Autore Topic: Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun  (Letto 1084 volte)

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Online IZ2UUF (davj2500)

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Ciao a tutti.

Innanzitutto volevo scusarmi per le mancate risposte alle domande che mi vengono poste ma è un periodo che ho pochissimo tempo.
Ne approfitto per scrivere qualche riga su alcune questioni che potrebbero essere di interesse.
In particolare:
- che differenza c'è tra la corrente di modo comune e quella differenziale?
- perché il cavo coassiale è "sbilanciato"? Che significa?
- il choke e il balun sono due cose diverse?

Tutta la questione ha origine da quanto rappresentato dalle equazioni di Maxwell e che in pratica sono tra i fondamenti dell'elettronica e della radiantistica.
Se prendete un filo e ci fate scorrere una corrente alternata, si forma attorno ad esso un campo elettromagnetico dalle caratteristiche piuttosto complicate che fa due cose:
1) induce correnti in tutti i conduttori che gli capitano a tiro
2) crea un altro campo elettromagnetico che parte e se ne va verso l'infinito (far field)

Il punto 1 interessa tutti i conduttori, compreso quello che sta inizialmente portando la corrente. Quando il sistema si stabilizza, si nota che sul conduttore originario la corrente non è più distribuita uniformemente ma ci sono punti in cui è maggiore ed altri in cui è minore: questo è l'effetto del near-field.
Il near-field induce anche correnti in altri conduttori nelle vicinanze.

Il punto 2 invece è quello che usiamo per trasmettere. Il far-field assorbe energia dal conduttore e la trasporta nello spazio. Quando ascoltate la RAI con la radio a galena, una piccola quantità di aria si agita nell'auricolare al ritmo della musica; questo movimento la scalda leggermente e questo microscopico calore arriva direttamente dalla bolletta della corrente della RAI.
Il far-field assorbe energia come una resistenza assorbe energia per trasformarla in calore: per questo quella del far-field si chiama "resistenza di radiazione".

Tutto ciò è molto bello, però contrasta con un'esigenza molto comune: quella di mettere il trasmettitore in casa e l'antenna sul tetto.
Come faccio a generare la corrente in casa e portarla sul tetto senza che sia trasmessa strada facendo dal filo che la trasporta?
La tecnica usata dai nostri cavi è quella della cancellazione di campo. Se si mettono due fili fianco a fianco in cui in uno scorre una corrente e nell'altro ne scorre una identica ma al contrario, avremo che il campo elettromagnetico di un filo si somma esattamente a quello contrario dell'altro filo annullandosi. Non essendoci campo elettromagnetico (near-field) non c'è far-field e quindi non c'è estrazione di energia per irradiazione.
La tecnica della cancellazione è molto utilizzata in tanti campi. Ad esempio, le cuffie a cancellazione di rumori hanno un microfono esterno che capta i rumori dell'ambiente. All'interno gli stessi rumori vengono riprodotti invertendone la fase: il campo sonoro contrario prodotto dall'altoparlante si somma a quello prodotto esternamente dai rumori e il risultato è la cancellazione. Quello che resta nelle cuffie sono i suoni che non ci sono anche nell'ambiente, cioè quello che proviene dalla sorgente sonora.
Stessa cosa fanno quegli apparecchi che usano alcuni radioamatori per eliminare il QRM: questi apparecchi partono dal presupposto che i rumori siano generati in casa. Con un'antenna in casa ricevono i rumori e li sommano controfase a quanto ricevuto in antenna.
Le due correnti uguali e contrarie che viaggiano in coppia sulle linee di trasmissione si definiscono correnti differenziali. Sia il coassiale che la linea bifilare non irradiano (o lo fanno in maniera trascurabile) grazie alla cancellazione di campo dovuta alle correnti differenziali.

