Bredbandiga symmetritransformatorer (baluntransformatorer) för kortvåg

För övergång mellan koaxialkabel och sådan balanserad belastning som en halvvågsdipol utgör, behövs en symmetritransformator vid matningspunkten för att inte koaxialkabelns skärm ska leda HF på utsidan. Om den gör det är det stor risk att skärmen plockar upp oönskade signaler från den elektriska störningsdimma som numera omger hus, och sådant skräp kan komma att kopplas till den antennhalva som är ansluten till kabelns innerledare. HF-ström på skärmens utsida kan dessutom vålla bekymmer vid förläggning med annat kablage, genom strålning störa hemelektronik i huset, göra att man bränner sig på HF när man hanterar sin radiosändare och vålla problem med ostabil strömförsörjning eller brända dioder i ståendevåg-mätare.

Ruthroff 1:1 balun
Ruthroff 1:4 balun

Två konstruktionsprinciper förekommer, båda förutsätter att ferritkärna i spolen används för att den spärrande induktansen ska bli tillräckligt hög och för att transformatorn ska fungera över ett stort frekvensområde. Den ena är benämnd efter upphovsmannen Ruthroff.
Ruthroff-balunen 1:1 lindas med tre parallella trådar på ferritstav, två trådar ligger så tätt intill varandra att de bildar rätt impedans och den tredje tråden förläggs mellan de täta paren där den utgör en elektrostatisk skärm förutom att den utgör en returledare för magnetiseringsströmmen. Denna typ kallas spänningsbalun, om man seriekopplar två 25-ohmsmotstånd med mittpunkten jordad uppträder lika stora spänningar över motstånden. Det råder delade meningar om behovet av den tredje lindningen, men det är så baluntypen är utförd. Ruthroff-balunen 1:4 lindas med trådar vars impedans är det geometriska medelvärdet mellan in- och utimpedans, dvs 100 ohm för 200 ohms belastning. Lindningens reaktans ska i båda fallen vara minst fem gånger högre, helst tio gånger högre, än den impedans balunen är ansluten till. Det behövs därmed minst 15 µH, helst 30 µH, på 3,5 MHz om den är ansluten till 50 ohm.

Min gamla Ruthroff-balun 1:1 för 7-28 MHz med 80-ohmslindning och blanktråd för returledning.
Svebry-balun från 1970-talet för 14-28 MHz med trifilärlindning 9 varv utan kärna.

Jag tog ut spolen från en Ruthroff-balun som en gång såldes av Svebry, induktansen är endast 1 µH (knappt 100 ohm på 14 MHz) eftersom den saknar ferritkärna och kompensationstråden är felaktigt lagd mellan de två trådar som ska ha korrekt inbördes impedans. Det var så man gjorde förr enligt publicerade beskrivningar, i brist på bättre kunskap och sofistikerade mätinstrument. Nu innehåller den en korrekt utförd trifilärlindning på två parallella ferritstavar, induktansen är 34 µH (400 ohm på 1,8 MHz) och lindningsimpedansen 40 ohm för att passa hyggligt till min dipol för 1,8 och 3,5 MHz.

Den andra balunprincipen som har fått namn efler upphovsmannen Guanella har tvåtrådslindning, utförs oftast på ferrittoroid och kallas strömbalun eftersom den matar båda antennhalvorna med lika stora strömmar. Om antennen inte är helt symmetrisk, t ex om tråddipolen lutar eller har ena halvan närmare hus eller metallföremål, är Guanella att föredra. Eftersom magnetfältet är slutet behövs ingen returledning. Lindningen ska vara impedansriktig för att transformatorn ska bli bredbandig och ferritmaterialet ska vara av rätt sort för att både ge tillräcklig impedans på låga frekvenser och låga förluster på höga frekvenser. Den bästa kompromissen är kärna med induktansfaktor AL 200-250.

Jag har använt toroider som har varit drosslar i primärhackade nätaggregat, en med AL 155 täckte jag med teflontejp och lindade med tätt sammanhållna trådar, en andra med AL 77 visade sig redan ha exakt 50 ohm lindningsimpedans och sätts mellan koaxkabel och ett L-filter som används för ändmatad trådantenn på 3,5-28 MHz. Om man begränsar sig till 200 W-nivån klarar man sig bra med tunn teflonisolerad koaxialkabel. Med 13 varv RG-188 på 36 mm toroid med AL 760 fick jag 128 µH, effektivt på 1,8-10 MHz men med vissa förluster på högre frekvenser. Med 14 varv på 36 mm toroid med AL 180 blev induktansen 33 µH, den är gjord med 75 ohm koax RG-179, har obetydliga förluster och är avsedd för dipol mellan 3,5-28 MHz, i synnerhet en portabel W3DZZ som har matningsimpedans 75-120 ohm på 7, 14 och 21 MHz.

