Autore Topic: Materiale Balun a confronto  (Letto 13616 volte)

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Offline ik2nbu Arnaldo

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Materiale Balun a confronto
« il: 01 Marzo 2020, 14:41:58 »
Oggi ho fatto 2 misure veloci,

sempre balun 1 a 9 ma con 2 materiali diversi e simulando antenna con un potenziometro 470 ohm
(sarebbe meglio resistenza induttiva, ma pace...), il tavolo di appoggio è ovviamente in legno.

Prima prova con solito materiale 2 rosso(2-30 mhz),la risonanza migliore è a centro banda sui 17 mhz, ma la curva del ros è bella ripida.
Seconda prova invece con materiale FT-43 (10 Khz- 1 Mhz), noterete la curva da 1 a 30 mhz come è estremamente piatta !

Ovviamente lato pratico, con una antenna filare vera al posto di una resistenza, le cose cambieranno ancora, sopratutto
dipenderà dalla singola installazione fisica, il percorso del filo e cosa si trova vicino, terra cemento tetto etc.

Sono altresi curioso di testare se le "fantomatiche" tabelle sulle lunghezze filo
che si leggono in rete sono veritiere almeno per approssimazione...

73 Arnaldo www.ik2nbu.com
« Ultima modifica: 01 Marzo 2020, 22:01:53 da ik2nbu Arnaldo »


Offline Vincenzo IZ2WMW (Brian)

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #1 il: 01 Marzo 2020, 19:42:01 »
Ciao Arnaldo,
il limite di queste misurazioni, seppur utili, è che sono fatte su un carico puramente resistivo.

Credo che i vari trasformatori d'impedenza vadano in crisi in presenza di reattanze, cosa abbastanza comune in un'antenna reale, soprattutto se questo è un filo di tot metri messo a casaccio come capita spesso in questi casi :)

Sarebbe bello fare le stesse prove con delle induttanze e capacità per vedere come i vari materiali si comportano, anche se non saprei dare alcun indizio su quali grandezze utilizzare per rendere le misure significative.

73

Offline ik2nbu Arnaldo

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #2 il: 01 Marzo 2020, 22:00:26 »
Verissimo !

infatti simulare una filare con una semplice resistenza, serve solo a verificare il corretto rapporto di trasformazione e la banda passante del balun.
Ovvero un semplice test che funziona e non hai sbagliato a collegare i fili... hi [emoji1]

Fare dei test + esaustivi, cercando di simulare una antenna filare in altro modo, oltre che + complicato da fare,
non sarebbe nemmeno utile, dal momento che poi sono le condizioni reali di installazione che avranno una influenza determinante
sui vari punti di risonanza del filo e la loro impedenza complessa.

Anche a parità di lunghezza del filo ma installato in 2 posti e modi diversi, avremo sempre risultati diversi, pur usando lo stesso balun.

73 Arnaldo ik2nbu
« Ultima modifica: 01 Marzo 2020, 22:02:37 da ik2nbu Arnaldo »


Offline IK3OCA

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #3 il: 05 Marzo 2020, 00:29:44 »
Ottima iniziativa Armando.
Un appunto però: tutto ok se le perdite dei due materiali sono identiche; ma se invece non è così e il secondo materiale ha perdite superiori al primo, forse può manifestare una curva più piatta dovuta proprio alle maggiori perdite.
Magari è possibile anche questa seconda misura, magari testando in più frequenze, a completamento dell'interessante iniziativa.
73 Rosario IK3OCA


Offline ik2nbu Arnaldo

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #4 il: 05 Marzo 2020, 08:14:24 »
Il test fatto ha gli stessi settaggi di lettura con la scala a -20 db (vedi foto) e non misura le perdite ma adattamento di impedenza sull'ingresso del balun.

