Hur mäta korrekt på en unun/balun med nanovna?

SA7ELF said:
från ca 48 till 63 Ohm vilket jag utan bekymmer kan korrigera i matningen av min antenn. Vad är det jag missar?
Click to expand...
Och hur stor del av transformatorns primärinduktans är del av ditt resultat? Hur ser det ut om du kollar Smithdiagramet?
Är du nöjd med resultatet så är det bara att fortsätta med projektet. Ingen ska hindra dig.
....men.
Om man har en transformator som inte är rimligt rätt dimensionerad så kan man ofta kompensera bort felet.
Det man gör då är ju att maskera ett fel genom att införa ytterligare ett fel.
 
SA7ELF said:
En liten sidofråga som inte riktigt har med rubriken att göra: Påverkar stackning av flera toroid-kärnor antalet varv som behövs? Till en början trodde jag det så jag beställde 5st T68-kärnor men sedan läste jag någonstans att det enda som påverkar är antalet varv, men om induktansen ökar vilket jag är rätt säker på att den gör så borde det ju även innebär att man kan påverka antalet erforderliga varv med antingen större kärna, eller om man som i mitt fall har ont om utrymme stacka ett flertal kärnor. Eller är jag helt ute å cyklar nu?
Click to expand...
Att stacka kärnor medför ännu större problem med transformatorns egenkapacitans. Om du har sysslat något med elektronik/radioteknik har du säkert sett att induktanser ofta är sektionslindade. Alltså bör du istället dela upp lindningarna så här; 20% av primär- ock sekundärlindningen på kärna 1, 20% på kärna 2, 20% på kärna 3 etc. Alla 5 lindningsdelarna seriekopplas sedan både för primär och sekundär.
 
Last edited:
SA7ELF said:
Jag vet att alla säger att material 2 inte fungerar för det jag vill göra men ALLA mina mätningar tyder på att det fungerar. Jag har en insertion loss på omkring 0,5dB över det spann jag önskar använda transformatorn/balunen på och när jag nu lite snabbt kopplade in ett 50Ohms-motstånd på ena lindningen och sedan kikade på impedansen i S11 där den andra sidan är inkopplad går det från ca 48 till 63 Ohm vilket jag utan bekymmer kan korrigera i matningen av min antenn. Vad är det jag missar?
Click to expand...
Du har fortfarande inte talat om varvtalet i transformatorn. Du skriver att du har tvinnat trådarna, men på fotografierna ser det snarare ut som om du har bifilärlindat dem. Du har inte talat om vad du har för loop-antenn. Är det en magnetisk loop, en delta-loop eller en rombisk-loop ?
 
SA7ELF said:
Plus att jag vill lära mig mer om HF/RF-transformatorer. Jag försökte linda en 49:1 un-un
Click to expand...
Om du vill bygga en 49:1 un-un. Använd då 4 kärnor. På varje kärna lindar du sju (eventuellt 14) primärvarv och 4 (eventuellt 8) sekundärvarv. Primärlindningarna seriekopplar du och sekundärlindningarna parallellkopplar du. Kärnmaterial och kärnstorlek beror naturligtvis på frekvens och effekt.
 
Många bra svar nu och vi ska se om jag förstått något av det. Vi börjar med sektionslindade induktanser. Är det sådana här du tänker på? By Windell Oskay from Sunnyvale, CA, USA - Two inductors, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=67383363

Varvtalet på min nuvarande T68 visste jag faktiskt inte ens själv. Min plan var att linda på så mycket tråd som fick plats, mäta, och sedan linda av ett varv i taget tills jag fick fram ett tillfredställande resultat men det visade sig bli rätt bra med kärnan full-lindad så jag har kört vidare med det för mina mätningar.

