L'accrocco che si vede in foto e' un trasformatore di impedenza 3:1 (si, avete letto bene, tre:uno) da me montato diversi anni fa per adattare a 50 Ohm il mio dipolo OCF troppo basso per poter usare un 4:1.
Non e' un Balun, non e' un UN:UN, ma e' un trasformatore....ma che differenza c'e' ?
Partiremo da questo per una carrellata sui vari tipi di "oggetti elettrici" che permettono di modificare un' impedenza e/o di accoppiare un'antenna a una linea di trasmissione.
Una prima distinzione va fatta tra Balun e UnUn
Balun (a volte pronunciato e anche scritto BALUM, (o baloon) come se fosse il nome di un clown del circo),
e' la contrazione di Balanced-UnBalanced
LE VARIE TIPOLOGIE
BALUN
Un balun (BAL-UN) effettua un adattamento tra una porta bilanciata e un'altra sbilanciata, o viceversa
A sua volta un balun puo' essere un balun in corrente (forza la stessa corrente sull'uscita bianciata) o un balun in tensione (forza la stessa tensione sulle due uscite bilanciate).
I Balun, cosi' come pure gli UnUn, possono essere progettati in modo tale da operare anche una trasformazione di impedenza tra una porta e l'altra.
Attenzione, pero': i balun (o l'Unun) operano correttamente la trasformazione di impedenza solo se le impedenze in ingresso e in uscita sono quelle per cui il trasformatore e' stato progettato !!
Esempio: un balun fatto per trasformare 200 Ohm in 50 Ohm (4:1), NON funziona correttamente per trasformare 600 Ohm su 125 Ohm. Questo perche' l'avvolgimento di impedenza caratteristica Zt, avvolto secondo il principio delle linee di trasmissione, deve rispettare il rapporto di impedenze Zt = RadiceQuadrata(Z1*Z2) .
Inoltre: qualsiasi balun non opera correttamente in presenza di forti componenti reattive sulle due porte di ingresso e uscita.
Esempio di balun in corrente : il Balun 1:1, detto choke, avvolto in maniera da forzare la stessa corrente sulla linea. Esempio di balun in tensione : il balun 4:1 usato per abbassare l'impedenza di una linea a 450 Ohm.
UN-UN
Effettua una trasformazione tra due porte sbilanciate.
Applicazioni comuni per il radioamatore
- UnUn 4:1 per antenna Ribakov (filo verticale, senza piano di terra) cioe' canna da pesca ----> cavo coassiale
(nonostante questa applicazione sia molto comune in rete, NON e' affatto detto che funzioni bene in tutti i casi. Dipende dalla impedenza presentata alla base del filo, e quindi dalla lunghezza dell'antenna stessa.
- Current Choke per l'attenuazione delle correnti di modo comune nel cavo coassiale
Esempio di applicazione di un balun 1:1 (choke) per bloccare le correnti di modo comune sul cavo coassiale. Perche' ci sono correnti di modo comune sulla calza del coassiale ? Leggi QUI.
Dipolo (Bilanciato) ----> Coassiale sbilanciato
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O
Schema di UN-UN spesso usato nelle antenne canne da pesca.
Questo tipo di trasformatore effettua una trasformazione di impedenza 4:1
La sua efficienza dipende dal materiale usato e dal numero di spire.
La sua funzione dovrebbe essere quella di abbassare i valori di impedenza per renderli gestibili dall'acccordatore della radio.....ma spesso non va proprio così.....perchè? (vedi QUI).
TRASFORMATORE
E' il caso classico del trasformatore , essendo un "trasformatore" generico, non avvolto come una linea di trasmissione, con un primario e un secondario, in cui valgono le leggi del trasformatore (ideale).
Non e' necessario per la trasformazione di impedenza che ci sia un nucleo "magnetico": la trasformazione di impedenza vale anche nel trasfo in aria (purche' il primario e secondario siano sufficientemente accoppiati).
Per il rapporto di impedenze tra primario e secondario vale la solita legge del trasformatore : Z2/Z1 = (N1/N2)^2
LE FERRITI
Le ferriti che servono al radioamatore per adattare le antenne e i carichi possono essere fatte con materiali a permeabilita' medio-alta (cosiddette ferriti in senso stretto) come, ad esempio, i classici toroidi
FT240-43 / FT240-61 / FT240-31
oppure materiali con permeabilita' medio-bassa in polvere di ferro (pulviferro, o iron-powder), ad esempio i classici toroidi:
T200-2 (rosso) T200-6 (giallo)
....