Riassumo la procedura di Misura impedenza con ponte riflettometrico:

a) si setta la gamma di frequenza ( minima e massima) e si calibra uscita TG (tracking generator) direttamente collegandolo con un cavetto corto all'ingresso analizzatore spettro. Se non fate bene la calibrazione le misure saranno sfalsate.

b) si inserisce il ponte riflettometrico, uscita TG collegata ad input e uscita del ponte verso analizzatore. Sulla porta antenna si mette un carico 50 ohm professionale, verificando la lineraità della misura nello spettro desiderato (avremo una linea piatta continua)

c) si toglie il carico e si mette un breve tratto di coassiale che va al balun, misurando a questo punto impedenza di ingresso sul balun. Volendo spingere oltre la soglia di lettura, si tolgono - 20 db al TG e si mette a 0 dbm uscita.

Con questa stessa procedura si puo misurare impedenza (riferita ai 50 ohm) di ingresso di filtri RF, circuiti accordo ingresso amplificatori etc.

Per misurare invece le perdite il test da fare è diverso:

a) si connette un generatore RF singola frequenza su ingresso balun
b) Si connette analizzatore di spettro o anche oscilloscopio ai capi della resistenza che funge da simulazione antenna
c) si misura la differenza fra RF generata e quella letta a valle del balun sulla R 450 ohm

Anche in questo caso sappiamo che una antenna non sarà mai un R perfetta, quindi il test serve a farsi una idea delle perdite dovute al rapporto di trasformazione, qualità del materiale balun, differenze di costruzione, ma rispetto ad una precisa frequenza RF di utilizzo. Appena riesco vi posto foto e misure.

Arnaldo ik2nbu


Offline ik2nbu Arnaldo

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #5 il: 05 Marzo 2020, 19:51:49 »
Ecco la desolante situazione, allego le perdite misurate stasera con la procedura sopra descritta.

Per rendere + chiara la tabella ai neofiti,oltre ad indicare il valore delle perdite in dbm ,
ho indicato la potenza RF effettiva che ci ritroviamo sul filo, applicando 100 watt RF in ingresso
sul balun 1:9 al netto delle perdite sulle varie frequenze misurate.

Volendo fare i puristi [emoji33]

andrebbe usato un secondo balun trasformatore al contrario da 9a1 sulla sonda rf dell'analizzatore di spettro,
che fa in effetti una misura disattata su carico R di 450 ohm, ma in termini di energia RF trasferita,
quello che leggete è di fatto quello che il balun trasferisce sul filo in TX.

Lascio a voi le considerazioni sull'efficienza del sistema....  [emoji35]

73 Arnaldo ik2nbu
« Ultima modifica: 05 Marzo 2020, 19:57:16 da ik2nbu Arnaldo »

Offline rosco

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #6 il: 06 Marzo 2020, 07:29:33 »
A me sembra tanto;
col metodo dei 2 trasformatori, con mescola 43, mi è uscito molto meno, vedi
https://www.rogerk.net/forum/index.php?topic=73558.msg773485#msg773485
Spero di non aver toppato qualcosa nel metodo, ma vista la "spannometria" delle mie realizzazioni, mi sarei aspettato che le perdite fossero ancora minori, comunque dell'ordine di 1dB o 2 "al pezzo".
Non credo che 9:1 o 49:1 cambi qualcosa per le perdite e se lo fosso credo sia meglio 9:1.
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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #7 il: 06 Marzo 2020, 08:12:13 »
Nella tabella postata in precedenza ho misurato le perdite dei 2 balun, rilevando la RF in uscita sul carico da 450 ohm
con una semplice sonda per oscilloscopio ad alta impendenza (banda passante 100 mhz) collegata all'analizzatore di spettro.

Ecco il nuovo setup di misura Balun in foto, che aggiunge un adattore di impedenza realizzato con con un semplice filtro passa basso.

Coniuga le due diverse impedenze in ingresso ed uscita, dal carico resisitivo di 450 ohm verso i 50 ohm dell'analizzatore di spettro.
Il filtro ha un taglio a 100 mhz e banda passante 35 mhz, con circa 2 db di perdita di inserzione.

In giornata posterò nuova tabella e vedremo le differenze, fra i 2 metodi di misura.

