Tuner & symmetri

[JanneG]

Ett av kraven på en tuner för att den ska bidra till bra balans i antennsystemet lär vara att den ska ha hög common mode-impedans till jord - detta för att minimera ev. antennströmmar till jord. Men att jorda mittpunkten på en s.k. balanserad tuner är väl att införa en mycket låg common mode-impedans? Eller har jag fel? 73 //Janne SM0AQW

 

[SM3BDZ]

Så tänker jag också. Med hög common mode impedans kan endast mycket små common mode strömmar flyta.

Ändå får jag bekänna att hela balansbegreppet känns aningen abstrakt för mig. Balans i förhållande till vad? Rimligtvis i förhållande till jord, som då skulle visa lika stora fast motriktade spänningar (och därmed strömmar) i varje punkt på matarledningen. Här uppstår då en paradox, för om man jordar tunerns elektriska mittpunkt tycker man att det skulle vara en garant för att dess utgångar uppvisar lika fast motriktade spänningar - i förhållande till jord!??

Jag rör nog till det för mig nånstans!?

/Lasse

 

[SM6APQ]

AQW de APQ

Ja, jag är nog av den uppfattningen att varken spolens mittpunkt eller splittstatorns "hölje" och rotor bör chassieförbindas (jordas). Detta för att uppnå bästa möjliga balans i feedersystemet.

Sparky de APQ

Du skrev: Min personliga åsikt är, att med splitstatorn jordad, så behöver den inte isoleras från "skaftet" man ska hålla i. Ingen risk för brännskador på fingrarna alltså, eller påverkan av avstämningen genom handkapacitans.

Det samma skulle jag vilja anföra angående seriekondensatorn i linken. Placeras den på jordsidan av linken blir ju "handtaget" jordat och alltså ingen påverkan av handkapacitans. Sitter den på ingången av linken blir den ju "het" i bägge ändar.

För en gångs skull är jag inte överens med dig! Att anföra ovanstående som ett skäl för att splittstatorn skall jordas är ett dåligt argument.

För att undvika brännskador på fingrarna förser man naturligtvis ALLA kondensatoraxlar med isolerade förlängningar. Dessutom måste man ju få bort "handkapacitansen" som är irriterande under avstämningsövningarna.

Jag använder hemmagjorda isolerade axelförlängningar. Består av 20 mm teflonstavar c:a 20 cm långa som jag borrat 6 mm genomgående hål i som passar kondensatoraxlarna.

Jag har ett "nytt" genomarbetat förslag till en balanserad antenntuner. F N har XYL problem med skrivaren så jag kan inte kopiera in ritningen på HAM.SE. På onsdag är jag på radiomuseet där vi har fungerande utrustning. Hoppas kunna få in schemat på onsdag kväll.

73
Bengt
SM6APQ

 

[SM6APQ]

XYL fick igång scannern!

Skickar en bild på vad jag anser är en universal balanserad tuner som förmår matcha extremt låga och höga resistiva laster.
I princip är konceptet det samma som jag avbildat tidigare, men innehåller mer detaljer.

Teckenförklaring:

S Switcharna i Serieavstämningsläge

P Switcharna i Parallellavstämningsläge

SW1 Åstakommer "förbikoppling" av linkavstämningskondensatorn

SW2 Tar bort förbindelsen mellan de två lindningarna i spolen. Möjliggör att kondensatorn C2 kommer att ligga
mellan de två lindningarna för att få serieresonans i kretsen.

SW3 Lägger splittstatorkondensatorn i serie med spolen alternativt parallellt över spolen.

C1 C:a 500-pF för avstämning, ändra kopplingsgrad, mellan link och "stora" spolen.

C2 Splittstator. Helst 2 x 500-pF. Plattavstånd beroende på uteffekten från sändaren.

Sammanfattning;

Jag har testat denna balanserade tuner med komponenterna löst vilande på en delrinplatta med en MFJ-259 Analyzer och ett antal induktionsfria 1/4-Watts motstånd.

Jag erhöll en perfekt match, SVF 1:!, från 50-ohm till 2,4 4,7 18 27 33 47 100 270 680 1200 2400 ohm.
Vid värden under 33-ohm fick jag använda tunern i serieresonansläge.

En uppenbar fördel med denna typ av feederavstämning är att stege och antenn är helt galvaniskt avskilda från sändare och mottagare. Dessutom är linken på "jordpotential" vilket gör att transceivern är helt skyddad mot t ex statisk elektricitet.


