ред.11.07.2022

20.06.2020

Попытка сделать балун, аналогичный конструкции Diamond BU-50.

В сети есть фото аналогичного балуна BU-55 в разобранном виде по которому можно понять принцип изготовления данного устройства.

К сожалению, не удалось узнать, какой именно феррит использует фирма Diamond. Я попробовал сделать похожий балун на отрезке феррита марки 400НН от старых вещательных приёмников. В качестве материала использовал обмоточный провод диаметром 1мм, смотанный с дросселя компьютерного блока питания. В общем, всё за три копейки, как я люблю...

Сама идея повторения данной конструкции заключается в том, что такой балун имеет, на мой взгляд, несколько очень важных положительных свойств. 

1.Гальванически, полотно антенны получается заземлённым (при условии, что заземлён корпус передатчика), в результате чего, проблема с накоплением статики решена достаточно эффективно. За несколько лет непрерывной работы антенны IV-40m с балуном Diamond BU-50 в паре с WebSDR-приёмником ни разу не возникло аварийной ситуации с выгоранием входных цепей и прочими прелестями.

Аналогичная антенна у которой фидер у полотна намотан на ферритовом кольце (а ля симметрирование) и гальванически соединён с полотном - бьёт статикой при малейшем намёке на грозу, ветер, снег, т.к. на том отрезке полотна, которое присоединено к центральной жиле, накапливающийся заряд может не стекать на корпус в силу определённых схемных решений входных цепей... Поэтому, иногда ставят дроссели на землю, разрядники и т.п..

Если антенный разъём с любым типом согласования-симметрирования фидера и антенны какое-то время "висел в воздухе", то сначала необходимо поднести его к шасси, чтобы произвести заряд возможно накопившейся статики.

2.Сигнал не передаётся через фидер к полотну через индуктивную связь посредством сердечника феррита, что значительно увеличивает максимальную подводимую мощность. Позже, когда я установлю данный балун на реальную антенну, где сейчас установлен бинокль с двумя обмотками и индуктивной связью фидер-полотно - сниму характеристики нового балуна на предмет разницы в полосе пропускания двух вариантов симметрирования антенны с коаксиальным фидером. Предполагаю и надеюсь, что в случае с новым балуном полоса будет шире...

3.Конструкция в виде стержня свободна от всевозможных намагничиваний, которым подвержены замкнутые кольца. 

4.Функция симметрирования, так же, является очень важным качеством такого балуна.

Балун 1:1 (он же ШПТЛ) выполняется по следующей схеме:

Моя конструкция без корпуса имеет следующий вид:

Обмотка состоит из восьми витков и выполняется в три провода, соединение обмоток видно из представленного фото. К верхним выводам подключается полотно антенны, к коаксиальному разъёму - фидер. Получилось так, что я намотал балун в другую сторону, нежели выполнен BU-55, но сути дела это не меняет. Два нижних провода запаяны на корпус разъёма SO-239. Паять лучше с флюсом ЛТИ-120 или с кислотой. Я мучился с канифолью и 100-ваттным паяльником.

Вот, кстати, типовая схема данного балуна, которую можно найти в разных интерпретациях:

Здесь автор предлагает наматывать 13 витков. На одном из форумов есть информация о хорошем результате с 10-ю витками. Предполагаю, что можно экспериментировать до получения желаемого результата и с кол-вом витков и с толщиной провода и с ферритом...

Характеристика в полосе до 30МГц моего варианта выглядит следующим образом:

Начиная с диапазона 80м, характеристика вполне приличная.

Например, характеристика в области диапазона 80м:

Характеристика в области диапазона 40м:

Позже, графики были обновлены с применением переходника PL-259_PL-259. Первоначально, использовался имеющийся под рукой соединительный кабель 0,9м.

В целом, результатом я доволен, т.к есть идея установить подобные симметрирующие устройства на две антенны - IV-40m и IV-80m. Планирую сделать это в ближайшее время...

28.06.2020

Произведена замена балуна на ферритовых трубках от мониторных кабелей антенны Inverted-V, установленной на дачном участке, на данный балун. 

После настройки частоты резонанса путём подбора длины плеч полотна антенны, получен следующий результат:

Увеличение области с участком диапазона 80м:

Видео процесса установки балуна на антенну Inverted-V. Часть-1:

Часть-2:

Часть-3:

Ссылка на I/Q-файл записи приёма на данную антенну.

Поправки и разъяснения к роликам:

1.Стеклопластиковая мачта была установлена в 2010-м году.

2.Используемая мною длина фидера, согласно разметке на изоляции, составляет 53м (по уточнённым данным). В эту физическую длину кабеля укладывается два отрезка с электрической длиной пол-волны для частоты 3,7Мгц (300000м/с / 3700кГц / 2 x Ку) с учётом реального коэффициента укорочения данного кабеля марки РК-50-3-18 равного 0,68 (на видео ошибочно указан Ку=0,73). Одного отрезка кабеля в 26,5м не хватает от точки подключения к балуну до шека, поэтому пришлось использовать двойную длину. В эту же физическую длину кабеля укладывается один отрезок с электрической длиной в пол-волны для диапазона 160м (примерно, 1,85МГц) и три отрезка в пол-волны для частоты 11,1МГц, не представляющей интереса для радиолюбителей, т.к. данная частота не попадает в диапазон 30м (больше на 1МГц). Поэтому, в выбранном участке сканирования 1-6МГц отображаются все три перечисленные выше области для конкретного отрезка кабеля. Для диапазона 40м с центральной частотой 7,1МГц понадобился бы отрезок кабеля с минимальной длиной 14,4м (для моего кабеля с Ку=0,68), а если использовать имеющийся отрезок фидера, то его можно наращивать до длины 57,5м и получить необходимую физическую длину фидера, в которую будет укладываться четыре отрезка в пол-волны для частоты 7,1МГц. При этом, область с отсутствующей реактивностью фидера будет заметно шире диапазона 40м. Для соединения двух и более отрезков кабеля с разъёмами PL-259 можно использовать переходник с двумя разъёмами SO-239. 