73 Arnaldo ik2nbu

Offline rosco

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #8 il: 06 Marzo 2020, 08:20:12 »
c) si misura la differenza fra RF generata e quella letta a valle del balun sulla R 450 ohm

A meno che non lo si sia già fatto in precedenza,
io misurerei anche la potenza generata, per confrontarla con quella indicata e verificare l'assenza di "imprevisti" ( banda passante della sonda, ecc. )
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Offline IZ2UUF (davj2500)

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #9 il: 06 Marzo 2020, 09:26:51 »
Ciao a tutti.

Anch'io sono dell'opinione che i risultati ottenuti in termini di potenza dissipata dal toroide siano del tutto errati.
Infatti il setup di misura, fatto mettendo l'analizzatore di spettro in parallelo alla resistenza da 450 ohm - o al posto della resistenza da 450 ohm, non mi è chiaro - è errato.
Un analizzatore di spettro equivale ad una resistenza da 50 ohm: messo in parallelo ad una 450 fa una resistenza complessiva di 45 ohm, e messo al posto di quella a 450, fa ovviamente 50 ohm.
E' chiaro che caricando il trasformatore 9:1 con un carico di 45 o 50 ohm sul lato "9" si avrà un forte disadattamento sul lato "1" che non sarà più 50 ohm ma 45/9=5 ohm se la trasformazione fosse ideale.
In questo caso la forte perdita non è per dissipazione dal toroide ma per disadattamento sul generatore.

E' possibile fare facilmente misure corrette con un solo trasformatore e un analizzatore di spettro o un VNA in modalità S21.
Si usa questo trucco:



Il carico è formato da una resistenza da 400 ohm alla quale viene messo in serie lo strumento, che di suo presenta 50 ohm facendo un totale di 450 ohm.
Lo strumento misurerà solo la potenza che viene dissipata sulla resistenza da 50 ohm. Però noi, sapendo i valori di R1 e R2, possiamo applicare un correttivo ed ottenere la potenza complessivamente dissipata da R1+R2.

Andiamo sul pratico e costruiamone uno uguale a quello in esame, con un T140-2 e 10 spire trifilari:



E' realizzato con un resistore da 390 ohm in serie ad uno SMA su cui è avvitato un carico da 50 ohm. La resistenza effettiva è 436 ohm circa:



A questo punto togliamo il carico da 50 ohm, lo colleghiamo al VNA (la cui resistenza interna supplisce ai 50 ohm appena tolti) e misuriamo l'S21:



Ora, la lettura che avremo sarà della potenza che il VNA vede arrivare sulla sua porta a 50 ohm; però non è tutta, perché gran parte è stata dissipata a sua insaputa da quella a 390 ohm.
Applichiamo qualche regola sui circuiti in serie:

50/436=0.1147

10*log(0.1147)=-9.40dB

In pratica, l'analizzatore mostra una perdita che è 9.40dB superiore a quella effettiva e va compensata sommando 9.4 al valore in dB letto.

Tracciamo quindi un grafico per vedere la dissipazione effettiva dopo la correzione:



Abbiamo che la curva del ROS (misurata con S11 sul trasformatore terminato da 436 ohm) è del tutto simile a quella di Arnaldo.
La curva di dissipazione mostra però ben altri valori: a 20MHz, il trasformatore perde meno di 0.2dB.

Facciamo una prova alternativa per validare questi dati.
Il mio generatore di segnali regolato a 20MHz, 0.2dBm eroga di fatto 0.02dBm:



Ci colleghiamo i puntali dell'oscilloscopio regolati su 10x per ridurre al minimo l'impatto delle sonde.


Le sonde dell'oscilloscopio sono ad alta impedenza, cioè corrispondono ad una resistenza di mega-ohm molto che, messa in parallelo ai 436 ohm della resistenza, non hanno nessun impatto: 1/(1/436 + 1/9000000)=435.98. Mettere in parallelo un oscilloscopio o un analizzatore di spettro (che ha impedenza 50 ohm) non è la stessa cosa.
Leggiamo l'oscilloscopio:



Vediamo che abbiamo 1.82Vpp pari a 0.6435Vrms.
Usiamo la legge di ohm: P=V^2/R, 0.6435^2/436=0.000950W=0.95mW

Calcoliamo la potenza in dBm: 10*log(0.95)=-0.22dBm

Sapendo che il generatore stava erogando 0.02dBm, la perdita misurata con l'oscilloscopio è di 0.24dB, perfettamente coerente con quella di meno di 0.2dB misurata dal VNA.