Il fatto che le correnti differenziali nelle linee di trasmissione non riescano a generare campi elettromagnetici perché sono cancellati, non le fanno irradiare: questo consente di conservare l'energia che rimane a disposizione del "carico" (es. l'antenna).
Questa caratteristica ha però degli altri effetti collaterali. Qualche tempo fa leggevo su Facebook un sedicente esperto che spiegava che i cavi coassiali non vanno arrotolati perché se no si accoppierebbero capacitivamente o induttivamente o qualcosa del genere causando una riduzione del segnale fino al suo blocco totale nei cavi più gravi. Beh, è impossibile: la corrente differenziale dei cavi coassiali non genera campi esterni, per cui non possono accoppiarsi con nulla. I condensatori e gli induttori funzionano grazie al campo elettromagnetico prodotto dalle correnti alternate, ma se questo campo viene annullato, questi componenti diventano solo pezzi di ferro.
E non è una gran novità: se prendiamo una pinza amperometrica, uno di quegli strumenti che gli elettricisti usano per misurare la corrente senza tagliare i cavi, non possiamo metterla sul cavo di alimentazione della lavatrice e pretendere di leggere qualcosa. Per avere una lettura dobbiamo metterla su uno solo dei conduttori (neutro o fase non importa) perché altrimenti le due correnti che vi scorrono, che sono correnti differenziali come quelle nel coassiale, cancellano il campo. La pinza amperometrica è un trasformatore dove una spira è il cavo e l'altra la pinza: non funziona se non c'è il campo e/m. Senza campo e/m gli accoppiamenti di tipo induttivo e capacitivo non funzionano.

Abbiamo visto che il nostro trasmettitore produce due correnti uguali e contrarie e le fa scorrere sulla linea di trasmissione. Nel caso del cavo coassiale, per via di effetti vari, le due correnti scorrono tra la superfice esterna del centrale e quella interna della calza, con i vari campi che lavorano per annullarsi che si trovano nel dielettrico in mezzo.
Ad un certo punto però il coassiale finisce e il circuito si deve in qualche modo chiudere: cioè la corrente che "esce" dal centrale deve rientrare nella calza o viceversa (è corrente alternata).
Se ci mettiamo un bel resistore, la corrente lo attraversa, la potenza trasportata si converte in calore ed è finita lì senza che si siano prodotti campi esterni e quindi irradiazione. In questo caso non ci sono punti dove la corrente può scorrere senza essere controbilanciata abbastanza a lungo da irradiare qualcosa: questa è la ragione per cui con il carico fittizio non si trasmette.

Se al posto del resistore ci attacchiamo due fili, ad esempio formando un dipolo, abbiamo che la corrente nei due fili, che non sono più paralleli, produce un campo che non viene cancellato. Questo ha l'effetto di irradiare il far-field come anticipato. Ma l'effetto più curioso è che il near-field, che induce correnti dappertutto, anche su cavi non fisicamente collegati, si stabilizza in modo che nel punto esatto di connessione tra i fili e il coassiale la corrente che "esce" dal centrale sia identica a quella che "entra" nella calza.
Se noi colleghiamo tanti fili al centrale e tanti fili alla calza avremo che, in base a regole piuttosto difficili da calcolare, ogni filo porterà il suo apporto alla corrente diretta al centrale o alla calza in base a quello a cui sono collegati fisicamente. Avremo però che nel punto di connessione tra i "fili radianti" e il coassiale, la somma di tutti gli apporti farà sì che al centrale ci sia una corrente uguale e contraria a quella della calza.
Quanta corrente scorre su ciascun filo dipenderà dalla geometria del tutto secondo regole non facili da prevedere "a naso" se non per configurazioni note. Ad esempio, nei fan-dipole più dipoli sono messi in parallelo: la corrente tenderà a scorrere volentieri in quello a mezz'onda alla frequenza in uso e malvolentieri negli altri, che daranno un apporto minimo di corrente all'alimentazione del coassiale.

Veniamo quindi al nostro coassiale e alla ragione per cui è definito sbilanciato.
Il near-field agisce facendo scorrere correnti su tutti i conduttori che gli capitano a tiro. Ogni buon radioamatore conosce l'effetto pelle: la corrente alternata ad alta frequenza per ragioni varie scorre solo su un sottile strato della superficie esterna del conduttore. Quello che c'è al di sotto non importa niente ed è completamente invisibile. Infatti non servono conduttori d'oro, basta che siano dorati. Non servono tubi pieni, possono essere anche tubi cavi e non cambia niente, tanto quello che c'è dentro non conta.
Una volta assodato questo concetto, possiamo esaminare in una normale antenna quali sono gli elementi interessati dal near field. Tra questi c'è anche il cavo coassiale, che è un conduttore che per forza è lì vicino e al quale il near-field va all'attacco senza farsi scrupoli. Purtroppo, la differenza tra "antenna" e "coassiale" è una cosa che ci siamo inventati noi, ma al near-field non frega niente.

