En kralligare balun

Nu när PA och ATU börjar bli redo för action så sitter det en flaskhals uppe i matningspunkten på min OCFD, en gammal 4:1 300W spänningsbalun och en 50cm sträng med typ -43 tubferriter på en bit RG-58 vid matningspunkten.

Principen för den nya QRO 4:1 balunen blir enligt skissen som är från nån toroidartikel.
två vanliga bifilära lindningar som kopplas ihop enligt skissen.

Så man behöver lite ingredienser, lite PTFE slang, lite lackad koppartråd, teflontejp, två kärnor och lite rätt mått.

Så här blir det, två stackade FT-240-61 toroider, som ska tåla det upprustade PA't effekt med marginal. En T-200 toroid räcker inte till.

Teflontejp skyddar både lack på koppartråd och spänningsöverslag.

1.6mm diameters koppartråd träs i ett 2.0mm PTFE rör.

Så här blidde det, i varje bifilärt par har en ledare ett PTFE rör, den andra ledaren ligger tejpad dikt an mot PTFE röret var 4:e cm med vit elektriker tejp (självslocknande proffstejp), egentligen blev det lite för mycket tråd på kärnorna så jag fick sätta dit en bit koaxdielektrikum (utan mittledare) för att hålla isär de bifilära paren, syns som en tjockare vit kabel. en SMA kontakt löddes temporärt dit på 50ohms sidan för mätningar.

Nu är det 13varv per bifilärt par.
1.6mm CU tråd plus PTFE blir för mycket att linda på med 13varv, skulle tro att man får gå ner i antal varv totalt eller på tråddiametern typ 1.2mm diameter. Med tanke på mätdata skulle det gå att ta av ett varv utan problem (har inte provat detta).
Man skulle kunna två PTFE rör på båda ledarna, men då måste det vara väldigt tunnväggiga rör vilka jag inte hittat. De rör man hittar i t.ex Solna är rätt styva och har relativt tjocka väggar. Det är inte bra med för mycket distans mellan ledarparet.

På 200ohms sidan löddes 4st icke-induktiva SMD 50ohms RF termineringsmotstånd in. I raden av motstånd kan man addera upp till 450ohm för att kunna mäta hur balunen fungerar med högre matningimpedanser.

Anpassningen ser bra ut upp till 35MHz sen händer det lite grejor. På 14Mhz är det -36dB returnloss.
Med två stackade kärnon blir det rätt mycket tråd, så kanske är det därför man inte når 50MHz, en massa induktans kickar in och ställer till det. En enkel T-200-6 toroid med mindre tråd kanske når 50MHz, well - man få inte allt på en och samma gång....

Och på 28.5Mhz är det -23dB returnloss, mycket bra.

En massa data, Rs, Xs, VSWR vid 50:100Ohm, 50:200Ohm, 50:300Ohm.
OffCenterFed antennen har en matningsimpedans som varierar mellan 200 och 400ohm så på vissa band skulle en 6:1 balun fungera bättre, på andra band är en 4:1 helt OK.
Men helt klart är att man inte kan kliva på med QRO på alla band utan att först gå igenom hur denna 4:1 balun  + OCF antennen beteer sig ihop - annars lär hög VSWR pajja balunen i nån svag punkt.

Den enkla versionen: ett VSWR protokoll.
Ett rör-PA klarar oftast att hantera/"stämma av" VSWR upp till 2.0:1 så min uppfräschade antennavstämmare behöver nog inte kopplas in så ofta så länge antennen håller sig runt under 350ohm.

På målet, bättre än så här blir det inte.

6:1 balun

Teori och praktik 6:1 transformering med BALUN.

Tanken var att ersätta en gammal spänningsbalun på en gammal trådantenn av gammal modell.

Antennen är en Fritzel FD-4 80-10m som i praktiken sägs ha en matningsimpedans nånstans mellan 200 och 400 ohm beroende på frekvensband och inte minst hur antennen monteras!!!! Det vanligaste är en lågt monterad antenn och att antennen inte hänger rakt horisontellt. Hänger antennen lågt och lite V-format så kommer impedansen hamna mellan 300 och 400ohm.
Så omsättningtalet på balunen borde vara variabelt mellan 4:1 och 7:1 .

Orginalet har en 6:1 spänningsbalun som inte tål effekt särskilt bra.
Tror denna windom är en cirka en halv våglängd lång på lägsta bandet (80m) och matningen sitter en tredjedel från en ända.

På labbbänken blir då målet att:

1. prova om de tuber man hittar på kablar (används för RFI/EMI suppressor) går att använda till nåt annat, t.ex en transformator.

1. prova den princip som FIFRV visar upp på sin websida, en 6:1 balun på två tubkärnor och med tre lindningar - kommer den funka i praktiken och vilka nackdelar har den varianten.

