Radio: Längd på bazooka-balun, vf för rör, balun generellt

[jadler]

1. När jag bygger en bazooka-balun (ett exempel finns på http://www.hamuniverse.com/doubletwinquad.html, ett annat på http://www.qsl.net/iz7ath/web/02_brew/1 ... 12_eng.htm) så skall balunen vara en kvarts våglängd, men är det en kvartsvåg för kopparröret eller för koaxialkabeln som går genom röret? Jag använder RG58 med VF 0,66 så det blir ganska stor skillnad.

2. ARRL:s antennbok har ett diagram som visar VF för antennelement relaterat till förhållandet mellan ledarens diameter och den aktuella frekvensens våglängd i vakuum.



Vet någon var man hittar en formel för detta förhållande? Jag skulle hellre räkna fram korrekt VF själv än att försöka få fram det ur ett diagram. Jag använder vanliga kopparrör med 12 mm ytterdiameter, och arbetar med antenner för 433,92 MHz. En halv våglängd i vakuum är ungefär 345,4 mm, detta dividerat med 12 mm ger ett förhållande på 28,8 som inte ens finns med i diagrammet. Skall min bazooka-baluns längd beräknas utifrån en kvartsvåg i kopparröret skulle jag behöva en korrekt VF (eller K-faktor) för denna ledare vid denna frekvens för att få hyfsad precision.

3. Jag vet att en balun, som namnet antyder, skall omvandla en balanserad signal till/från en obalanserad signal. När jag läser om baluner hittar jag också en del om att (vissa?) baluner skall förhindra s.k. common mode-strömmar att vandra tillbaka längs skärmens yta och slösas bort i och med att hela koaxialkabeln fungerar som sändarelement. Bazooka-balunen har jag förstått att specifikt motverkar detta fenomen. Jag tycker mig ana, men är inte säker på att, en luftlindad spole av koaxialkabeln så nära antennen som möjligt kan ha samma funktion, och jag gissar att ferrit-toroider runt koaxialkabeln också gör samma sak. Stämmer det?

Kanske en luftlindad koax-spole blir en RF-choke eller choke balun, som bara dämpar common mode-strömmar, utan att påverka signalens balansering? De exempel jag har sett handlar om lägre frekvenser än jag arbetar med, hur vet jag vilken diameter och antal varv jag skall använda vid en viss frekvens?

Det som brukar kallas för 4:1-balun, vanligen en halv våglängd koaxial som fördröjning för 180 graders fasskiftning, förstår jag att ger en balanserad signal från en obalanserad dito. Kommer denna typ av balun att dämpa common mode-strömmar?

Vissa baluner ger också en impedansanpassning, ovanstående 4:1-balun ger en impedans på den balanserade sidan som är fyra gånger impedansen på den obalanserade sidan. På http://yagi-uda.com/coaxial_balun.php finns en balun som också använder en λ/2 fördröjning för att balansera signalen, men med tillägg av två parallella λ/4-segment som sägs fungera som impedanstransformator, på deras sida finns exempel för 1:1, 1:2,25 och 1:1,77. Hur detta fungerar förstår jag inte alls än. Balanseringen är inget problem, men just impedanstransformeringsdelen förstår jag inte.

IW5EDI har en beskrivning (från I0QM) på en kaox-balun som balanserar genom ett 1/4 λ-segment och ett 3/4 λ-segment för att ge impedansanpassning 1:1, alltså oförändrad impedans. Jag har inte lusläst beskrivningen, men förstår ännu inte hur det fungerar, och även där är det impedansomvandlingen som jag inte greppar än.

Andra källor:
http://en.wikipedia.org/wiki/Balun
http://www.qsl.net/iz7ath/web/02_brew/1 ... 01_eng.htm
http://www.odyseus.nildram.co.uk/RFMicr ... Design.pdf
http://www.dxzone.com/catalog/Antennas/Baluns/
...och många andra sidor...