Det stämmer ju att jag i slutändan avser använda balunen till min loop-antenn som jag inte kan termen för sättet den matas på riktigt men jag ville försöka hålla den här tråden mer generell då det är svårt att hitta lättsmält information om hur man mäter på baluner och impedanstransformatorre mha en vna. Som jag tolkar det är det två mätmetoder som bör användas. Det första är att ha en gemensam jord och sedan mäta signalnivån i port S21 för att se hur mycket signal men för över. Det andra är att koppla in den med "primärlindningen" i port S11 och sedan terminera med ett motstånd/konstlast med den resistansen man önskar att sekundären ska se - i mitt fall 50 Ohm och sedan titta på det som reflekteras i S11. När jag provade detta verkar min lilla balun ha en induktiv reaktans över hela HF-bandet (eller den del jag sveper i alla fall som är 2-20MHz)
 

Attachments

  • smith_chart.png
    smith_chart.png
    158,4 KB · Views: 9
  • vna_xfrmr_rl.png
    vna_xfrmr_rl.png
    11,7 KB · Views: 9
1to1 trafo.jpg
Det vi ser i Smithdiagramet har jag delat upp i transformatorns olika egenskaper.
Primärinduktans: Då trafon endast har ca 5µH primärinduktans så kan man inte förvänta sig att frekvenssvepet börjar i 50ohm +-J0
Läckinduktans: I slutet på svepet drar det mot högre impedans vilket tyder på att transformatorn har en del läckinduktans.
OBS! alla trådlängder i serie med transformatorn och även eventuella längder i serie med konstlasten adderar till detta beteende.
Läckinduktansen ser ut som en serieinduktor.
 
Så om jag hade haft ett ferrit-material och inte kört lika många varv tråd så hade kurvan sannolikt inte sett ut som ett "V" utan sluttat mer uppåt och åt höger pga läckinduktansen? Lite som ett "/" ?

Jag glömde ju att skriva att trådarna är tvinnade men pga den lilla storleken på toroiden och att jag inte tvinnat särskilt tajt ser ledarna ut att nästan hela tiden ligga parallellt med varandra. Detta är heller inte helt optimalt men att få till ~50 Ohm impedans med lackade koppartrådar är nästan omöjligt för en nybörjare som jag själv. I boken SM6GXV hänvisade till uppfattade jag det som att författaren hade använt tejp endast på den ena ledaren för att få till en impedans nära 50 Ohm men det hänger ju på både trådens tjocklek och tjockleken på lackisoleringen så det känns som lite överkurs än så länge. En sak som nästan förvånar mig lite är att det inte går att köpa två-polig bandkabel med 50 Ohms impedans. Känns som att det borde finnas en hyffsad marknad.
 
SA7ELF said:
sannolikt inte sett ut som ett "V" utan sluttat mer uppåt och åt höger pga läckinduktansen? Lite som ett "/" ?
Click to expand...
Ett litet "V" blir det nog alltid men den vänstra delen blir mycket mindre om du ökar induktansen.

 
Jag har läst lite, förstått en bråkdel och försökt fylla ut hålen med den lilla kunskap jag har. Som jag tolkar det så bygger principen av att linda koax kring en kärna på att signalen för varje varv kabeln går igenom toroid-kärnan blir mer och mer "balanserad" eller kanske snarare differentiell.

omnetics_fig1.jpg

Jag antar att signalen ut från min radio eller vna i koaxialkabeln ser ut ungefär som (1a) och att den i en korrekt konstruerad balun mer liknar (1b).

På sidan 54 i boken SM6GXV hänvisar till finns följande bild på en 1:1 balun för 50 Ohm. Jag misstänker att principen är densamma som många beskrivningar man ser där man lindar koaxialkabeln ett antal varv runt en kärna av material 43 för att skapa en balun eller common mode choke och här misstänker jag att just common mode choke bättre beskriver funktionen än benämningen balun även om en common mode choke faktiskt gör en obalanserad signal till balanserad.

Denna typ av balun ger ingen galvanisk separation av in och ut - troligen inget bekymmer men det bör vara så tycker jag.

Att istället linda två separata lindningar utan elektrisk kontakt tycker jag BÖR ge en konvertering från obalanserat till balanserat men inte genom att signalen "forceras" till att bli differentiell utan mer pga att den överförs magnetiskt (induktivt??) mellan primär och sekundär-lindning.