Ora, se esaminiamo un coassiale, notiamo che è un tubo conduttore (calza) con dentro un altro tubo conduttore (centrale). Per via dell'effetto pelle visto poc'anzi, il near-field agisce solo sulle superfici esterne ignorando ciò che c'è dentro. Nel caso del coassiale, questo significa che il near-field  può indurre correnti sulla calza ma non sul centrale che è nascosto all'interno.
Risalendo la calza notiamo che là dove finisce il coassiale, questa va ad essere fisicamente connessa... alla calza. In realtà, le correnti che scorrono dentro (differenziali) e quelle che scorrono fuori indotte dal near-field non si vedono mai finché non si incontrano dove finisce il coassiale e comincia l'antenna.
In buona sostanza, il "tubo" formato dal coassiale è a tutti gli effetti un "filo" collegato ad uno dei due poli dell'antenna e collabora ad alimentare il "lato calza".
Se voi collegate un dipolo ad un coassiale vedrete che dal filo collegato al centrale vengono erogati diciamo 10A; dal filo collegato alla calza vengono 9A che si sommano ad 1A che arriva dal "terzo filo" che è la calza stessa.
Se fate una end-fed, vedrete che 10A arrivano dal "filo radiante" e altri 10A precisi identici vengono dall'unico altro elemento che è la calza del coassiale, che in questa configurazione lavora da sola.

Il cavo coassiale si dice sbilanciato perché i campi E/M esterni possono indurre correnti solo su uno solo dei suoi conduttori (la calza).
Le linee bifilari sono bilanciate perché i campi E/M agiscono ugualmente su entrambi i conduttori. Se la linea bilanciata è in una configuraizone perfettamente simmetrica avremo che qualunque tentativo fatto dal campo destro di indurre correnti sarà controbilanciato dall'uguale e contrario tentativo del suo omologo sul lato sinistro. Se il sistema non è simmetrico, i due campi agiranno diversamente e la linea bilanciata, avendo correnti disuniformi, irradierà.
La corrente che scorre sulla calza del coassiale irradiando, o la quota di corrente non cancellata in una linea bilanciata si dice corrente di modo comune.

Veniamo quindi al balun. Il balun, nella sua vita nel mondo dei radioamatori, ha un unico scopo: impedire la formazione di correnti di modo comune.

Il primo tipo di balun è quello in corrente, detto anche "choke" per via del suo funzionamento:



Il balun in corrente mette un "ostacolo" sul coassiale nel tentativo di impedire alla corrente di uscire dal ramo blu (calza interna del coassiale) e fluire in quello verde (calza esterna del coassiale).
Il sistema è molto ingegnoso: avvolgendo a spirale tutto il coassiale si ottiene una induttanza che ostacola la corrente. La cosa furba è che la corrente differenziale, che pure passa nell'induttanza, non ne è minimamente toccata dato che, non generando campo elettromagnetico, non viene nemmeno vista.
Al contrario, la corrente di modo comune, è indesiderata proprio perché irradia: se irradia è perché viene creato un far-field che viene creato dal near-field che è proprio il campo elettromagnetico catturato dall'induttanza. In pratica il choke interessa solo le correnti di modo comune (cattive) e lascia inalterate quelle differenziali (buone).
Questo tipo di balun per funzionare ha bisogno che l'induttanza L sia significativa. Non solo, ma è anche necessario che la presenza dell'induttanza "L" non renda quel ramo più appetibile di quello blu.
Ad esempio, nel caso del dipolo standard a mezz'onda, la corrente è tremendamente attratta dai rami del dipolo e poco dal coassiale: per questo molti lavorano senza balun e non si sono mai accorti di niente. Basta un po' di induttanza per scoraggiarla del tutto.
Nel caso invece di antenne end-fed a mezz'onda con contrappeso, l'induttanza del choke rende quel ramo molto più appetibile del contrappeso: in quel caso, mettendo il choke, le correnti di modo comune aumentano a dismisura. Per cui bisogna stare attenti a quello che si fa, non è che un choke "va sempre bene".