Ciaoo
Davide
« Ultima modifica: 06 Marzo 2020, 09:35:20 da IZ2UUF (davj2500) »
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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #10 il: 06 Marzo 2020, 09:30:02 »
A me sembra tanto;
col metodo dei 2 trasformatori, con mescola 43, mi è uscito molto meno, vedi
https://www.rogerk.net/forum/index.php?topic=73558.msg773485#msg773485
Spero di non aver toppato qualcosa nel metodo, ma vista la "spannometria" delle mie realizzazioni, mi sarei aspettato che le perdite fossero ancora minori, comunque dell'ordine di 1dB o 2 "al pezzo".
Non credo che 9:1 o 49:1 cambi qualcosa per le perdite e se lo fosso credo sia meglio 9:1.

S confermo anche il metodo dei 2 trasformatori è valido per le misure

Arnaldo ik2nbu


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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #11 il: 06 Marzo 2020, 09:30:42 »
A meno che non lo si sia già fatto in precedenza,
io misurerei anche la potenza generata, per confrontarla con quella indicata e verificare l'assenza di "imprevisti" ( banda passante della sonda, ecc. )

Ovviamente.... uso generatore HP settato a 0 dbm in uscita

Arnaldo ik2nbu

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #12 il: 06 Marzo 2020, 10:32:09 »
Anche a me il partitore resisitivo sempra la soluzione + "neutrale" per fare delle misure corrette

I valori che mi da il programma  SIM99 sono di 424 e 53 ohm , per adattare da 450 a 50 ohm.

Lo testo con 2 trimmer di precisione multigiri

Arnaldo ik2nbu


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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #13 il: 06 Marzo 2020, 11:04:53 »
Anche a me il partitore resisitivo sempra la soluzione + "neutrale" per fare delle misure corrette

I valori che mi da il programma  SIM99 sono di 424 e 53 ohm , per adattare da 450 a 50 ohm.

Lo testo con 2 trimmer di precisione multigiri

Ciao Arnaldo.

Ma perché ti vuoi complicare la vita?



Una delle due resistenze, quella a 50 ohm, è la resistenza interna dello strumento. Non la devi mettere tu, è quella che già offre lo strumento e che di solito usi come carico del generatore.
Io lascerei perdere i trimmer multigiri di precisione: la componente reattiva che introducono rende ancora più difficile fare calcoli precisi. Meglio usare dei resistori piccoli e fissi di cui hai misurato la resistenza in DC in precedenza: non importa che il carico sia esattamente 450 ohm (il trasformatore funziona bene lo stesso), importa di più sapere esattamente il rapporto tra le resistenze per arrivare al valore in dB.

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #14 il: 06 Marzo 2020, 11:26:16 »
Ahzzz.... grazie del suggerimento  [emoji1]

Arnaldo ik2nbu


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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #15 il: 06 Marzo 2020, 11:30:09 »
Ahzzz.... grazie del suggerimento  [emoji1]

Naturalmente se per altre misure ti servissero valori di carico <50ohm, la resistenza invece che in serie puoi metterla in parallelo allo strumento, trovando una R che in parallelo a 50 faccia quello che ti serve. Ovviamente lo strumento misura solo la potenza che arriva sulla sua resistenza da 50 ohm per cui alla sua lettura va applicato un correttivo.

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #16 il: 06 Marzo 2020, 12:30:00 »
E' cambiato tutto !!!!    [emoji33]  [emoji33]

Nuovo test con doppio balun e sopratutto, resistenze antinduttive al posto del potenziometro come simulatore antenna.