>>>>> Nota: le prime cifre (240, 200) si riferiscono al diametro in mil), la seconda cifra si riferisce al tipo di materiale.
< Un esempio di toroide T200-2
Il materiale di tipo 2, in polvere di ferro, e' usato principalmente per frequenze tra i 3 e i 30 MHz e per circuiti risonanti o trasformatori di impedenza..
La bassa permeabilita' del materiale tipo 2 (u = 10), NON lo rende adatto per bloccare le correnti di modo comune (choke di corrente).
E' possibile usarlo per trasformatori di impedenza in grado di sopportare alti flussi magnetici senza saturarsi. Il suo limite e' dato dalla bassa permeabilita' che, per frequenza basse (minori di 3-4 MHz), richiederebbe un alto numero di spire per ottenere la necessaria impedenza.
<- Un esempio di choke costruito usando un toroide con materiale 43.
La permeabilita' medio-alta (u=~850) permette di ottenere una impedenza di blocco sufficiente (a frequenze tra 7 e 14 MHz) con un numero limitato di spire.
Il numero di spire (e la tensione) determinano il flusso magnetico, che deve essere mantenuto nei limiti sopportabili dal materiale per evitare la saturazione e il surriscaldamento del nucleo.
Infatti la ferrite ha generalmente perdite piu' elevate rispetto alla polvere di ferro. Questo in linea generale!
Tra i vari materiali, comunque, il tipo 61 ha minori perdite rispetto al materiale 43 o 31, ed e' spesso usato nei Balun in un range 14 - 50 MHz
Esempio di applicazione
Esempi di applicazione con l'uso di un tool semplice come "miniRC - Calculator".
https://www.dxzone.com/dx14318/mini-ring-core-calculator.html
Vogliamo realizzare un choke che abbia una impedenza di blocco di almento 4 KOhm a 7 MHz, con una tensione di linea di 320 Volt (calcolata in base alla potenza e all' SWR)
Il toroide T200-2 richiederebbe 91 spire !! Impossibile da realizzare e, soprattutto, si avrebbe una capacita' interspira notevole data dalle numerose spire, il che limita la frequenza di applicazione.
Il toroide in ferrite materiale -43 richiede 10 spire per ottenere la stessa impedenza, ma il flusso generato (61 Gauss) supera quello massimo consentito, dal tipo di materiale, che va in saturazione.....(continua)...
Calcolo del choke con il toroide T200-2 .
Notare il numero impraticabile di spire!!!!
Le bacchette in ferrite......che materiale ? Vantaggi ?
Di solito sono ferriti in Zinco-Manganese, materiale di tipo 43, tal volta 61, o simile, pertanto vanno bene per costruire dei balun di corrente (choke), o per i soliti UN-UN 4:1 usati per le cosidette "canne-da-pesca", e possono presentare perdite elevate.
La loro dubbia efficacia come adattori di impedenza per le verticali canna da pesca (o Ribakov) necessita di una analisi specifica, che potete leggere nell'articolo del blog QUI
Un sito dove si possono trovare informazioni attendibili sui vari tipi di ferrite insieme ad una analisi dei choke e' il seguente (in inglese) :
(grazie a G3TXQ, SK)
http://www.karinya.net/g3txq/chokes/
Notiamo la legenda in basso con la scritta Rs > Xs. Cosa vuol dire? Rs e' la resistenza offerta dal choke che dissipa l'energia dovuta alla corrente di modo comune. Xs e' la reattanza serie (principalmente INDUTTIVA) del choke che NON dissipa energia ma produce uno sfasamento tra tensione e corrente.
Tale reattanza Xs, se accoppiata in modo coniugato con la reattanza capacitiva dell'antenna+cavo, puo' portare paradossalmente ad un AUMENTO della corrente di modo comune.
Le correnti di modo comune
La spiegazione del fenomeno, in parole semplici e' la seguente: in un conduttore (nell'esempio, la calza del coassiale) le correnti scorrono sulla superficie. La calza del cavo si comporta quindi come due conduttori nei quali scorrono due correnti, una corrente sulla superficie esterna e una sulla superficie interna. La corrente sulla superficie interna insieme a quella sul centrale del cavo formano la corrente di modo differenziale, uguali e contrarie nella direzione.
La corrente sulla superficie esterna non e' compensata da nessuna corrente uguale e di verso contrario, pertanto scorre sulla calza e modifica il diagramma di radazione dell'antenna, oltre al fatto che induce rumore in stazione (sul microfono, la radio, etc)
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