Il secondo balun è quello in tensione:



Il balun in tensione usa un approccio diverso. Invece di lasciare lì il "ramo" verde e bloccarlo in qualche modo, fa in modo (ad esempio tramite un autotrasformatore opportunamente realizzato) che il ramo verde sia collegato ad entrami i rami con la stessa impedenza.
A questo punto il sistema è simmetrico e qualunque tentativo di attivare correnti di modo comune fatto dal lato destro è cancellato dall'analogo tentativo fatto dal lato sinistro.
Il problema è però lo stesso delle linee bifilari: se l'antenna non è simmetrica, i due near-field su due lati fanno cose diverse e non si cancellano per cui il balun non funziona più.

Tutte le altre cose variamente citate in merito ai balun (deformazioni dei lobi, rientri, rumore captato dalla linea, ecc.) sono tutti effetti delle correnti di modo comune sul coassiale.

Ricordo che questo sistematico mettere un rapporto di fianco alla parola "balun" (es. balun 1:1) fa pensare che il balun debba in qualche modo adattare l'impedenza. Quella non è la sua funzione: è solo una peculiarità accessoria che viene fuori gratis nel costruire certi tipi di balun e che quindi viene sfruttata.
Infine, mi rendo conto che è una battaglia persa ma lo dico lo stesso, ma tutte quelle cose che i radioamatori chiamano "balun" e mettono sulle filari e canne da pesca varie non sono balun ma solo trasformatori di impedenza. Infatti non hanno nessuna funzionalità di balun né con il metodo in corrente né con il metodo in tensione.

Ciaoo
Davide
« Ultima modifica: 23 Maggio 2020, 01:15:52 da IZ2UUF (davj2500) »
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Offline IU4BIW

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #1 il: 23 Maggio 2020, 01:46:24 »
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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #2 il: 23 Maggio 2020, 11:06:42 »
Ciao a tutti.

Innanzitutto volevo scusarmi per le mancate risposte alle domande che mi vengono poste ma è un periodo che ho pochissimo tempo.
Ne approfitto per scrivere qualche riga su alcune questioni che potrebbero essere di interesse.
In particolare:
- che differenza c'è tra la corrente di modo comune e quella differenziale?
- perché il cavo coassiale è "sbilanciato"? Che significa?
- il choke e il balun sono due cose diverse?

Tutta la questione ha origine da quanto rappresentato dalle equazioni di Maxwell e che in pratica sono tra i fondamenti dell'elettronica e della radiantistica.
Se prendete un filo e ci fate scorrere una corrente alternata, si forma attorno ad esso un campo elettromagnetico dalle caratteristiche piuttosto complicate che fa due cose:
1) induce correnti in tutti i conduttori che gli capitano a tiro
2) crea un altro campo elettromagnetico che parte e se ne va verso l'infinito (far field)

Il punto 1 interessa tutti i conduttori, compreso quello che sta inizialmente portando la corrente. Quando il sistema si stabilizza, si nota che sul conduttore originario la corrente non è più distribuita uniformemente ma ci sono punti in cui è maggiore ed altri in cui è minore: questo è l'effetto del near-field.
Il near-field induce anche correnti in altri conduttori nelle vicinanze.

Il punto 2 invece è quello che usiamo per trasmettere. Il far-field assorbe energia dal conduttore e la trasporta nello spazio. Quando ascoltate la RAI con la radio a galena, una piccola quantità di aria si agita nell'auricolare al ritmo della musica; questo movimento la scalda leggermente e questo microscopico calore arriva direttamente dalla bolletta della corrente della RAI.
Il far-field assorbe energia come una resistenza assorbe energia per trasformarla in calore: per questo quella del far-field si chiama "resistenza di radiazione".

