confusione balun, unun, rf choke

[IZ8XOV]

Avendo il pomeriggio libero desideravo scrivere qualcosa su alcuni dispositivi di uso comune fra i radioamatori ovvero Balun, Rf Choke ed Unun. Molto spesso si definisce tutto col termine "Balun" ma ci sono delle differenze sostanziali. 

Perché il Balun? Il Balun si usa per far lavorare insieme un dispositivo bilanciato ed uno sbilanciato, vedasi un'antenna tipo dipolo e un cavo coassiale, da qui il termine Balun (Balanced-Unbalanced), poichè il dipolo è un'antenna bilanciata mentre i cavi coassiali avendo un terminale a massa  sono delle linee sbilanciate.

Se si alimenta un dipolo con cavo coassiale senza Balun, quando le correnti che giungono ai due bracci del dipolo per essere irradiate accade che una parte di esse torna indietro sulla superficie esterna della calza del cavo coassiale trasformandolo in un "terzo braccio" (chiaramente indesiderato anche se qualcuno potrebbe ipotizzare che un dipolo a 3 bracci lavori meglio!).

Purtroppo quel terzo braccio non fa affatto bene al ns dipolo poiché quelle correnti indesiderate (dette "Correnti di modo comune"), andranno a causare non pochi problemi ovvero: 1) alterazione dei lobi di radiazione, 2) rientri di Rf in stazione, 4) alterazione dell'impedenza con conseguente aumento del Ros, 5) possibili problemi di Tvi.

Perché un Rf-Choke? In un cavo coassiale il trasferimento della potenza erogata dal trasmettitore avviene nel dielettrico contenuto tra la calza ed il conduttore centrale (correnti differenziali), ma se all'esterno del cavo coassiale circolano delle correnti indesiderate (le famose correnti di modo comune), come detto si creano dei ritorni di Rf etc. Realizzando un Rf-Choke andiamo a creare un ostacolo ai rientri di Rf  perché un Rf-Choke crea un'induttanza che fa da schermo a questi fenomeni. Possiamo realizzarlo sia in aria che su ferrite (senza dubbio meglio quest'ultimo perché consente di avere induttanza maggiore specie quando è alta la cosiddetta permeabilità magnetica della ferrite utilizzata).

Non confondete l'Rf-Choke col Balun, benché assolvano compiti per alcuni aspetti similari, l'Rf-Choke non "Sbilancia" un dipolo quindi si usa in modo addizionale ad antenne che ne richiedono l'uso (vedasi la Windom, alcune verticali etc), a causa della presenza dei problemi suddetti.

Perché l'Un-Un? Quì scriverò qualcosa in più poiché Rybakov e Longwire/Endfed sono tra le antenne più diffuse (anche nella mia stazione).

Quando si alimenta un'antenna sbilanciata (come lo sono ad esempio una Canna da Pesca oppure una Longwire) e una linea sbilanciata (cavo coassiale), vi è bisogno di un dispositivo in grado di farle lavorare insieme. In verità come sovente accade l'Un-Un assolve altresì la funzione di "Trasformatore d'impedenza" secondo il rapporto di trasformazione. Quando a casa avete la 220 v e volete alimentarci un aggeggio che va ad esempio a 12 v cosa fate? Trasformate e la stessa cosa accade per le impedenze cercando di renderle prossime a quelle dei ns dispositivi in uso (cavo coassiale, ricetrasmettitore).

In ciò la funzione di trasformazione ci aiuta a ridurre l'impedenza di antenna secondo quel numerino magico che spesso leggiamo come 4:1, 6:1 o 9:1 etc. Cosa rappresentano questi rapporti? Se ad esempio abbiamo un 4:1 quel dispositivo dividerà per 4 l'impedenza della ns antenna come nel caso della Rybakov o Canna da Pesca la quale presenta un'impedenza tipica di circa 200 Ohm (dove circa è un valore molto variabile in base a com'è fatta l'antenna: lunghezza, banda di lavoro etc.) e quindi dividendo quest'impedenza per 4 ci consente di avvicinarci approssimativamente ai fatidici 50 Ohm così se prendiamo il caso del 9:1 (Longwire), esso dividerà per 9 l'impedenza di circa 450 Ohm. 450 Ohm :9 = 50 Ohm.

Tutto ciò logicamente a grandi linee ovvero senza considerare calcoli un po più complessi che tirano in ballo la Legge di Ohm, le induttanze e le varie operazioni che ci consentono in base al materiale utilizzato nel toroide di stabilire il numero esatto degli avvolgimenti, il flusso massimo per evitare la rottura del nucleo a causa della temperatura etc, tutte cose che ognuno potrà fare in proprio a seconda del toroide scelto approfondendo la materia.

Diciamo che per molti l'argomento si riduce alle solite 18 spire bifilari su un toroide Amidon T-200/2 nel caso dei 4:1 e di 9 spire trifilari sullo stesso toroide nel caso del 9:1, ovvero da uno schema già collaudato ed utilizzato da numerosi radioamatori (in rete trovate tutte le specifiche del caso), altri utilizzano una bacchetta di ferrite, altri ancora le ferriti toroidali etc. magari replicando qualche schema reperito in rete o usando un programma specifico o copiando il progetto di un amico.

Va da se che volendo fare le cose per bene, oltre che il calcoli esatti degli avvolgimenti rispetto alle caratteristiche del vs toroide dovreste poi fare una prova del 9 con un analizzatore d'antenna collegando un carico resistivo di pari impedenza.

Sappiate comunque che quella dei trasformatori "ideali" è una scienza un po utopica poiché non esistono in verità trasformatori capaci di lavorare bene su uno spettro assai ampio, benché esistano in commercio toroidi di elevate qualità e caratteristiche il problema nasce principalmente perché per lavorare la parte bassa dello spettro Hf necessità di aumentare il numero delle spire quindi di allungare il conduttore e ciò provoca l'aumento della reattanza sulle bande più alte, pertanto avere un Ros basso non è l'unico elemento da prendere in considerazione quindi molto spesso ci si accontenta, ci si aiuta con l'accordatore e si prende per buono ciò che passa il convento ma vale sempre la pena per fare delle esperienze, per capire a grandi linee il funzionamento di ciò che ci torna utile come radioamatori nelle nostre sperimentazioni.

Ps: in caso avessi detto delle inesattezze me ne scuso in anticipo.

73's - Michele

 

[serjo61]

Grazie Michele, ottime spiegazioni!
E sopratutto utili a chi come me si diletta in autocostruzioni di antenne, purtroppo senza adeguata strumentazione, ma avendo più chiaro come si compiorta un balun rispetto all'unun, magari ho meno difficoltà di realizzazione (sto fine settimana se riesco voglio provare a fare una boomerang per i 50 mhz, purtroppo non ho spazio e mi devo accontentare)
73 e buoni DX!

[IZ8XOV]

Grazie Serjo spero di aver scritto qualcosa di sensato!

[spillo84top]

Grazie Michele, ora ho ben chiari molti concetti!

Ma, una domanda banale, si può misurare l'impedenza di un'antenna o di un cavo?

[iu1gau]

Grazie Michele!! Hai spiegato benissimo!!

[IZ8XOV]

Grazie Michele, ora ho ben chiari molti concetti!

Ma, una domanda banale, si può misurare l'impedenza di un'antenna o di un cavo?

Si, basta avere un analizzatore

[mn5]

Complimenti..Una bella dose di chiarezza e di cortesia!