En annan sak just när det gäller att MÄTA på baluner med en vna är ju att S11 och S21 har gemensam jord. Borde inte det innebär att man i princip inte KAN göra korrekta S21-mätningar? Att mäta DÄMPNING av signalen från S11 till S21 med bägge trådarna parallellkopplade köper jag (alltså att mittstiftet i S11 på vna'n kopplas till både 1 och 3 på bilden nedan och att mittstiftet i S21 på vna'n anslutes till 2 och 4 på bilden) för att då se hur mycket av signalen som inte "balanseras" - har sett att man brukar rekommendera minst -20dB
lb50.png
 
"Baluner" bygger på att en common-mode impedans skapas, så att strömmarna i den ena anslutningen tvingas bli lika stor och motriktad till strömmen i den andra anslutningen. En "ideal balun" har en oändlig common-mode impedans, så att den ström som flyter ut ur den ena anslutningen alltid motsvaras av en lika stor men motriktad in i den andra i varje ögonblick. Detta är en konsekvens av Kirchhoffs strömlag.

Om den ena anslutningen har en ström som alltid är lika stor och motriktad som den som finns i den andra så finns det inga andra vägar för strömmarna att flyta, alltså CM-impedansen blir oändlig.

En rent magnetiskt kopplad transformator har en mycket hög CM-impedans, som endast är begränsad av strökapacitanserna mellan lindningarna och till omgivningarna. Den är högst på låga frekvenser.
Man måste även ha klart för sig att magnetiseringsinduktansen i lindningarna får en stor betydelse, eftersom den finns i parallell med den övertransformerade källimpedansen. Är den för liten kommer den inducerade EMK:n i lindningarna att kortslutas av lindningsreaktansen, och transformatorn fungerar inte som önskat på låga frekvenser.

När den är stor finns risken att resonansfenomen mellan lindningskapacitanser och läckinduktanser påverkar frekvensgången negativt. Det blir alltså alltid en kompromiss mellan prestanda på höga frekvenser och på låga.

Sedan är en rent magnetiskt kopplad transformator utsatt för problemet att kärnans egenskaper bestämmer frekvensgång och effekttålighet. Kärnmaterialets magnetiska egenskaper, längden hos den magnetiska kretsen, tvärsnittet på kärnan och den maximala flödestätheten kommer att bestämma vilken största effekt som kan överföras. En balun som använder en upplindad transmissionsledning, t.ex. tvinnade trådar, ger en begränsad CM-impedans, men har fördelen av att den magnetiska kretsen i kärnmaterialet inte överför någon nämnvärd effekt.
Så länge längden på trådarna understiger 1/8 våglängd på den högsta arbetsfrekvensen blir dessutom impedansen ganska underordnad.

Att mäta överföringsegenskaperna (S21) mellan de två ändarna på lindningen kan ge en uppfattning om CM-impedansen och hur den varierar med frekvensen. Om den är så induktiv som möjligt (fasvinkel nära +90 grader) och har ett belopp överstigande 5-10 gånger källimpedansen kan inflytandet från den försummas.

Det finns egentligen ingen anledning att sträva efter galvanisk isolation mellan primär och sekundärlindning hos en balun som matar en loop-antenn i en lågohmig punkt.
Den eventuella obalans som finns kan försummas.
 
SM0GLD said:
View attachment 9102
Det vi ser i Smithdiagramet har jag delat upp i transformatorns olika egenskaper.
Primärinduktans: Då trafon endast har ca 5µH primärinduktans så kan man inte förvänta sig att frekvenssvepet börjar i 50ohm +-J0
Läckinduktans: I slutet på svepet drar det mot högre impedans vilket tyder på att transformatorn har en del läckinduktans.
OBS! alla trådlängder i serie med transformatorn och även eventuella längder i serie med konstlasten adderar till detta beteende.
Läckinduktansen ser ut som en serieinduktor.
Click to expand...
Om man skulle få för sig att rita en sådan kurva på ett smithdiagram (på papper), är det möjligt med hjälp av endast en signalgenerator och tex en spektrumanalysator?
 
