Tento článek vznikl
jako podnět a informace pro "bastliče", kteří váhají nad tím, zda balun
koupit, či vyrobit. Nebo pro ty, co se již rozhodli jej vyrobit a "ono
furt nejede...". Cílem článku není ohromit čtenáře technickými pojmy a
následně je na něj vypustit jako hlídacího psa, nýbrž co
nejsrozumitelnější formou vysvětlit podstatu věci. Mohu jen doporučit
přečtení též Frantova článku o
balunech a ununech. Stejně tak je užitečný článek Mirka
OK2BUH.
V tomto článku nehci psát zbytečně to, co už jednou někdo napsal a
proto
budu předpokládat, že výše odkazované články si čtenář již přečetl,
nebo tak učiní.
Trocha
teorie na začátek.
Tedy o co jde a proč (nebo kdy) je balun potřeba. Balun
je buďto transformačním členem (lze si představit jako obyčejný
transformátor mající primární a sekundární napětí) a nebo blokací /
filtrem pro plášťové proudy. Toto je nejběžnější použití v
radioamatérské praxi.
Pojem balun je zkratkou BALanced-UNbalanced, tedy transformace mezi
vyváženou (dipól, dvojlinka) a nevyváženou stranou (koaxiál). Stejně
tak pojem UNUN je
zkratkou od UNbalanced-UNbalanced, tedy transformace mající na obou
stranách
nevývážený zdroj (koaxiál). Proto by se správně proudový balun měl
nazývat ununem, ale
v běžné mluvě se tak neděje a tento prohřešek je většinou tolerovaný.
Proudový
balun
Nejjednodušším balunem je tzv. proudový bylun a to v konfiguraci 1:1.
Tento balun se používá na zastavení šíření plášťových proudů, které se
šíří pláštěm
(tedy stíněním) koaxiálního kabelu a vyzařují VF pole do svého okolí -
ideální zdroj rušení pro všechny ostatní a nejlepší cesta ke zhoršení
sousedských vztahů. Používá se nejčastěji u dipólových antén, ale lze
jej použík u jakékoli antény. Je mýtem, že plášťové proudy vznikají jen
tehdy, má-li anténa špatné PSV. Anténa může mít PSV dobré a přitom
koaxiál může vyzařovat lépe než anténa samotná. Čím to je? Protože
anténě chybí dostatečná protiváha a tak si "vypomáhá" koaxiálem. Takže
abychom zabránili tomuto nechtěnému jevu, připojíme hned za anténu
tento balun. Jeho konstrukce je opravdu jednoduchá. Používají se na to
ony nacvakávací ferity, hojně prodávané na burzách. Stačí nacvakat
několik feritů (počet závisí na použitém kmitočtu a je nepřímo úměrný
kmitočtu) na koaxiální kabel a balun je na světě. Ideální řešení pro
(například) 5/8 na 28 MHz. Hned za konektor PL stačí nacvaknout tři
ferity a je po plášťových proudech. Pro nižší kmitočty (například 18
MHz) bude těchto feritů potřeba více. Důležité je nacvaknout ferity co
nejblíže sobě.
Složitější konstrukcí je namotání tenkého koaxiálního kabelu na
feritové, nebo železoprachové jádro. Na to se hodí spíše tenký
koaxiální kabel o
vnějším průměru 3 mm. Je třeba vzít ale v úvahu výkon, jaký zamýšlíme
tímto balunem prohánět a podle toho volit koaxiál. Pro výkony do 100W
by mohl postačit RG-174, ale pro větší výkony je třeba nějaký lepší s
teflonovým dielektrikem. Čím více závitů navineme, ním nižší kmitočty
balun utlumí. Tedy například 10 závitů zastaví plášťové proudy na 7
MHz, ale ne na 3.5 MHz. Nicméně třeba již 20 závitů 3.5 MHz utlumí
spolehlivě. Počet závitů je dán potřebnou indukčností cívky, která nám
takto na koaxiálu vznikne. Čím více závitů se na jádro vejde, tím vyšší
bude indukčnost a tím nižší bude kmitočet, na kterém tento balun bude
funkční. Železoprachová jádra mají nižší permeabilitu než feritová a
proto pro dosažení stejného výsledku je na železoprachové jádro nutno
namotat
více závitů, než na jádro feritové.
Tou "nejsložitější" variantou je namotání dvou bifilárních vynutí na
jádro. Buďto opět železoprachové toroidní a nebo feritové dvouděrové.
Feritové dvouděrové trafo má několik výhod. Lze jej vyrobit ze dvou
nebo více kusů nacvakávacích feritů - tedy dostupný a i levný materiál.
Druhou výhodou je nutnost vynutí menšího počtu závitů. No a poslední
výhodou je fakt, že takto lze jednoduše vyrobit širokopásmový balun,
který pokryje pásmo krátkých vln při zachování rozumných parametrů.
Napěťové
baluny
Ty se nejčastěji
používají pro transformaci impedance. Praktickým
příkladem může být anténa LongWire
nebo Windom.
Obecně lze říci, že nutnost transformovat impedanci vzniká při použití
antény s rozdílnou impedancí oproti zařízení. Teď se dostáváme na
rozcestník jak, tedy spíš čím, impedanci transformovat. Někteří HAMové
preferují použití tuneru (ať už se jedná o LC, T nebo Pí článek) a jiní
(tak jako já) se použití tuneru sice nebrání, ale snaží se jeho použití
co nejvíce vyhnout.
Uvedu příklad:
Natáhnu si 25 metru drátu jako anténu typu LongWire. Její impedance je
značně závislá na výšce nad zemí, použitém kmitočtu, vlhkosti
--> vodivosti země, erupcích na slunci a kdo ví na čem ještě.
Ale tak nějak se uvažuje kolem (ale velmi hrubě) 450 Ohmů. Mám tedy
tedy dvě možnosti. Použít nějaký přizpůsobovací člen (LC, T, Pí) anténu
"doladit", ale za cenu ztrát v tuneru a nutnosti mít tuner přímo u
antény a tedy nějaký dálkově ovládaný. Nebo impedanci tranformovat
balunem, který se nemusí pro každý kmitočet zvlášť dolaďovat a vše se
tak zjednoduší. Vezmeme-li do úvahy "tabulkovou" impedanci LongWire
jako 450 ohmů a impedanci zařízení (TRX, PA) 50 Ohmů, vychází nám poměr
1:9. A to je přesně poměr, nejčastěji používaný u LW antény. Jak jsem
psal výše, tak napěťový ("transformační") balun je jako transformátor.
Jen místo 230
Voltů na primáru má 450 Ohmů na primáru a na sekundáru není 12 Voltů,
ale 50 Ohmů. Prostě tranformuje jinou veličinu. No a co z toho plyne?
Že jsem k 25m drátu připojil balun 1:9 a dál pokračuji už koaxem 50
ohmů. Tuneru se při anténě LW nevyhnu, protože impedance se bude měnit
s pracovním kmitočtem. Ale tuner již mohu mít u rádia --> jednodušší
obsluha a levnější tuner; a 50ti Ohmovým koaxem budu k tuneru "tlačit"
třeba i impedanci 80 ohmů, ale to je už něco úplně jiného, než kdybych
balun nepoužil vůbec a cca 450 Ohmů impedance LW antény se snažil
protlačil 50 Ohmovým koaxiálem. Ano, toto zvěrstvo proti fyzice jsem
již taky viděl, ale to je odstrašující příklad.
Pro různé antény se používají baluny různých převodních poměrů a tedy
jiných elektrických zapojení. Funkce však zůstává stejná.
Přistupme k praxi