[SM3BDZ]

Trögt att få några svar på dessa frågor uppenbarligen. Kan nog bero på att området antenner och matchning är tämligen komplext. Utan att göra anspråk på att bringa total klarhet i dina frågeställningar, dristar jag mig ändå till att ge några svar.

1.)
I bazooka-balunen i ditt exempel är det kopparrörets längd som ska vara 1/4 våglängd. Du skall alltså inte ta hänsyn till koaxialkabelns VF i detta sammanhang.

2.)
Jag har inte heller någon formel för att beräkna VF, utan stödjer mig oftast på nomogram och tumregler. I praktiken torde det dock inte ha någon avgörande betydelse, då de flesta matematiska relationer utgår från att antennen befinner sig i fria rymden och i vakuum, vilket sällan är fallet i praktiken... Ett sätt att mäta att du har rätt längd på kopparröret är att mäta vilken resonansfrekvens det har i aktuell konfiguration, med en antennmätbrygga av något slag.

3.)
Det stämmer att en spole av koaxialkabeln eller ett antal ferriter trädda över kabeln vid antennens matningspunkt, fungerar som sk strömbalun och hindrar common mode strömmar/mantelströmmar på koaxialkabeln. Dessa tvingar då även strömmarna i balans eftersom balunen utgör en hög impedans för de strömmar som vill gå (tillbaka) på skärmens utsida.

När det gäller den 4:1 balun du beskriver, så är jag lite osäker om den förhindrar common mode strömmar. Jag tror inte att den gör det.

Impedanstransformeringen i dina exempel bygger på kvartsvågstransformatorer. Enkelt förklarat fungerar dessa på följande sätt: Antag att vi vill anpassa 100 ohm till 50 ohm. Detta kan man då uppnå med en kvarts våglängd koax vars karakteristiska impedans är lika med medianvärdet av de två olika impedanserna = 75 ohm. Alltså kan en kvarts elektrisk våglängd av 75 ohms koax transformera mellan 50 och 100 ohm.

För att anpassa mellan t ex 25 ohm till 50 ohm skulle man då behöva en kvarts våglängd koax med karakteristisk impedans 37,5 ohm. Denna kan man då erhålla genom att parallellkoppla två st 75 ohms kablar som är en elektrisk kvartsvåg långa.

Hoppas att detta bringade någon klarhet i dina funderingar!

[xxargs]

inga svar men....

Teorier av den här typen är sannerligen inget man lär sig på en kafferast utan är något man måste pyssla och fundera under lång tid, kanske jobba med det yrkesmässigt med bra instrument (läs nätverksanalysator) och arbeta med polär och Schmitdiagram, innan 'aha' uppnås - om alls...

komplex matematik-beräkning är också ett 'måste' om man verkligen vill försöka förstå och många av nomogramen och summaformlerna är förenklingar från otaliga praktiska tester och inte alltid har någon full analys bakom.

I jänkarnas böcker så slåss man också ofta med alla konstanter som stoppas in här och där för att gömma konvertering av sina inch och foot till egentligen metriska enheter fast dom inte vet om det i sina formler och är därför extra svåranalyserade då den skrivna konstanten kan vara sammanslagning av fler olika konstanter som PI i kombination med foot i kvadrat delad med inch från olika delar i formeln etc.

Ferriter omkring och linda koax i spolar är ett sätt att skapa balun då den ökade induktansen ser till att elektronerna som trycks igenom mittledaren gör att exakt samma antal elektroner dras i motsatt riktning på insidan av skärmen pga. den magnetiska kopplingen tvärs över och därmed uppnår man balans - dvs. att strömmarna inte går en 3'-väg som tex. utsidan av koaxkabeln, för då börja det stråla...

Vill man ha större och bredbandigare balunverkan så är nog ferritklampar att föredra framför att linda själva koaxen.

