

 

[SA7BUJ]

Jo så är det ju men det är en Yaesu FT-818 som matas via en äldre seriereglerad nätdel som jag tror är helt flytande. Hur som helst ser jag ingen nackdel med att ha antennen skild från radions jord men jag kan ha fel.

Nackdelen är ju att du få ha en "transformator" i mellan som begränsar ditt frekvensområde och har förluster.

 

[SM0UAN]

Här dyker det ju upp en sorts följdfråga, rörande "jord" och därmed tillhörande problemkomplex. Väldigt förenklat kan man kanske säga, att det är antingen en balanserad antenn (som inte för sin effektivitet är beroende av ett jordplan), eller så är det en antenn som vill ha ett jordplan som "bollplank".

Är inte skyddsjord en helt annan grej? Om man drar en matarledning 30 m från shacket, där man har sin skyddsjordade rig, inte kan man väl lita till skyddsjord för att skapa antennjord? En dipol behöver väl inte ett jordplan för att vara effektiv, medan en monopol behöver jordplan eller motvikter. I det senare fallet skulle man kanske kunna tänka, att punkten där antennen matas, även ska vara den punkt där jordplanet ansluts, dvs i bortänden av matarledningen. För mig känns en fulltrafo som en rätt OK metod, men det kanske behövs en avstämmare också. Hursom skulle jag då vilja ha signal-jordpunkten vid antennens matningspunkt, inte inne vid TX.

Om man helt enkelt accepterar TS tankegång om galvanisk avskiljning, blir det väl en fråga om hur man skapar en hyfsat bredbandig fulltrafo för HF-bandet. Allt som sagts ovan om olika kärnmaterial gäller ju fortfarande och lindningstekniken kan uppenbarligen lösas på ett antal olika sätt. Jag har dock fått uppfattningen, att det är inte ledarna som ska ha nån viss impedans genom det mekaniska utförandet, utan det är primärlindningen i första hand som ska ha rätt varvtal på en vettig kärna för att man sen ska kunna ta ut energin på en sekundärlindning med önskad impedans för den avsedda lasten. Det verkar vara rätt mycket en fråga om hur lindningarna utförs rent fysiskt, om det ska bli bra.

 

[SM0GLD]

en äldre seriereglerad nätdel som jag tror är helt flytande

OK men det är ju lätt att bygga om till en skyddsjordad nätdel.

Som du säkert redan har insett så försöker vi alla undvika din transformator på alla möjliga sätt.
Jag förstår att du vill ha en galvaniskt skiljd matning till din antenn så du får försöka stå ut med oss och våra olika förslag som inte går riktigt i linje med vad du vill. Det är inte av illvilja som vi försöker på olika sätt lösa dina transformatorförsök.

 

[SM0GLD]

Är inte skyddsjord en helt annan grej?

Jo det har du rätt i.
Men om det kittlar i fingrarna så läcker det ström via en Y-kondensator som borde vara jordad.
Om detta är det enda problemet så är en riktigt utförd jordad nätdel en lösning som öppnar möjligheter för en bättre transformatorlösning.

Själv har jag min radioanläggning skyddsjordad men jag har en drossel i serie med skyddsjord så att RF inte går den vägen.

 

[SM0AOM]

Är inte skyddsjord en helt annan grej? Om man drar en matarledning 30 m från shacket, där man har sin skyddsjordade rig, inte kan man väl lita till skyddsjord för att skapa antennjord?

Helt riktigt, skyddsjord eller "åskjord" är helt orelaterade till högfrekvensjordning.
När längden på en "jordledning" överskrider 1/10 till 1/8 våglängd så börjar den förlora sin verkan,
och när den är 1/4 våglängd blir den verkningslös.

Man ska hålla isär en antenns "referenspunkt" eller elektriska mittpunkt och "jord". Referenspunkten har betydelse när
antennen ska matas, men inte när det gäller skyddsjordning. Om en antenn är "balanserat matad" eller inte är ett val som man gjort
när det matade elementet utformades. En gammamatchad dipol är precis lika "balanserad" som en mittmatad eller "T-matchad"
men har ena branschen av matarledningen kopplad till den jordade stommen.

Egentligen är det inte tillåtet att blanda skyddsjordning och högfrekvensjordning eftersom HF-strömmar kan förirra sig ut i elnätet.

TS får stå ut med att vi som är utövande radio- och EMC-ingenjörer gärna vill ge råd vilka strävar att ge mest "bang for buck" och som inte krånglar till saker i onödan. I mitt eget fall är det ren "yrkesskada".

 

[SA7ELF]

Nackdelen är ju att du få ha en "transformator" i mellan som begränsar ditt frekvensområde och har förluster.

Antennen är ofattbart smalbanding så jag är inte på något sätt ute efter en bredbanding transformator för matningen varför jag har gett mig på järnpulverkärnor istället för ferrit-blandningar. Mina mätningar på material 2 och 14 ser så vitt jag kan förstå väldigt bra ut så för 80 och 40m ser jag ingen anledning till att INTE använda den balun jag konstruerat redan. Förlusterna verkar ligga under 1dB vilket jag tycker känns helt ok.

