Трехобмоточный БалУн по напряжению [The Tri-Coil Air BalUn]

(Фото изготовленного образца, присоединенного к Т-тюнеру)

 Для работы с антенной, питаемой по симметричной линии правильно использовать симметричное согласующее устройство. Примером такого устройства может быть MFJ-974(b). 

В составе тюнера попарно совмещенные конденсаторы, индуктивность, ВЧ-сигнал подводится от разъема к согласующей системе по экранированному ферритовыми колечками коаксиальному кабелю. 

Некоторые несимметричные тюнеры, например MFJ-941 имеют в своем составе БалУн 1 к 4, выполненный на ферритовом сердечнике, это компромиссное, но допустимое решение. 

А что делать, если под рукой нет тюнера с симметричным входом, а есть только обычный несимметричный Т или LC тюнер? Для перехода от симметричной нагрузки к нессиметричной применяются специальные преобразующие устройства или БалУны.  

Балуны бывают двух видов:

   1. Напряжения. Они выравнивают напряжения относительно земли на своих симметричных выходах.

   2. Тока. Они выравнивают токи в каждой из половинок нагрузки, подключенной к симметричным выходам балуна.

 "Балун напряжения -  это трехобмоточный балансный трансформатор или трансформатор с заземленной серединой выходной обмотки. И, как в любом балансном устройстве, где один сигнал вычитается из другого, степень симметрирования (балансировки) может достигать 40...50 дБ .

   Балун тока - это либо развязывающий дроссель на кабеле, либо трансформатор с двумя разными обмотками. В Балуне тока принцип состоит в том, чтобы на пути паразитного тока асимметрии поставить большой реактивный импеданс: jXL большого дросселя  или -jXC малой межобмоточной емкости. Ток асимметрии не подавляется в ноль, а лишь ослабляется последовательным импедансом. 

   Поэтому при сопоставимых затратах на изготовление, балуны напряжения дают лучшее симметрирование. Но только на идеально симметричной нагрузке и на одном-двух соседних диапазонах (при изменении частоты нарушается балансировка"

В данном материале рассмотрим трехобмоточный балун или балун напряжения. 

Или структурно его можно изобразить так:

Две катушки (желтая и красная) используются в качестве прямого сквозного питания, одна для центрального проводника, а другая для внешнего проводника, они подключаются непосредственно к симметричной линии, а синяя катушка, компенсирующая, выравнивает напряжения относительно земли на симметричном выходе балуна. 

Показана принципиальная схема трехобмоточного балуна, нагруженного на измерительную оснастку (R1+R2). R3 и R4 представляют собой внутренние сопротивления векторного анализатора (VNA).

Показан результат моделирования трехобмоточного балуна   с коэффициентом связи между катушками равным 0,9, что соответствует хорошему воздушному трансформатору. Подавление синфазной составляющей изменяется от -30 дБ на 3.5 МГц, до -13 дБ на 28 МГц. (по DL2KQ)

Рассмотрим теперь конструктив такого БалуНа.

Для изготовления используется водопроводная неметаллизированная полипропиленовая труба с диаметром 2.5 см. Для катушек берется эмалированный провод с диаметром 1.5 мм. Количество витков каждой катушки девять. Перед намоткой в трубе подготавливаются отверстия с отступом равным ширине провода, и смещением около 5 мм по окружности трубы.

Я изготовлю макет БалуНа используя материалы, которые есть под рукой. Полиэтиленовая труба подходящего размера и эмалированный провод   с диаметром 1 мм. 

Длина укладки получится примерно 27 мм и около 10 мм я оставлю запас на различные неровности моего провода и учета толщины эмали.  Все обмотки укладываем последовательно.

У меня получилась такая укладка обмоток. 

Индуктивность каждой обмотки изготовленного балуна составляет около 1.5 мкГн. Данная величина связана с нижней рабочей частотой балуна, для представленного образца которая предполагается 80М. Трехобмоточный балун без сердечника, намотанный в три провода вносит в дифференциальную линию дополнительную индуктивность. Её величина определяется  формулой:

2L•(1 - k);

где:

L – индуктивность одной обмотки;

k – коэффициент связи между обмотками.

Балун с k = 0,9 (воздушный балун намотанный в три провода) и L = 1.5 uH внесет в линию только 0,3 uH.  

Соединяем пайкой выводы третей катушки с выводами первой и второй катушек. Присоединяем разъемы/ Получаем такой БаЛун. 

Самое время теперь провести измерение характеристик полученного макета БалуНа.

Сначала оценим потери в измерительных проводах

Коэффициент передачи получился в худшем случае -0.38 дБ, запомним, что такую величину ослабления вносят измерительные проводники.

Нагружаем симметричный выход на сопротивление 50 Ом, смотрим КСВ

КСВ в рабочей полосе частот от 3.5 до 28 МГц получился от 1.6 до 2.2. Повышенное значение  нас не должно беспокоить, так как БалУн будет подключаться к антенному тюнеру.

Подключаем БалУн для измерения коэффициента передачи

Коэффициент передачи в рабочей полосе частот от 3.5 до 28 МГц получился от -1.7 дБ до -0.9 дБ. Истинное значение  больше примерно на 0.38 дБ.  

Теперь нагружаем симметричный выход БалУна на измерительную оснастку и смотрим коэффициент подавления синфазного тока.  

Подавление получается около 20 дБ на всем КВ диапазоне.

Теперь мне осталось проверить возможность подключения БалуНа к симметричной антенне. 

Сейчас мы видим макет симметричной антенны, питаемой по симметричной линии.

От тюнера до трансивера сигнал будет передаваться по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом. (смотри фото вначале статьи)

После настройки, получим следующий график КСВ в рабочем диапазоне 10 метров.

Попробуем получить регистрацию сигнала с удаленного скиммера, в телеграфе. Выходная мощность 5 Вт. Получена регистрация сигнала от DD5XX из Германии:

Переключаем антенну на автономный маяк  и попробуем получить регистрацию сигнала с удаленного скиммера WSPR. Выходная мощность маяка не более 200 мВт. 

Посмотрим, сколько WSPR регистраций поступило в систему WSPRnet. 

Получено 55 регистраций за 5 циклов передач маяка

Как видим, даже через такую уменьшенную антенну получается передавать сигнал в эфир.  

Материал подготовил: Лавриненков Игорь / R2AJA

Для связи с автором есть почта: R2AJA at MAIL RU