Slutkommentarer och nackdelar.

Man kan använda sig av utbytbara plug-in spolar om man inte har för bråttom att gå från ett amatörband till ett annat.
Som bilden visar kan man också använda sig av en spole för kanske två frekvensband genom att successivt med en omkopplare kortsluta spolen i ändarna.

Switch, SW2 och SW3-A/B bör gangas för snabbast omkoppling av serie/parallellkoppling. Det går givetvis bra med två separata switchar eller manuella "byglingar".

Innan jag monterar ner "avstämningspaketet" skall jag prova laster som innehåller reaktiva komponenter, d v s motstånd i serie med induktanser eller kapacitanser.

73
Bengt
SM6APQ

 

[SM3BDZ]

Tjusigt Bengt, APQ! Ska bli intressant att få veta resultatet av dina prov.
Varför vill du inte ha linkens seriekonding på jordsidan? Jag tyckte att Sparky anförde goda skäl för det...

73/Lasse

 

[JanneG]

-BDZ de -AQW
Hej Lasse,
du skrev "... hela balansbegreppet känns aningen abstrak...." och jag håller med dig. Begreooet "balans" används ju ofta i flera bemärkelser samtidigt och det ställer till tanke-oreda och paradoxer ibland. Jag har försökt reda ut några av begreppen i artikeln på ESR ( Balanserad matning och feederstrålning - ESR ) men jag vill kommentera användningen begreppet spänning och spänningsdifferens (rättare sagt potentialdifferens) i ett antennsysteme.

Om man har använder en antenntuner (ganska likgiltigt vilken typ, faktiskt) som har en hög common mode-impedans till jord så kommer HF-potentialen hos tunerns olika delar att bestämmas av hur det elektromagnetiska fältet runt antenn+tuner-installationen ser ut och av de strömmar som flyter i tunern. En tuner med hög common mode-impedans till jord "svävar" i potential och en indikation på detta är t.ex. att inverkan av handkapacitansen är tydlig när man kommer nära. Den enda spänning (rättare: potentialdifferens) som är tekniskt intressant är spänningen mellan tunerns båda utgångar.

Huruvida HF-potentialerna hos hos tunerns båda utgångar är "balanserade" relativt jord är faktiskt ointressant och svårt (ofta omöjligt) att avgöra genom att mäta därför att mäturustningen med sina trådar (som det induceras EMK-er i p.g.a. fältet omkring) stör själva mätningen. En ansats som man kan göra är att potentialerna för de båda utgångarna är (Uo - U/2) resp (Uo + U/2) där U är drivspänningen för matarledningen och Uo är en potential som vi inte vet så mycket om och som är svår/omöjlig att mäta (den behöver inte vara lika med potentialen för tunerns chassi heller ... )-

Har du tänkt på att begreppet spänning nästan aldrig används i litteraturen om antennkonstruktion? - det viktiga begreppen är ju ström och strömfördelning - man ser aldrig att storheten spämming används när man beräknar antennprestanda - den enda spänning som har ett visst tekniskt intresse är spänningen i en matningspunkt, och den bestämmer vi ju själva över!

Det som ställer till det när man vill bestämma potentialerna i ett elektromagnetiskt system är Faraday-s lag - Electromagnetic induction - Wikipedia, the free encyclopedia - som bl.a. säger att den inducerade EMK-n i en trådslinga beror på slingans form. (Den inducerade EMK-n uttrycks i en linjeintegral, vars värde är beroende av integrationsvägen om man ska vara högteknisk). Ett påstående om potentialdifferenser iI ett antennsystem kan därför bli mångtydigt -- det är i sådana här fall Maxwells´s ekvationer börjar möta den mänskliga intuitionen ... SUCK

73 hälsar Janne SM0AQW

 

[SM3BDZ]

När man studerar principen för denna tuner ser man att den inte är helt olik PA0FRI:s S-Match! Skillnaden är främst linkkoppling kontra toroidtrafo, eller?

/Lasse

 

[SM3BDZ]

AQW de BDZ

Tack för ditt svar Janne! Ja, jag har nog inte heller stött på spänning, eller själv använt det, som begrepp i antennteori tidigare, annat än som faktor i matningsimpedans. När jag nu ändå skrev det, så var det inte intuitionsmässigt konfliktfritt...

Det är naturligtvis så som du skriver att potentialbalansen varken är mätbar eller relevant. Tack för upplysningen!