Guanella-baluner på 45 mm ferrittoroider med 50-ohmslindning. Induktans 39 resp. 44 µH.
36 mm ferrittoroider med 3 mm teflonkoax, 128 µH resp. 33 µH (kapslad i Kulo-dosa).

På tjocka datorskärmars VGA-kabel sitter en ferrithylsa med tillräckligt högt AL-värde (ca 800) för att duga till balun om man kombinerar några stycken och lindar med teflonkoax RG-188 flera varv genom hålen. Fyra varv genom två rör ger 25 µH. Den som står redo med avbitartång vid kommunens elektronikåtervinning kan komma över sådana hylsor gratis.

Fyra hylsor med RG-188 ger 100 µH, bra för de lågfrekventa KV-banden.
100 µH-balun i dosa från Clas Ohlson med ögleskruvar från Bauhaus.

Guanella-modellen är, förutom att användas som balun, användbar som mantelströmsfilter. En vertikalantenn bör förses med ett sådant vid matningspunkten för att inte koaxskärmens utsida ska utgöra en förlängning av antennen och stråla HF eller plocka upp störningar. När jag använde en vertikalantenn för 3,5 och 7 MHz tejpade jag ihop tre 20 cm långa ferritstavar för att få passande diameter, tätlindade dem med RG-58 och fixerade ändvarven med buntband. Ett sådant skärmströmsfilter tål en kilowatt och visade sig vara effektivt, det skulle ha dugt som balun också.

3-stavs mantelströmsfilter med 75-ohmskabel och induktans 55 µH.
Lindningsimpedans 55 ohm och induktans 63 µH.

Två parallella 10 cm långa ferritstavar som är bifilärt lindade med 1 mm lacktråd har impedansen 55 ohm och 63 µH induktans. Den strömbalunen enligt Guanellaprincipen är avsedd att sättas mellan koaxkabel och en T-nätsanpassare för 1,8-28 MHz då den används med symmetrisk matarledning såsom stege eller bandkabel. Trots den osymmetriskt konstruerade anpassaren blir utgången symmetrisk.

Induktans mäter jag med en billig mikroprocessorbaserad LC-meter. Induktansen bestämmer isolationen, att använda ett impedansnomogram är ett matematikbefriat sätt att ta reda på reaktansen vid en viss frekvens. Med en Guanellakonstruktion ska man sikta på åtminstone 1 kohm på lägsta frekvensen även om drosseln/balunen förstås gör viss nytta även med lägre värde. Man kommer upp i cirka 5 kohm innan kapacitans mellan varven sätter gränsen på höga frekvenser. Ferritmaterialet bestämmer förlusten, mer än 5 % effekttapp ska man inte godta. Med drosseln inkopplad mellan sändare och konstlast mäter jag HF-spänningen på drosselns ingång och utgång för att bedöma förlusten. Lindningsimpedansen mäter jag med balunen/drosseln ansluten i ena änden till en nätverkstestare och andra änden till en trimpotentiometer som varieras tills SVF-kurvan är rak över frekvensområdet. Av SVF-värdet och belastningsresistansen framgår lindningens impedans. Spärrverkan mäter jag med ena änden ansluten till sändarens konstlast (50 ohm) och andra änden till ett 50-ohmsmotstånd till jord (chassi). Med HF-prob mäts spänningarna i varje ände och skillnaden är ett mått på isolationen.

En ferritstavsbalun klarar en kilowatt om tråden är tillräckligt tjock för strömmen. En toroidkärna av lämpligt material och 36 mm diameter klarar 500 W och en med 50 mm diameter klarar 1 kW förutsatt att belastningen är korrekt och resistiv. Har man missanpassning väljer man förstås en större storlek. RG-188 klarar åtminstone 250 W på kortvåg om SVF är lågt. Järnpulverkärnor har för låg induktansfaktor för bredbandsanvändning.

Åter till Tekniskt-sidan