Ho anche tenuto conto attenuazione nei cavetti e connettori, calibrando generatore a +1 dbm per avere 0 esatto in lettura su analizzatore di spettro. Le perdite ora sono quelle corrette ( si divide x 2) come da foto. 

La trasformazione del balun 1 a 9 risulta perdere - 1,74 dbm a 7 mhz su materiale FT43.

A segure tabella aggiornata di confronto fra i 2 materiali diversi  e voglio testare anche la differenza ( se c'è )
con balun bifilare invece che trifilare ( sempre 1 a 9).

Grazie dei suggerimenti 73 Arnaldo ik2nbu


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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #17 il: 06 Marzo 2020, 12:44:22 »
E' cambiato tutto !!!!    [emoji33]  [emoji33]

Nuovo test con doppio balun e sopratutto, resistenze antinduttive al posto del potenziometro come simulatore antenna.

Sì ma non ci siamo ancora.
Se metti due trasformatori back-to-back e una resistenza da 450 ohm verso massa in mezzo ai due:
1) dimezzi l'impedenza del trasformatore perché il trasformatore n.1 si trova il carico del trasformatore n.2 (450 ohm) in parallelo al carico aggiuntivo (altri 450 ohm) per cui è come se tu avessi usato una resistenza da 225 ohm (e quindi il generatore si trova un carico più disadattato di quello che dovrebbe)
2) metà potenza viene dissipata dalla resistenza da 450 ohm che hai messo in mezzo, per cui l'analizzatore di spettro non la riceverà e penserà erroneamente che sia stata dissipata dai due trasformatori

Non bastava semplicemente metterli back-to-back senza metterci niente in mezzo?

Ciaoo
Davide
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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #18 il: 06 Marzo 2020, 14:33:16 »
Mi era venuto il sospetto...  [emoji85]  [emoji85] oggi faccio lo scolaretto  [emoji1]

Sto montando 2 back-to back con T 94-2 rossi, senza la resistenza

Poi si passa all'artiglieria pesante.... appena arrivata spedizione dalla Germania ! [emoji56]

Ho preso anche il cavetto al Teflon, un amico userà 600 watt su FT240-43 ( tiene 1 KW)

73 Arnaldo ik2nbu
« Ultima modifica: 06 Marzo 2020, 14:58:27 da ik2nbu Arnaldo »


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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #19 il: 06 Marzo 2020, 17:23:13 »
Proseguono i compiti a casa... per gli studenti della classe Ham Radio [emoji1]

Ecco la tabella finale rilevata con 2 balun back to back ( 1 a 9 entrambi) come suggerito da Davide senza resistenza.

Da notare le altissime perdite sotto i 2 mhz in linea con il materiale T2 rosso, che su quelle frequenze non lavora,
ed invece una buona usabilità dai 7 mhz a salire,dai 14 mhz in poi la situazione diventa ottimale.

Sempre per i neofiti o messo la colonna watt dove applicando 100 watt in TX sull'ingresso del balun,
leggete quanti watt arrivano sul filo al netto delle perdite su quella precisa frequenza.

Gli altri watt sono ovviamente tutti trasformati in calore !  [emoji33]

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« Ultima modifica: 06 Marzo 2020, 17:55:25 da ik2nbu Arnaldo »

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #20 il: 06 Marzo 2020, 17:40:05 »
Passo ora al FT240-43 da 6 cm di diametro ed 1 Kw di picco  [emoji33]

Ho messo a confronto 2 balun i:9 realizzati in modo diverso, il primo con le solite 9 spire trifilari

il secondo con solo 2 spire separate. Per calcolare il valore delle 2 induttanze, potete scaricare

il foglio di Excell "RX Balun Calculator and HF Comparison Test" che trovate alla mia pagina web seguente:

http://www.ik2nbu.com/SWL_Projects_ik2nbu_desk.html

Notate dalle foto che la costruzione è " molto alla veloce", bastano pochi dettagli a fare la differenza in RF.

Dei 2 balun, quello con 2 spire separate e riferite a massa è leggeremente migliore rispetto al trifilare, come valori
sono partito da 1 Mhz perchè verrà testato su un TX in onde medie da 200 watt.