73/Lasse

 

[sm6eng]

Hej
Min uppfattning är att om man jordar splittstatorn så förbättrar man inte balansen - snarare riskerar man att försämra balansen. Visserligen kan det verka som om obalansen har försvunnit när RF-potentialen har sänkts genom att man jordat splittstatorn men man har endast blivit av med symtomen vid den åtgärdade punkten.

När det gäller obalans så måste man beakta hela systemet och inte enbart beakta enskilda ingående komponenterna.Ofta kallas t.ex. en koaxialkabel för en obalanserad matarledning men den är inte obalanserad i sig. När den ingår i ett system så kan det uppstå obalans eftersom koaxialkabelns skärm ansluts till chassie som har en relation till jord. Det vi kallar för obalans är att strömmarna i matarledningens "till och frånledare" till lasten inte är lika stora. Detta uppkommer när en del av strömmen går en annan väg än via matarledning. I de flesta fall utgörs denna väg av en förbindelse via jord.

När man skall åtgärda en obalans så skall man så långt som möjligt försöka angripa grundorsaken. Kanske väljer man att jorda sin splittstator för att undvika följdproblem av att systemet inte är i balans som t.ex. att man bränner sig på RF eller att man påverkar inställning när man närmar sig splittstatorns axel med handen. Men enligt min mening så förbättras inte balansen av denna åtgärd, det finns däremot en risk för att man istället försämrar balansen. Artikel nr 17 "Myter om balanserade/obalanserade koaxialkablar och antenner" kanske kan var av intresse eftersom denna artikel berör problemområdet. Artikeln hittar ni i vänsterkanten på ESR hemsida, Startsida - ESR i under rubriken BYGGE OCH EXPERIMENT och vidare under rubriken Myter inom amatörradion.
73 de SM6ENG / Bertil

 

[SM6APQ]

Tjusigt Bengt, APQ! Ska bli intressant att få veta resultatet av dina prov.
Varför vill du inte ha linkens seriekonding på jordsidan? Jag tyckte att Sparky anförde goda skäl för det...

73/Lasse

BDZ de APQ
Bra fråga Lasse! Jag vill ha linken på jordpotential. Att "lyfta" seriekondensatorn och förse den med en isolerad axelkoppling är ett "lågt" pris att betala för att uppnå det jag vill åstakomma. Se f ö mitt långa inlägg om den balanserade tunern.

En mycket lärorik och trevlig tråd du startade Sparky. Inläggen är dessutom väl balanserade och saknar glåpord, gliringar och spydigheter som tyvärr förekommer alltför ofta i HAM.SE

73
Bengt
SM6APQ

 

[SM3BDZ]

APQ de BDZ

Jag läste nog lite slarvigt först Bengt. Såg sedan att du skrivit om minimerad risk för statiska urladdningar mot radion och det verkar ju vettigt!

/Lasse

 

[SM7CBS]

Lasse, SM3BDZ skrev följande:
När man studerar principen för denna tuner ser man att den inte är helt olik PA0FRI:s S-Match! Skillnaden är främst linkkoppling kontra toroidtrafo, eller? Slut på citat.

Den dubbla L-matchen som beskrivs som "the balanced balanced tuner" av AG6K skiljer heller inte mycket.
Det är ingångssidan som avviker från linkkopplaren. S-matchen och dubbla L-matchen är att betrakta som L-matchar men hur är det med linkopplaren? Gör den ställbara linkkopplingen att den är att se som ett sorts dubbelt PI-filter? Eller kan man se den också som en L-match?

Jag har förstått att en av fördelarna med linkkopplaren är att den ger hög commonmodeimpedans. Linkkopplarenen lägger ut halva strömmen på vardera sidan om linken på huvudspolen 180 grader ur fas. Precis i linkens mitt, dvs på arbetsfrekvensen, uppstår den högsta commomnmodeimpedansen. Om jag förstått det rätt kan den uppstå till flera 10-tal kohm? Vad kan man tänka sig skulle kunna störa den höga commonmodeimpedansen?
Har jag förstått del hela rätt?

Baluner är ju ofta bredbandslösningar och om man tänker sig en sådan i stället för linken på ingången får man väl också "bredbandsimpedans" på lösningen? Dvs en mycket lägre commonmodeimpedans som inte heller har någon "peak?"
Och torde det inte spela någon större roll vilken typ man använder även om jag tycker att det skiljer i förmåga att fullgöra uppgiften att isolera och skapa balans..