Tuberna

Det finns flera saker man kan ha dessa kabeltuberna till. Det mest uppenbara är att sätta ett större antal tuber i serie utanpå en RG-58 koax, och dessa tuber utgör då nån typ av mantelströmsspärrfilter.
T.ex om man har problem med ström på återledaren (skärmen på koax eller DC kabel) och inte kan åtgärda orsaken till denna obalans - så kan tuberna reducera problemet. I praktiken har jag använt en bit RG-58 med 40cm lång sträng med dessa tuber - och i praktiken så har det inte varit några problem all med RF i radiorummet pga. ström på skärmen. Vid de tillfällen det har varit ström på skärmen beror det på att det kopplar mellan radiatorerna och matarkoaxen, dvs. efter spärrfiltret.

Under förutsättningen att de tuber som plockats från nätkablar och VGA/DVI monitorkablar är av
typ -43  - som är en Nickel Zink blandning med låg permabilitiet och anses vara lämplig för t.ex bredbandiga transformatorer.
Tittar man på nya tubers datablad bland kataloger så anger tillverkare av följande användingsområden:

Material 43

Nickel Zink

Permabilitet 800

EMI/RFI suppressor 20-250 Mhz

Resonanta kretsar < 30 Mhz

Bredbandiga Transformatorer 3-60 Mhz

Det man kan förvänta sig av egenskaperna i praktiken med dessa avstörningskärnorna är då

• en bredbandig balun, men med dåliga egenskaper under 3MHz
• ett strömfilter EMI/RFI,  som dock får sämre egenskaper under 20MHz.

Bygget

Enligt fransmannen så ska tre lindningar på  vardera 2varv ge 50:200ohm omsättning
och med tre lindningar på vardera 3varv ger 50-450ohm omsättning.


En teflonisolerad försilvrad kopplingstråd används för de tre lindingarna.
Förhoppningen är att konstruktionen ska klara 100W+ CW.
4st -43 tuber sätts ihop med vanligt hårt "superlim".

4 st -43 tuber, ihoplimmade och tejpade.
3lindningar på 3varv, färgkodade med olika tejper - sen ihopkopplade.
På bilden sitter en aluminiumtejp över båda halvorna.

I praktiken

Return loss mätning mellan 10 till 40MHz.

Så här långt ger en uppmätning av balunen ett return loss på -23dB@1.8MHz som sedan försämras något allt eftersom frekvensen stiger.

Som sämst är returnloss -16dB@28.6MHz. 

Det skrivs mycket om att addera 1:1 choke vid balunen.

Följdaktligen så ingår att prova med och utan denna choke.
Den består av en ferritkärna och man lindar upp koaxen 

i två sektioner på kärnan.

Flatstiften ansluter till antennradiatorerna och BNC till sändaren.

Prov med 50ohm och olika konstlaster 

Olika motstånd 300-400ohm representerar de olika antenner som balunen kan tänkas användas på.
En multiresonant antenn som t.ex en OCFD har ju olika impedanser vid olika frekvensband och som sagt beroende på montering.
Som simulerad antenn används en strip med seriekopplade icke-induktiva 50ohm SMD motstånd, på så vis kan jag stega upp från 200 till 400 ohm och ta mätpunkter.

Ett par mätvärden för 300 och 400Ohm
Med och utan 1:1 Choke
Jag satte olika motstånd på högimpedanssidan, samt mätte med och utan 1:1 delen inkopplad.

Mätningarna är inte helt entydiga, variationer i värden syns mellan OHM och VSWR.

Anpassning i Ohm per frekvensband.
 Med och utan 1:1 choke

Det sticker ut att med 300ohm antennimpedans och med 6:1 + 1:1 choke så blir anpassningen lite sämre vid koaxmatningspunkten och det händer redan vid 10MHz.
I praktiken syns detta inte så tydligt på en VSWR mätare  tills man passerar 21MHz.

VSWR i olika impedanser vid olika variationer i matningsimpedans i antennen.
Med och utan choke

Här ser man tydligt -43 materialets begränsingar under 3MHz.
Man ser också att denna balun med resp. primär/sekundär lindningar är bäst anpassad för 400 till 50 ohms tranformering. 300ohm fungerar fortfarande men på 29MHz börjar förlusterna synas.

Inkopplad på en FD-4a

Kopplade in 6:1 + 1:1 grunkan på min FD-4 på samma sätt som den gamla - och resultatet är bra.
På de frekvenser där antennens impedans motssvarar omsättningstalet till 50ohm ser det bra ut nere vid sändaren. Glömde prova hur länge den tål 100W CW men inga tecken på värmeproblem efter längre prov. 1:1 choken på bilderna är nog för liten så den bör bytas ut till en större kärna.
Så på en barfotastation funkar konceptet.


Problem blir det när ovanstående inte stämmer,dvs. när en missanpassning ska returneras igenom balunen samtidigt som hög effekt matas på - vilket är det vanligaste problemet till brända baluner ;)
Ska man missbruka sina baluner och köra på antenner där man inte vet hur dom funkar måste man ha extra effektmarginaler i kärnorna.