SA7ELF said:
Att istället linda två separata lindningar utan elektrisk kontakt tycker jag BÖR ge en konvertering från obalanserat till balanserat men inte genom att signalen "forceras" till att bli differentiell utan mer pga att den överförs magnetiskt (induktivt??) mellan primär och sekundär-lindning.
Click to expand...
Med en "ideal" 1:1 transformator kan du göra vad du vill med de två lindningarna.
Om du lindar två separata lindningar på din ringkärna och dessutom håller lindningarna väl separerade från varandra så närmar vi oss den "ideala" transformatorn men bara i ett avseende och det är att lindningarna inte påverkar varandra så mycket.
Det vi nu får är i stället en transformator som har mycket läckinduktans d.v.s. dålig koppling mellan in och ut.
För att råda bot på den dåliga kopplingen tvinnar vi lindningarna lagom hårt.
Nu minskas läckinduktansen men kapacitansen mellan lindningarna ökar avsevärt.
Denna kapacitans kopplar signal mellan in och ut d.v.s. kopplar common mode mellan in och ut.
Vid högre frekvens kopplas CM hårdare eftersom XC minskar med ökad frekvens.
För att linda en 1:1 fluxkopplad transformator på bästa sätt brukar man förse utgången med ett mittuttag som jordas så att utsignalen tvingas till balans. Denna metod kan givetvis bara användas om primär och sekundär använder samma jord.
I ditt fall skulle jag eventuellt prova att införa en choke på S11 utgången och koppla denna choke till din transformator och vidare tillS21 ingången.
På detta vis kan du nästan helt "isolera" dom båda jordarna från varandra. Du har då brutit upp jord-loopen.
Jag brukar linda mina 1:1 på ett "gristryne" (tvåhålsferrite) och då lindar jag primär från ett håll och sekundär från det andra.
Man kan även använda koaxkabel till en 1:1 fluxkopplad transformator.
På ena sidan anväder man innerledaren och på den andra sidan använder man skärmen.

1to1 50ohm coax.jpg1to1 50ohm wire.jpg
 
SM0AOM said:
Sedan är en rent magnetiskt kopplad transformator utsatt för problemet att kärnans egenskaper bestämmer frekvensgång och effekttålighet. Kärnmaterialets magnetiska egenskaper, längden hos den magnetiska kretsen, tvärsnittet på kärnan och den maximala flödestätheten kommer att bestämma vilken största effekt som kan överföras.
Click to expand...
Det här är en av anledningarna till att jag gör försök med järnpulver istället för ferrit-material. Även om min effekt är mycket låg (under 5W) så tänker jag att det kan vara en fördel att använda järnpulver iställt för ferit just med tanke på värmeutveckling i toroid-kärnan.

För att råda bot på den dåliga kopplingen tvinnar vi lindningarna lagom hårt.
Nu minskas läckinduktansen men kapacitansen mellan lindningarna ökar avsevärt.
Denna kapacitans kopplar signal mellan in och ut d.v.s. kopplar common mode mellan in och ut.
Click to expand...
Så i mitt fall så kan tvinning av trådarna vara en fördel inte bara mekaniskt vilket är huvudsyftet till att jag tvinnat utan även signalmässigt?
 
SA7BUJ said:
Om man skulle få för sig att rita en sådan kurva på ett smithdiagram (på papper), är det möjligt med hjälp av endast en signalgenerator och tex en spektrumanalysator?
Click to expand...
Man kan inte få reda på fasläget hos en impedans genom att mäta med en enveloppdetektor och en signalkälla, utan endast beloppet. För att ha en uppfattning om fasen måste man på ena eller andra sättet mäta både ström och spänning och sedan bilda kvoten mellan dem.

SA7ELF said:
Så i mitt fall så kan tvinning av trådarna vara en fördel inte bara mekaniskt vilket är huvudsyftet till att jag tvinnat utan även signalmässigt?
Click to expand...
Den magnetiska kopplingen mellan lindningarna förbättras, men till priset av större strökapacitanser vilka leder till en försämrad CM-impedans och till resonansfenomen. "There is no such thing as a free lunch".
 
Last edited:
SA7BUJ said:
är det möjligt med hjälp av endast en signalgenerator och tex en spektrumanalysator?
Click to expand...
Nej du behöver något som ger dig fasläget också.
Till detta behövs en variabel transmissiondledning eller slotted transmission line.
Detta är väldigt dyr mekanik.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top