S-match enligt PA0FRI

[SM3BDZ]

Väldigt spännande detta, faktiskt. Tack för en bra förklaring Karl-Arne! Det är lärorikt på alla sätt och vis här på ham.se!

Jag har lite annat för mig nu några timmar men under dagen ska jag linda upp en till trafo med T200 och 2 x 16vv och mäta så som du föreslog Bengt. Återkommer!

73/Lasse

 

[SM7CBS]

Gu Måran!
Ännu mera kunnande på bordet då våra mätkunniga kompisar tar hand om saken!
Tänk vilken kompetens det finns i detta gänget! Tusen tack för hjälpen.

Jag vill komplettera några tidigare inlägg som handlade om tvinnade lindningar.
I någon av mina tidigaste prototyper gjorde jag just så, dvs tvinnade lidningarna.
Det funkade dåligt, lindningarna blev varma/heta vid måttlig effekt. Jag utväxlade bilder och text med PA0FRI och han ifrågasatte tvinnade trådar. Jag ändrade till parallella och allt blev helt ok.
Du kan se bild på min lindning om Du går in på PA0FRI:s hemsida, rullar ned till texten ovanför rubriken "Pig Nose balun" som inleds med "The windings should provide.....".
Texten tillhör bilden till höger om texten och den bilden är från en av mina tidiga prototyper. Bilden används i avskräckande syfte! He!
Jag har inte funderat mera på saken, men man kan ju undra varför dessa förluster uppstod?
Så vitt jag minns så gick lindningarna och tvinningen åt samma håll hela tiden.

Tore SM7CBS

 

[SM7EQL]

Ja det här är lärorikt på många sätt, Lasse.

Jag labbade vidare en stund nu på förmiddagen och med T200-2 trafon 16 varv + 8 varv + 8 varv och en vridkondensator i mittpunkten men utan någon spole så fås ju en utmärkt preselektor som täcker hela kortvågen med god anpassning mot 50 ohm och med relativt låga förluster. Perfekt att koppla in mellan en stor antenn och en sämre mottagare som lider av div överstyrnings- intermodulationsproblem. Vi får återkomma till detta senare. Det är ju ett annat projekt...

Nåväl,

En snabbt ihopkommen junkbox-S-match har nu kopplats upp på en bit spånplatta. Jag matar kretsen med 50 ohm och har optimerat L/C-förhållandet och letat upp den frekvens som ger absolut lägsta dämpning och bäst anpassning för 50 ohm. Både ingång- och utgång på S-matchen har försetts med strömdrosslar för att i möjligaste mån få tillräcklig common-mode dämpning i mätuppkopplingen. Jag har provat med att växla anslutningen (skärm-innerledare) på utgången av S-matchen och mätvärdena är nästan de samma vilket tyder på att common-mode dämpningen är tillräcklig.

Bild ovan; Lägst dämpning genom S-matchen inkl T200-2 transformatorn inföll runt 8 MHz där 0,2 dB noterades.

Bild ovan; S11 Return loss.

Även anpassningen blev nu bra med return loss i häradet 40 dB eller SVF 1.02 vilket naturligtvis får tas med en nypa salt. Men bra är det i alla fall..

Bild ovan: S11 smithdiagram

Bättre än så här blir det inte. Det man kan konstatera är att dämpningen ökar något på lägre frekvenser under 3-4 MHz liksom i den högre änden över 20 MHz. Mätvärdena stämmer väl överens med de BDZ redovisade i sin tabell. Några tiondelar hit och dit.

Då återstår väl att kika på hur en transformator med hårt tvinnade ledare på dels T200-2 kärna, dels en kärna med 43-material beter sig.

/Bengt

 

[SM7EQL]

CBS skrev; "Jag vill komplettera några tidigare inlägg som handlade om tvinnade lindningar. I någon av mina tidigaste prototyper gjorde jag just så, dvs tvinnade lidningarna. Det funkade dåligt, lindningarna blev varma/heta vid måttlig effekt. Jag utväxlade bilder och text med PA0FRI och han ifrågasatte tvinnade trådar."
----

Jag har nu också provat T200-2 med tvinnade trådar, dels med PVC-isolerad 0,75 mm2 tråd dels med 1,4 mm emaljerad koppartråd. Båda 16 varv + 8 varv + 8 varv enligt PA0FRI:s lindningsinstruktion. Resultatet kass. Nej det fungerade faktiskt inte alls och frågan är varför. Rev av varven igen och lindade upp den tidigare transformatorn med glasfiberförstärkt PTFE isolering för att återverifiera tidigare mätresultat 0,2 dB vid 50 ohm. Allt OK igen.