Baluner som 4:1 i antennstruktur är sannerligen inte lätta att förstå sig på då man både balansera och impedansomvandlar på samma gång då i antennstrukturer så måste man ha sin balansering och impedansomvandling på exakt rätt ställen med spröten omkring då allt har koppling mot varandra mer eller mindre och att sätta en ferritbalun en kort bit längre bort på coaxkabeln som alternativ för kabelbalunen gör inte rätt verkan och antenn fungerar dåligt. Antenner och kavitetsfilter är egentligen två sidor i samma mynt, i ena fallet så stålar det i ett totalreflekterande utrymme för minsta möjliga förlust och den andra så vill man inte ha tillbaka något alls helst och i båda fallen - speciellt om man har trimmat filter - så vet man att geometrierna mellan dom olika kopplande elementen (antennspröt resp resonansstavar och portar i kavitetsfilter) är skitgriniga rent geometriskt och det behövs inte mycket fel på ett enda ställe för att hela strukturen kollapsar funktionellt och inte gör alls det som den var tänkt.



Vill man fördjupa sig teoretiskt matematiskt och skaffa sig mentala verktyg att ana till sig hur det egentligen fungerar så hade jag i allafall utbyte av David M. Pozar Micorowave Engeneering. Att förstå hur sådant fungerar handlar om till stor del om att förstå, impedanser, transmissionsledningar och kopplingsstrukturer - och jag rekommenderar verkligen en miniräknare/program som kan räkna komplexa tal lika enkelt som reella tal när man klurar på formlerna i böckerna och försöker med egna exempel som tex. dina problem (då är man motiverad att arbeta med formlerna, det är en sak att slöläsa dessa när man läser boken pärm till pärm, helt annan sak när man tvingas att arbeta med dessa...).

Att mäta är att veta och det gäller dessvärre även här och jag som har tillgång till nätverksanalysatorer på jobbet för en halv miljon i nypris så är det möjligt att kolla upp impedanserna vart efter man bygger - dock antenner är inte lätt ens med nätverksanalysator att få koll över...

Men läget är annorlunda när man bygger i 'blindo' och då får man gå på dom tumregler som finns för att i allafall komma i närheten av rätt värden.

Lycka till

[Mindmapper]

När det gäller den 4:1 balun du beskriver, så är jag lite osäker om den förhindrar common mode strömmar. Jag tror inte att den gör det.

Jag har inte hållit på med antenner på länge men kommer ihåg så mycket att jag kan hålla med om det SM3BDZ skrev.
Kommer också ihåg att röret som är en 1/4 våglängd kortsluter strömmarna som försöker gå på utsidan skärmen. Därmed borde den väl förhindra common mode strömmar.

Själv har jag ingen bra erfarenhet av någon annan typ av matchning till antenner (på lite högre frekvenser) än baluner av kabeltyp. De flesta ggr jag använt mig av rör i matchningen har jag inte fått bra resultat. Oftast har matchningen fungerat men förlusten i matchningen har varit större än i motsvarande baluner av kabeltyp. Men högt upp i frekvens blir kabelförlusten högre. Om man då inte har högkvalitativ kabel blir det höga kabelförluster där också.

[SM3BDZ]

Mmm...enkelt är det sannerligen inte. Att mäta är förvisso att veta, men det gäller då även att veta vad man mätt!

I ett försök att "dra essensen" ur ditt inlägg xxargs, så kommer jag dessvärre till korta. Har svårt att förstå din jämförelse antenn - kavitetsfilter då dessa komponenter inte har någon egentlig relation mer än att båda är relaterade till arbetsfrekvens och relevanta fysikaliska lagar.

[SM3BDZ]

xxargs:
"Baluner som 4:1 i antennstruktur är sannerligen inte lätta att förstå sig på då man både balansera och impedansomvandlar på samma gång då i antennstrukturer så måste man ha sin balansering och impedansomvandling på exakt rätt ställen med spröten omkring då allt har koppling mot varandra mer eller mindre och att sätta en ferritbalun en kort bit längre bort på coaxkabeln som alternativ för kabelbalunen gör inte rätt verkan och antenn fungerar dåligt. "

?? Utveckla gärna vad du menar med ovanstående. "impedansomvandling på exakt rätt ställen"? "med spröten omkring"? "ferritbalun en kort bit längre bort"?