Restano da verificare le perdite... prossimamente in questo post " scolastico"

Grazie dei vostri suggerimenti.

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« Ultima modifica: 06 Marzo 2020, 17:54:59 da ik2nbu Arnaldo »

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #21 il: 06 Marzo 2020, 17:59:02 »

E' possibile fare facilmente misure corrette con un solo trasformatore e un analizzatore di spettro o un VNA in modalità S21.
Si usa questo trucco:



Mi mancavano le "perle" di Davide :-))
Volendo misurare 49/1 la differenza dovrebbe essere -16.9dB
Ci sono particolari criticità per la maggiore differenza ?
Tenendo conto che userei nanovna 3-30MHz
In ogni caso le differenze dovrebbero essere attendibili ... o no ?
es filo smaltato vs doppino telefonico, ecc.
73

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Offline ik2nbu Arnaldo

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #22 il: 06 Marzo 2020, 18:27:33 »
Mi mancavano le "perle" di Davide :-))
Volendo misurare 49/1 la differenza dovrebbe essere -16.9dB
Ci sono particolari criticità per la maggiore differenza ?
Tenendo conto che userei nanovna 3-30MHz
In ogni caso le differenze dovrebbero essere attendibili ... o no ?
es filo smaltato vs doppino telefonico, ecc.


Se il tuo balun ha un rapporto di rasformazione 1 a 49, x fare le misure delle perdite
devi inserire un secondo balun 1 a 49 in serie al primo " schiena a schiena "
ed attaccare il Nanovna all'uscita che sarà nuovamente 50 ohm come ingresso.

Se invece vuoi misurare adattamento di impedenza da 3 a 30 Mhz
devi variare il valore delle 2 resistenze usate da Davide,per u carico simulato di 2450 ohm
ed attaccare il Nanovna in quel punto senza usare un secondo balun

Arnaldo ik2nbu


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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #23 il: 06 Marzo 2020, 19:03:41 »
Se il tuo balun ha un rapporto di rasformazione 1 a 49, x fare le misure delle perdite
devi inserire un secondo balun 1 a 49 in serie al primo " schiena a schiena "
ed attaccare il Nanovna all'uscita che sarà nuovamente 50 ohm come ingresso.

Se invece vuoi misurare adattamento di impedenza da 3 a 30 Mhz
devi variare il valore delle 2 resistenze usate da Davide,per u carico simulato di 2450 ohm
ed attaccare il Nanovna in quel punto senza usare un secondo balun

Ciao Arnaldo.

No in effetti la tecnica che avevo esposto (correttamente utilizzata da Rosco) è proprio per misurare la perdita di inserzione usando un solo trasformatore e non due back-to-back.
Ti posto lo schema con i tuoi strumenti:



Ciaoo
Davide
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Offline IZ2UUF (davj2500)

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Re:Materiale Balun a confronto
« Risposta #24 il: 06 Marzo 2020, 19:13:37 »
Mi mancavano le "perle" di Davide :-))
Volendo misurare 49/1 la differenza dovrebbe essere -16.9dB
Ci sono particolari criticità per la maggiore differenza ?
Tenendo conto che userei nanovna 3-30MHz
In ogni caso le differenze dovrebbero essere attendibili ... o no ?
es filo smaltato vs doppino telefonico, ecc.

Ciao Rosco.

Il calcolo è giusto, -16.9dB. Conviene misurare bene la resistenza che vai ad usare in serie e fare il calcolo con quella. Metti solo che sfori del 2% rispetto ai 2400 ohm necessari da mettere in serie ai 50 dello strumento, e già la differenza passa a -16.8dB. Visto che le perdite si giocano sui decimi di dB, meglio aver rilevato questi valori in maniera precisa.
Non dovresti aver nessun problema di dinamica perché pur perdendo con questo giochetto quasi 17dB, ce n'è ancora tantissima per misurare le perdite reali.
In ogni caso, le differenze relative tra una soluzione e l'altra dovrebbero essere piuttosto precise.

Ciaoo
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