För övriga band misstänker jag att andra materialmixar av antingen järnpulver eller ferrit är mer lämpade men det är en fråga för framtiden då min antenn inte går att köra på högre band än ca 20-30 meter och på 20m börjar den bli knepig att mata då 50-ohms-punkterna hamnar på tok för tätt ihop så att jag för detta måste skapa en 4:1 balun istället.

Jag uppskattar alla svar och hoppas att ni inte blir upprörda över att jag fortsätter envisas med mina transformatorer och mätningar. Jag tänker att även ifall jag hittar 5 sätt som inte fungerar så kanske jag i framtiden kan dra nytta av mina experiment då det kan tänkas att dom kan vara användbara på andra sätt i andra applikationer.

 

[SA7BUJ]

1dB vid 100w är dryga 20W (om jag räknar rätt?) som blir värme i din transformator.
Nu vet jag inte vilka effekter du tänker använda men det blir varmt.
Tror du hade haft lägre förluster om du använt ferrit istället.

 

[SA7ELF]

1dB vid 100w är dryga 20W (om jag räknar rätt?) som blir värme i din transformator.
Nu vet jag inte vilka effekter du tänker använda men det blir varmt.
Tror du hade haft lägre förluster om du använt ferrit istället.

Jag har 5W ut och förlusten är ca 0,7dB så det verkar bli ca 0,75W. Som jag förstått det så klarar järnpulver mer värme än ferritmaterial. Jag vet att "alla" kör med material 43 men jag hittar inga bra mätningar som visar på äkta siffror. Alla verkar använda det för att alla andra gör det. Jag ska försöka göra motsvarande transformatorer på ferrit-material vad det lider men vill experimentera lite mer med järnpulver innan jag ger mig

 

[SM0IKR]

Om du bara vill avskilja så skulle min rekomendation bli.
KONDENSATOR en en eller flera. Både på skärm o mittledare. Med de effekter du nämner så blir det enkelt.

 

[SA7ELF]

Jag har börjat acceptera att jag nog bör använda både andra material och andra sätt att linda på och koppla för att få till den effekt jag önskar så jag beställde en näve små ferriter av material 43 och 61 och idag lindade jag två par material 43 med 12 varv bifilärt per toroid och kopplade dom mot varandra för att kunna mäta. Jag blev minst sagt överraskad när jag såg resultatet. Förlusten är i princip noll och den täcker i princip hela HF-bandet. Jag ska fortsätta experimenten för att se hur mycket antalet varv och även materialvalet påverkar. Toroiderna är av storlek 50 så dom är en styv centimeter i ytterdiameter. Min förhoppning att det ska tåla mina 5W utan att överhetta och det borde inte vara några bekymmer, speciellt inte med så minimala förluster som det serut att bli.

 

[SM0UAN]

När du nu ändå håller på och experimenterar, så skulle jag föreslå en annan lindningskonfiguration för ett av dina prov. Det finns en del som talar mot att använda den där crossover-tekniken som syns i bild, och det kan finnas fördelar med två skilda lindningar bredvid varandra och att överblivet utrymme på kärnan helt enkelt lämnas tomt. Kolla hur mycket induktans du får per varv, linda så du har "lagom" induktans för frekvensområdet och gör sen en likadan lindning till (för 1:1-trafo).

Sen vet jag inte om det är nån vinst att jobba med små kärnor, annat än priset. Det kan ju finnas förhållanden med magnetiseringsgraden som gör att små kärnor är bättre för låg effekt, men det vet säkert nån annan bättre än jag.

 

[SM0AOM]

Att få till en strömbalun eller CM-drossel med låga genomgångsförluster är inte något större problem,
eftersom huvuddelen av energitransporten sker i mellanrummet mellan trådarna.

Däremot är det betydligt värre att få en hög och konstant CM-impedans. Det är CM-impedansen
som avgör hur bra balansen i balunen blir.

Det som man helst ska göra för att avgöra CM impedansen är att mäta upp hur mycket som går igenom en
bransch av lindningen i arbetsfrekvensområdet. Helst ser man att spänningsdelningen mellan den ena och andra
sidan överskrider 1:5.

På G3TXQ(SK) hemsida finns en översikt av vilka prestanda olika kärnor ger.

En liten kärna med 4 varv av RG-174 ger ungefär denna CM-impedans



Den får belopp i häraden 1000 till 2000 ohm i princip hela HF-området.



Mest rättvisande värden får man vid en mätning enligt denna uppkoppling:





Man ser att när CM-impedansen är = 0 så blir det spänningsdelning 1:2 vilket utgör den undre gränsen.
Sedan, när CM-impedansen stiger så kommer en allt mindre del av inspänningen att uppträda över utgångskontakten.

En oändlig CM-impedans,eller perfekt balans, skulle medför att dämpningen mellan ingång och utgång blir mycket stor, teoretiskt
sett oändlig. Nu förekommer bara sådana kretselement i skolböcker, men man kan få undertryckningar på uppemot 40 dB i ganska stora
frekvensområden.

Det är även klokt att inte göra en CM-drossel av detta slag för liten, eftersom då kommer strökapacitanser att få ett större inflytande.

 

[SM4HFI]

SM5BSZ har skrivit hur man kollar en CM-drossel på https://www.nitehawk.com/sm5bsz/antennas/cpudes02.htm vid Figure 1.

>
/Jan