En av de stora fördelarna med S-match och dubbel L-match är att de är L-matchar och därigenom mycket enkla att använda.
Bara avstämma till lägsta swr och därmed har man det optimalt bäste läget. Det som också ger högsta strömmen. Man har alltså nått den punkt som ger högsta verkningsgrad i just den kopplingen. Men.......!

Mr Cebik, W4RNL skriver fritt översatt: " Vissa kombinationer av resistans och reaktans genererar ett högt Delta (förlustfaktor). Högre än 20. Det indikerar att en L-krets inte alltid är högeffektiv."

Är det så att linkkopplaren i dessa lägen är effektivare genom att man vid avstämningen "saxar" mellan lägsta swr och max ström och därmed inte hamnar i dessa "förlustlägen"? Har PI-filtret samma egenskap. I så fall har ju linkkopplaren (och PI-filtret) högre verkningsgrad vid dessa lägen. Hur ofta förekommer dessa höga förlustlägen och vid vilka situationer?

Här finns nu nästa alla balanserade amatörer...jag menar de som är intresserad av balanserad matning!
Jag passar på med reflektioner och frågor så gärna många kommentarer
Tore SM7CBS

 

[SM7CBS]

Jag glömde en sak...
En chokebalun kan man ju avstämma genom att kombinera den induktans som skärmen ger och kapacitansen som uppstår mellan varven.
Säg att jag avstämmer den till arbetsfrekvensen så borde den också ge mycket hög commonmodeimpedans. Eller hur?
Nackdelen är ju att man måste ha separata chokebaluner för varje band.
Stämmer mina tankar?
Tore

Här nedan finns en länk till ett 75-sidigt dokument om balanserad matning, baluner och avstämmare. Flera namnkunniga författare. Tyvärr ingenting om linkkopplare.
http://www.g4nvh.net/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/hfbaltransys.pdf

 

[SM3BDZ]

Det är ju helt riktigt. RF-choken blir ju då samtidigt en parallellresonanskrets som kännetecknas av hög impedans vid sin resonansfrekvens.
Ett sätt att göra choken effektivare som tillämpas i en del sammanhang, antingen med den "självkapacitans" som lindningen ger, eller med en separat trimkondensator över skärmens ytterändar i choken.

/Lasse

 

[SM6APQ]

Tore

Här nedan finns en länk till ett 75-sidigt dokument om balanserad matning, baluner och avstämmare. Flera namnkunniga författare. Tyvärr ingenting om linkkopplare.
http://www.g4nvh.net/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/hfbaltransys.pdf

CBS de APQ.

Jag har ögnat igenom ovanstående dokument. Mycket läsvärt - men egentligen inget nytt! Man favoriserar en common mode choke för att mata en balanserad tuner. Bör också fungera bra. Man slipper då att bekymra sig om linkens avstämning etc.
Men för att koppla om till seriematning (laster med låga impedanser) kan man INTE använda sig av en splittstator. Man kan då tänka sig två gangade kondensatorer som i parallellresonansfallet i princip fungerar som en splittstator men i serieresonansfallet måste de två kondensatorerna "skiljas åt" för att tjänstgöra i serie vid spolens ytterändar. Det går ju inte att "bryta upp" spolens mittpunkt där chokens koaxialkabel är ansluten. Jag tror inte jag behöver rita för att förklara vad jag menar med något schema?
Med detta arrangemanget mister man tyvärr den "galvaniska isolationen" mellan antenn och transceiver som linkkopplingen onekligen erbjuder.

Metoden med chokebalun är ändå värd att prova!

Egentligen beror valet också mellan link/chokebalun vad man har i junkboxen och vad man eventuellt kan inhandla/skaffa.

73
Bengt
SM6APQ

 

[SM7CBS]

Tackar Bengt och Lasse!
Bengt! Jag håller med ...inget särskilt nytt för oss som håller på med detta. Ja, det är bra och enkla lösningar att gå via balun till en tuner för balanserad metning. Själv använder jag en dubbel L-match just nu och samlar prylar för en linkkopplare med fysisk förflyttningsbar link.
Men jag är just nu mest intresserad av om mina antagen om commonmodeimpedansen stämmer. Blir den hög i linkkopplaren av de skäl jag anför? Hur är det med förlustfaktorn? Stämmer mitt resonemang därom? Kan man se linkkopplaren som en L-match eller inte? Är det så att linkkopplaren har högsta verkningsgraden? Stämmer resonemanget om PI-filtret?
Är jag fel ute?
Tore SM7CBS

 

[SM6APQ]

Men jag är just nu mest intresserad av om mina antagen om commonmodeimpedansen stämmer. Blir den hög i linkkopplaren av de skäl jag anför? Hur är det med förlustfaktorn? Stämmer mitt resonemang därom? Kan man se linkkopplaren som en L-match eller inte? Är det så att linkkopplaren har högsta verkningsgraden? Stämmer resonemanget om PI-filtret?
Är jag fel ute?
Tore SM7CBS

CBS de APQ

Jag har lite svårt att förstå vad du menar med "common mode impedans" när du syftar på linken.