Därefter provades vilket frekvens- och impedansområde S-matchen klarade att anpassa. Lägsta frekvensgräns c:a 6-8 MHz beroende på lastresistans som utgjordes av en 1 k potentiometer. Med lite finlir gick det att anpassa hela området mellan 50 ohm till 1 k men uttaget på spolen var överkritiskt för att nå ner till SVF 1,2 eller däromkring. 5 mm hit eller dit gjorde stor skillnad. Av spolens 31 varv utnyttjades bara de första fem och inte i något läge behövdes fler, inte ens på de lägre frekvensbanden. Överraskande tycker jag. Återverkan mellan L och C var mycket stor och inställningen skarp. (Spole diameter 60 mm längd 160 mm tråd 2,5 mm)

Nästa experiment blev att byta ut transformator till FT114-43 kärnan som försågs med 8 varv primär + 4 varv + 4 varv, hårt tvinnad tråd. Resultatet blev faktiskt bättre så tillvida att dämpningen vid 50 ohm mättes till 0,15 dB runt 4-8 MHz. Vid 3,5 MHz 0,2 dB och vid 28 MHz 0,3 dB. Hittills bästa värden över hela bandet. Med en fast paddingkondensator gick det att få igenom 1,7 MHz med 0,5 dB dämpning. Även detta med matchboxen avstämd i 50 ohm.

Sista provet blev att undersöka impedansområdet och här visade det sig att hela området 1,8 MHz till 30 MHz täcktes in och belastningsresistanser från 50 ohm till 1000 ohm gav SVF kring 1,3 vid 1,8 MHz, 1,1 från c:a 3 MHz upp till 30 MHz. Återverkan mellan L och C är betydligt mindre och avstämningen blir enklare då det krävs färre saxningar fram och tillbaka för att finna minimum SVF. Den stora skillnaden här är att alla 31 varven på spolen används på lägsta frekvens och 2-3 av varven på de högsta frekvenserna kring 25-30 MHz. I övrigt jämt fördelat behov av varv precis som man kan förvänta sig.

Exakt vad som händer vet jag inte men jag kan inte se annat än att den senare versionen med FT114-43 tvinnade ledare har totalt sett bättre mätdata och större SVF-bandbredd än den med T200-2 transformatorn.

Ja, vad skall man tro?

/Bengt

 

[SM3BDZ]

Så, det blev flera timmar offline än jag trodde i förmiddags. Nåväl, har nu mätt på 2 st transformatorer en med hårt twistad lindning och den andra med rak.

Något förvånande kunde jag inte mäta upp någon större skillnad, utan de skillnader som visas i tabellen nedan kan tillskrivas toleranser vid avläsning av Bird 43 effektmeter. Terminering som tidigare, 50 Ohm.

Vad säger ni om detta mätresultat mina herrar?

73/Lasse

 

[SM0GLD]

EQL de GLD,

Har du glömt grid-dip-provet?
Vore intressant att veta skillnaden mellan tvinnad-43 och otvinnad-2-kärna

/Micke

 

[SM0BRF]

Jag ser inte riktigt vad som är hoptvinnat, men jag antar att det är gjort som för en "transmissionslinjetransformator" där det är en stark koppling mellan lindningarna på primär- och sekundärsida?

Edit: Var lite för snabb. Båda varianterna verkar vara av "transmissonslinjetyp".

 

[SM7EQL]

BDZ DE EQL

Jag har gjort samma iakttagelser som du nu redovisar men bevisligen fungerade inte den tvistade i S-matchen så som den ligger på labbordet. Begriper inte varför. Dubbelkollade flera gånger att trådarna var kopplade på samma sätt. Det kan ju ha med kapacitansen mellan lindningarna att göra kanske? Har bara en T200-2 kärna så det blir en massa av- och pålindande. Fler kärnor beställda och på väg. Sen blir det lättare att mixtra.

GLD DE EQL

Har inte glömt men fastande i andra intressantare mätningar. Det står på att göra listan. Just nu tycker jag att det finns så många motsägande uppgifter här så det blir till att ta ett djupt andetag och börja om från början. Men några aha-upplevelser tycker jag det gett mig och då kan man vara säker på att det finns mer att lära.

/Bengt

 

[SM3BDZ]

Att mäta är att veta, MEN - det gäller att veta vad man mätt...