Довольно часто радиолюбители устанавливают на одной мачте два полотна для диапазонов 40м/80м, подключенных к одному фидеру ("запитанных одним кабелем"), но мало кто задумывается, что для работы в режиме бегущей волны, длина фидера для каждого диапазона должна быть своя. Этот момент можно учитывать, путём наращивания длины фидера при переключении на диапазон 40м, при этом, исходная длина фидера должна составлять не менее одного отрезка в пол-волны для диапазона 80м.

3.Используемые такелажные изоляторы называются ИТО-2.

4.Приведена ссылка на I/Q-файл, записанный несколько позже в тот же день, нежели показанный на видео Части-3, т.к. к тому моменту прохождение улучшилось.

08.07.2020

О варианте симметрирующего балуна для согласования диполя (~72-75Ом) с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 75Ом или 50Ом.

В первом случае, можно выполнить аналогичный балун 1:1, главной задачей которого будет симметрирование. Можно попробовать поставить запорный дроссель на ферритовом кольце. При этом, для соблюдения условий согласования, необходимо использовать и ВЧ-разъёмы 75Ом и выходной каскад должен быть рассчитан на это сопротивление. Самый простой вариант - ламповый оконечный усилитель с П-контуром.

Во втором случае, помимо симметрирования, необходимо произвести ещё и трансформацию сопротивлений 50Ом к 75Ом. Казалось бы, коэффициент трансформации по сопротивлению составляет 1,5. Однако, это совсем не значит, что разница в кол-ве витков трансформатора будет составлять тоже 1,5. Дело в том, что здесь имеет место квадратичная зависимость изменения сопротивления при изменении напряжения.

ШПТЛ (широкополосный трансформатор на линиях) 1:4 трансформирует сопротивление в 4 раза, но напряжение на входе и выходе различается вдвое, т.е. Uвх/Uвых=1:2=1/√4

Почему так - это следует из закона Ома и закона сохранения энергии, как бы высокопарно это не звучало.

Пример: ВЧ-сигнал с эффективным (здесь и далее) напряжением 10В подаётся через коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50Ом на вход ШПТЛ с коэффициентом трансформации по сопротивлению 1:4. На выходе ШПТЛ подключена нагрузка с сопротивлением 200Ом. Источник сигнала "видит" нагрузку R=50Ом. В этом случае, подводимая на вход ШПТЛ мощность составляет Pвх=UэффxUэфф/R=2Вт.

Если ШПТЛ выполнен правильно, то он должен передать эту же мощность в нагрузку с минимальными потерями, которыми в данном примере можно пренебречь - Pвх ≈ Pвых...

Исходя из того, что активное сопротивление нагрузки Rн у нас составляет 200Ом - напряжение на выходе ШПТЛ равно корню из произведения мощности на сопротивление, т.е. Uэфф=√(PвыхxRн). Получаем 20В, что вдвое больше значения входного ВЧ-напряжения. Эта формула выводится следующим образом:

P=UxI, I=U/R, U=IxR => P=IxIxR или P=UxU/R => U=√(PxR)

В данном примере мы знаем напряжение и сопротивление на входе, мощность и сопротивление на выходе. Остаётся посчитать напряжение на выходе. Сопоставив соотношение напряжений и сопротивлений на входе/выходе увидим квадратичную зависимость изменения сопротивления при изменении напряжения. Т.е. при изменении напряжения вдвое, сопротивление изменяется вчетверо. При изменении напряжения втрое - сопротивление изменяется в девять раз и т.д..

Теперь - самое интересное - найти коэффициент трансформации Ктр по напряжению для ШПТЛ при соотношении сопротивлений 1:1,5 (50Ом к 75Ом).

Исходя из примера, описанного выше, необходимо извлечь квадратный корень из 1,5 - получим Ктр=1,22. Именно такое соотношение по напряжению необходимо получить в ШПТЛ. Но, поскольку, он ещё должен обладать свойством симметрирования - подключать источник и нагрузку к ШПТЛ нужно в соответствующих долях, причём должна иметь место симметрия при подключении нагрузки относительно оплётки/корпуса несимметричного фидера. Как правильно утверждает RX3AKT, пропорция должна составлять 5:6.

Действительно, значение Ктр=1,22 можно условно разделить на шесть долей, при этом, пять долей отвести на входную цепь, а шесть - на выходную. Автор предлагает следующую схему подключения:

Здесь видно, как выполняется данное соотношение, нагрузка же подключена симметрично (по три доли) относительно оплётки несимметричного кабеля. 

Остаётся только правильно реализовать данную идею на практике. О том, как предлагается исполнить данный ШПТЛ указанно по ссылке выше...

11.07.2022

Сделал балун 1:1 не на стержне, а на ферритовых трубках от мониторных кабелей. Обмотки выполнены тремя свитыми медными одножильными проводами диаметром 1мм при длине каждого провода около 30см. Обмотка содержит 2 витка. Характеристика балуна получилась несколько лучше в НЧ-области и несколько хуже в области выше 15МГц.

07.08.2022

Балун проверен в работе с антенной Inverted-V 40m. Во время отпуска ездил в 6-й район и несколько раз удалось поработать /P.

Продолжение следует...