Jag ser mera linken med feederstege.kretsen som en omvänd glödströmstransformator. Liknelsen stämmer naturligtvis inte riktigt men - tänk dig att vi har 6,3 volt AC och matar in detta i glödlindningen på en transformator vars primär är på 230 v AC som nu blir sekundär och avger 230 VAC.

1952/53 gick jag telegrafistkursen i Göteborg. På vårterminen ingick ett studiebesök på Göteborg radio. Vi besökte bl a sändarestationen i Vallda. Där fanns ett dussintal telegrafi- och telefonisändare med 10 kW output. En del av sändarna matade gardinantenner matade med 600-ohm stegar. Koaxialkablarna från sändarna hade ett Z0 på 100-ohm. Kablarna matade balanserade antenntuners monterade i stora gjutjärnsboxar monterade på stolpar. Vad jag minns var det en link som matade en parallellresonanskrets med en jättestor splittstator. Vi kunde inget om sådana kretsar; i telegrafikursen (Malmgrens kompendium) ingick inte sådan teknik. Guiden, en av teknikerna, använde "glödströmstransformatorteorin" som en enkel förklaring av funktionen!

73
Bengt
SM6APQ

 

[SM3BDZ]

APQ de BDZ

Bengt, är inte skälet att använda den skärmade link du föreslår, just att hindra likfasiga strömmar på matarkabeln att nå linken och därmed öka common mode impedansen?

/Lasse

 

[SM6APQ]

APQ de BDZ

Bengt, är inte skälet att använda den skärmade link du föreslår, just att hindra likfasiga strömmar på matarkabeln att nå linken och därmed öka common mode impedansen?

/Lasse

BDZ de APQ.
Alldeles riktigt Lasse. I mina skisser har jag inte brytt mig om att rita den skärmade linken eftersom jag koncentrerat mig på huvudfunktionen. Skulle jag få för mig att bygga en bal.tuner, enligt min sista ritning, skulle jag förse densamma med en skärmad link.

Nu återstår att testa den bal.tunern med en chokebalun i stället för linken. Återkommer inom några dagar med resultatet.


73
Bengt
SM6APQ

 

[SM3BDZ]

Jag har förstått att en av fördelarna med linkkopplaren är att den ger hög commonmodeimpedans. Linkkopplarenen lägger ut halva strömmen på vardera sidan om linken på huvudspolen 180 grader ur fas. Precis i linkens mitt, dvs på arbetsfrekvensen, uppstår den högsta commomnmodeimpedansen. Om jag förstått det rätt kan den uppstå till flera 10-tal kohm? Vad kan man tänka sig skulle kunna störa den höga commonmodeimpedansen?
Har jag förstått del hela rätt?

Baluner är ju ofta bredbandslösningar och om man tänker sig en sådan i stället för linken på ingången får man väl också "bredbandsimpedans" på lösningen? Dvs en mycket lägre commonmodeimpedans som inte heller har någon "peak?"
Och torde det inte spela någon större roll vilken typ man använder även om jag tycker att det skiljer i förmåga att fullgöra uppgiften att isolera och skapa balans..

Tore, jag tror inte att linkens placering, mitt i huvudspolen, är hela nyckeln till hög CM impedans även om det medverkar, då fysisk symmetri underlättar elektrisk symmetri.
Däremot kan inte likfasiga strömmar åstadkomma något magnetfält och alltså är ej induktiv koppling till linken möjlig för dessa. Det som då kan störa, sänka CM impedansen, är kapacitiv koppling. Här kommer APQ:s skärmade link in i bilden!

Man skulle kunna tänka sig att den 1:1 trafo som finns i S-matchen kombinerat med en chokebalun även skulle komma nära en optimal lösning.

Jag förstår inte riktigt vad du menar när du talar om att CM impedansen har en "peak"??


/Lasse