Ja, det är inte utan att osäkerhetskänslan kommer krypande när man gör flera mätningar som ger skilda svar och ibland t. o. m. motsägande. Jag får, och som jag förstår även du Bengt, lite av den känslan efter mina försök...

Jag har nu försökt göra en så noggrann mätning på 1:1 transformator med T200-2 kärna, som jag, med de resurser jag har, kan.

I de tidigare försöken förutsatte jag Pin till 100W på alla band, då det var vad jag mätt att min sändare lämnade i 50 Ohm. När jag vid denna mätning nu även skulle ta med de högre banden, märker jag att sändaren reglerar ner uteffekten pga SVF.

För att undvika denna felkälla har jag därför haft sändarens AT inkopplad hela tiden och först mätt uteffekten i 50 Ohm, med AT inkopplad. Det är vad jag angivit som Pin för de olika banden. Fortfarande med AT inkopplad, och avstämd vid varje band, har jag mätt Pout från transformatorerna.

Skillnaderna från tidigare mätningar är väl inte dramatisk men till transformatorernas fördel, skulle man kunna säga. Min slutsats blir att det inte spelar någon större roll om lindningarna, i det här fallet, är twistade eller raka. Transformatorerna är i princip likvärdiga.

De förluster jag räknar fram är små. Kanske misstänksamt små? Vad säger ni om metoden? Är det något jag förbisett?

73/Lasse

P.S. Bara det här med in och out kan ju göra en norrlänning osäker då in = o-ut, i vårt språkbruk... ;-)

 

[SM7EQL]

Om du haft ATU:n inkopplad så har du väl helt enkelt kompenserat för den induktiva fasvinkeln etc som AOM skrev om i sitt förklarande inlägg och därmed fått mindre förluster?

När jag först mätte på min transformator gjorde jag det med nätverksanalysatorn kalibrerad i 50 ohm in/ut.

Dämpvärdena blev som följer;

S21 resultat:
1,8 MHz - 2,4 dB
3,5 MHz -1,3 dB
7 MHz -1,2 dB
14 MHz -2 dB
21 MHz -3,3 dB
28 MHz -4,7 dB

När samma transformator sedan kopplades in i den improviserade S-matchen (vridkondensator och spole löst uppkopplad på en bit spånplatta på bordet) så gick det ju att efter avstämning komma ner till 0,2 dB på bästa frekvens och i övrigt under 0,4 dB som sämst. Nästan lika låga värden fick jag med en kondensator i serie med sekundären. Storkapacitans på 1,8 MHz och liten på 28 MHz.

Men du får väl prova den twistade trafon i S-matchen och se om du också får den skillnaden jag redovisade. Märkligt men det har så klart sin förklaring...

/Bengt

 

[SM6APQ]

Var klickar man för att starta en ny tråd?. Hur jag lyckades starta tråden om S-matchen vet jag inte.
"även en blind höna kan hitta ett korn!"

73
Bengt SM6APQ

 

[SM3BDZ]

Hej Bengt! Starta gärna en ny tråd - de tycks bli intressanta sådana!

Gör så här:
Välj avdelning, t.e.x. "Antenner och master" genom att klicka på den rubriken.
Sedan klickar du på knappen "New thread" - Klart!

73/Lasse

 

[SM3BDZ]

Om du haft ATU:n inkopplad så har du väl helt enkelt kompenserat för den induktiva fasvinkeln etc som AOM skrev om i sitt förklarande inlägg och därmed fått mindre förluster?

När jag först mätte på min transformator gjorde jag det med nätverksanalysatorn kalibrerad i 50 ohm in/ut.

Dämpvärdena blev som följer;

S21 resultat:
1,8 MHz - 2,4 dB
3,5 MHz -1,3 dB
7 MHz -1,2 dB
14 MHz -2 dB
21 MHz -3,3 dB
28 MHz -4,7 dB

När samma transformator sedan kopplades in i den improviserade S-matchen (vridkondensator och spole löst uppkopplad på en bit spånplatta på bordet) så gick det ju att efter avstämning komma ner till 0,2 dB på bästa frekvens och i övrigt under 0,4 dB som sämst. Nästan lika låga värden fick jag med en kondensator i serie med sekundären. Storkapacitans på 1,8 MHz och liten på 28 MHz.

Men du får väl prova den twistade trafon i S-matchen och se om du också får den skillnaden jag redovisade. Märkligt men det har så klart sin förklaring...

/Bengt

Jo, så är det nog Bengt.

Citat SM0AOM:
"När transformatorn ingår i ett avstämt nät kommer emellertid läckinduktanserna att absorberas i resten av kretsen och transformatorn kommer att uppträda som om den vore ideal, resistiva förluster oräknade.

En järnpulvertransformator med T-200-2 har alltså tämligen försumbara inre förluster, vilket går i linje med Lasse/BDZ:s undersökningar."

Jag ska testa den tvinnade varianten av transformator i min S-match, av nyfikenhet om inte annat! Annars har radiomeckandet legat nere då jag håller på med annat meck...nämligen att installera täljstenskamin i huset. Idag har det varit skorstensarbete och i morgon kommer kaminen, så det dröjer nog några dagar innan jag återkommer med resultatet av testet.

73/Lasse

 

[SM7EQL]

>>>>Idag har det varit skorstensarbete och i morgon kommer kaminen, så det dröjer nog några dagar innan jag återkommer med resultatet av testet.
----

Jag har inte heller gjort så mycket idag. Hämtade hem en knippe nya T200-2 från Elektrokit i Malmö i förmiddags och i eftermiddag så blev det avkoppling i trädgårdssoffan. Ikväll har jag dock hunnit med att linda upp tre nya T200-2 och mätt kapacitanser m m. Jo, det blev ju en viss skillnad. De beter sig helt annorlunda i S-matchen men jag har inte gjort några mer exakta mätningar. Labbade även en stund med beräkning av komplexa laster som ju behövs för att undersöka hur stort impedansområde de olika versionerna klarar. Blir förmodligen i form av några fasta referenser på väl valda punkter i smithdiagrammet plus en 300 ohms 1/4-vågstransformatorer av bandkabel med variabel kapacitans i änden.

Det ena ger det andra när man labbar så här planlöst vilket gör att "att göra listan" ökar snabbare än den minskar. Här finns jobb fram till jul eller längre.

/Bengt

 

[SM7EQL]

Jag fick en fråga igår hur min S-match såg ut. Den första bestod bara av en stor 20 uH spole med uttag på varje varv samt en 480 pF vridkondensator. Allt löst liggande på bordet ihopkopplade med ännu lösare trådar.

För att underlätta labbandet med olika transformatorer som nu skall undersökas mer noggrannt så har en mer mekanisk stabil matchbox skruvats ihop. Den fasta något klumpiga sändarspolen är utbytt mot en till formatet mindre rullspole vilket underlättar finjusteringen avsevärt.

Så enkelt kan det se ut. Endast tre komponenter ingår. Vridkondensator, rullspole och transformator. Monterat på en bit spånplatta. Vill man sedan bygga på en fin låda av målad Masonite så går det också eller satsa på ett stabilt chassie av aluminiumplåt. Det kan så klart bli snyggare rent estetiskt men absolut inte bättre tekniskt sett. Vi håller oss alltså här till träelektronik som Tore CBS rekommenderar.

Matchboxen sedd ovanifrån. Till vänster vridkondensatorn som täcker området 30-470 pF. Till höger rullspolen som kan justeras mellan 0,2 uH - 20 uH. Kopplad så att oanvända varv kortsluts för att undvika besvärliga parasitresonanser. Transformatorn på bild är lindad med 8 varv primär samt 2 x 4 varv sekundär. Tvinnade trådar och på en FT114-43 kärna.

Inte mycket mer har blivit gjort idag då det fina vädret inbjöd till uteliv i trädgården. Men jag har så smått börjat förbereda div testutrustning för att under mer kontrollerade former kunna mäta och jämföra.

Det vore intressant att höra av andra som byggt S-matchar vilka komponentvärden för vridkondensator och spole som valts samt hur stor del av spolen som utnyttjas på de olika banden. Mitt exemplar täcker med nöd 3,5 MHz men med begränsat impedansområde verkar det som. En eller flera extra inkopplingsbara paddingkondensatorer kommer att dra ner gränsfrekvensen så att även 1,8 MHz täcks in. Alternativt byta vridkondensator till 1000 pF.

PS Offra en halvtimma på denna underbara utbildningsfilm om vågor och dess beteenden;
AT&T Archives : Similarities of Wave Behavior (Bonus Edition)

/Bengt

 

[SM3BDZ]

Tjusigt Bengt!

Och en härlig kontrast mellan rullspolen, BC-kondingen OCH SMA-kontakteringen!

På något sätt representerar bygget ett tidsspann om sådär 80-90 år...

FT114-43 är väl av något ferritmaterial, har jag för mig, medan T200-2 är järnpulver. För högre effekter är nog T200-2 därför att föredra men för 100W torde det vara egalt. Det blir ju mindre varv att linda också. Kanske skulle du även prova att mäta på en kärna med riktigt högt AL-värde!

Har nu sprungit från markplanet upp till taket och skorstenen säkert 50-60 ggr på två dagar. Min murare till bror lyckas alltid komma på någon fler sak han vill ha, precis när jag sticker upp huvudet i takluckan...
Även en del svaga punkter på taket, tegelpannor och dålig papp, har åtgärdats.

Idag har även kaminen lyfts på plats och inte mycket återstår av monteringen. Blir dock irriterad på leverantören som gladeligen sålde kaminen men visar sig vara helt utan absolut nödvändiga tillbehör och monteringsdetaljer. Har ett halvt löfte från en annan "kaminexpert" om att han kunde ordna fram det jag behöver tills i morgon. Håller tummarna.

Med ledbruten lekamen och någon illusion fattigare, intar jag nu horisontalläge!

73/Lasse

 

[SA5A]

Om man tittar på PA0FRI:s sida ser man exempel på olika s-matchbyggen och ganska stor variation ndg komponentval. Jag har samlat ihop några komponenter som jag tror kan passa för s-matchbygge. Siktet är inställt på en s-match som klarar de 800 W jag vill kunna köra. Antenn blir sannolikt en 2x20m dipol, men 2x32 m alt 90m horisontell loop kan också bli aktuellt. Kommentera gärna!

En Amidon T225A-2. Fick tips tidigare att jag ska linda 12+6+6 varv på den. Antingen FK 1,5 eller mittledaren från en RG58. Vad är bäst?

En 30 uH rullspole. Keramiken märkt "Made in England" och JB alt BJ (Egentligen ett B med J rakt över). Aningen oxiderad kontaktrulle. Bör kanske putsas en aning.

Har två st vridkondingar av samma fabrikat som rullspolen. En sådan vridkonding har tydligen 2x120 pF och ska klara 3 kV (enligt påskrift i blyerts). Borde de 240 pF kompletteras med en fast konding som kan switchas in vid behov?

 

[SM7MCD]

Min erfarenhet efter en hel del provande är att dina delar passar säkert utmärkt att bygga med. Får du problem med att något värde inte räcker till ändrar du bara nedledaren eller dipolen i längd något.

Jag har idag 4 uH spole och 450 pF vridkondensator där jag sällan behöver över 200 pF, men då har jag justerat både nedledningen och dipolen.

Se alltså matchen som en del av din antennanläggning

 

[SM7MCD]

Det vore intressant att höra av andra som byggt S-matchar vilka komponentvärden för vridkondensator och spole som valts samt hur stor del av spolen som utnyttjas på de olika banden. Mitt exemplar täcker med nöd 3,5 MHz men med begränsat impedansområde verkar det som. En eller flera extra inkopplingsbara paddingkondensatorer kommer att dra ner gränsfrekvensen så att även 1,8 MHz täcks in. Alternativt byta vridkondensator till 1000 pF.

Jag testade en hel del när vi byggde S-match inom KRAS kursverksamhet förra hösten/vintern och fick följande gränser.

Spole 40µH och 1.5 nF vridkondensator gav 20 ohm - 20 kohm resistivt mellan 1.8 - 30 MHz. Spolen sätter gränsen för hur hög resistans du kan ansluta och ändå få SVF 1:1, på samma sätt behövdes kondensatorns kapacitans vid låga ohmtal.

Jag tröttnade ganska fort på att använda den varianten då den blev alldeles för otymplig, trots att den erbjöd mig massor av möjligheter till att stämma av den mest konstiga trådslinga. I stället valde jag att, som i tidigare inlägg, justera dipolben och matande kabel så att endast en liten del av induktansen och kapacitansen behövs.

Den S-match vi byggde enligt KRAS hemsida funkade mellan 100 - 3000 ohm eller mer beroende på val av vridkondensator och hur stor spole man lindade.

 

[SM0GLD]

En Amidon T225A-2. Fick tips tidigare att jag ska linda 12+6+6 varv på den. Antingen FK 1,5 eller mittledaren från en RG58. Vad är bäst?

Vi kom ju fram till att det var lite osäkert med FK 1,5.
Vid högre effekt rekommenderas teflonisolerad kabel vilket oftast saknas i junk-boxen.
Du kan även använda tunn teflonisolerad koaxkabel och köra signalen i skärmen.

Men testa FK för all del, det kan ju bara slå över och då får du linda ny trafo.

/Micke