Tutto ciò è molto bello, però contrasta con un'esigenza molto comune: quella di mettere il trasmettitore in casa e l'antenna sul tetto.
Come faccio a generare la corrente in casa e portarla sul tetto senza che sia trasmessa strada facendo dal filo che la trasporta?
La tecnica usata dai nostri cavi è quella della cancellazione di campo. Se si mettono due fili fianco a fianco in cui in uno scorre una corrente e nell'altro ne scorre una identica ma al contrario, avremo che il campo elettromagnetico di un filo si somma esattamente a quello contrario dell'altro filo annullandosi. Non essendoci campo elettromagnetico (near-field) non c'è far-field e quindi non c'è estrazione di energia per irradiazione.
La tecnica della cancellazione è molto utilizzata in tanti campi. Ad esempio, le cuffie a cancellazione di rumori hanno un microfono esterno che capta i rumori dell'ambiente. All'interno gli stessi rumori vengono riprodotti invertendone la fase: il campo sonoro contrario prodotto dall'altoparlante si somma a quello prodotto esternamente dai rumori e il risultato è la cancellazione. Quello che resta nelle cuffie sono i suoni che non ci sono anche nell'ambiente, cioè quello che proviene dalla sorgente sonora.
Stessa cosa fanno quegli apparecchi che usano alcuni radioamatori per eliminare il QRM: questi apparecchi partono dal presupposto che i rumori siano generati in casa. Con un'antenna in casa ricevono i rumori e li sommano controfase a quanto ricevuto in antenna.
Le due correnti uguali e contrarie che viaggiano in coppia sulle linee di trasmissione si definiscono correnti differenziali. Sia il coassiale che la linea bifilare non irradiano (o lo fanno in maniera trascurabile) grazie alla cancellazione di campo dovuta alle correnti differenziali.

Il fatto che le correnti differenziali nelle linee di trasmissione non riescano a generare campi elettromagnetici perché sono cancellati, non le fanno irradiare: questo consente di conservare l'energia che rimane a disposizione del "carico" (es. l'antenna).
Questa caratteristica ha però degli altri effetti collaterali. Qualche tempo fa leggevo su Facebook un sedicente esperto che spiegava che i cavi coassiali non vanno arrotolati perché se no si accoppierebbero capacitivamente o induttivamente o qualcosa del genere causando una riduzione del segnale fino al suo blocco totale nei cavi più gravi. Beh, è impossibile: la corrente differenziale dei cavi coassiali non genera campi esterni, per cui non possono accoppiarsi con nulla. I condensatori e gli induttori funzionano grazie al campo elettromagnetico prodotto dalle correnti alternate, ma se questo campo viene annullato, questi componenti diventano solo pezzi di ferro.
E non è una gran novità: se prendiamo una pinza amperometrica, uno di quegli strumenti che gli elettricisti usano per misurare la corrente senza tagliare i cavi, non possiamo metterla sul cavo di alimentazione della lavatrice e pretendere di leggere qualcosa. Per avere una lettura dobbiamo metterla su uno solo dei conduttori (neutro o fase non importa) perché altrimenti le due correnti che vi scorrono, che sono correnti differenziali come quelle nel coassiale, cancellano il campo. La pinza amperometrica è un trasformatore dove una spira è il cavo e l'altra la pinza: non funziona se non c'è il campo e/m. Senza campo e/m gli accoppiamenti di tipo induttivo e capacitivo non funzionano.

Abbiamo visto che il nostro trasmettitore produce due correnti uguali e contrarie e le fa scorrere sulla linea di trasmissione. Nel caso del cavo coassiale, per via di effetti vari, le due correnti scorrono tra la superfice esterna del centrale e quella interna della calza, con i vari campi che lavorano per annullarsi che si trovano nel dielettrico in mezzo.
Ad un certo punto però il coassiale finisce e il circuito si deve in qualche modo chiudere: cioè la corrente che "esce" dal centrale deve rientrare nella calza o viceversa (è corrente alternata).
Se ci mettiamo un bel resistore, la corrente lo attraversa, la potenza trasportata si converte in calore ed è finita lì senza che si siano prodotti campi esterni e quindi irradiazione. In questo caso non ci sono punti dove la corrente può scorrere senza essere controbilanciata abbastanza a lungo da irradiare qualcosa: questa è la ragione per cui con il carico fittizio non si trasmette.

Se al posto del resistore ci attacchiamo due fili, ad esempio formando un dipolo, abbiamo che la corrente nei due fili, che non sono più paralleli, produce un campo che non viene cancellato. Questo ha l'effetto di irradiare il far-field come anticipato. Ma l'effetto più curioso è che il near-field, che induce correnti dappertutto, anche su cavi non fisicamente collegati, si stabilizza in modo che nel punto esatto di connessione tra i fili e il coassiale la corrente che "esce" dal centrale sia identica a quella che "entra" nella calza.
Se noi colleghiamo tanti fili al centrale e tanti fili alla calza avremo che, in base a regole piuttosto difficili da calcolare, ogni filo porterà il suo apporto alla corrente diretta al centrale o alla calza in base a quello a cui sono collegati fisicamente. Avremo però che nel punto di connessione tra i "fili radianti" e il coassiale, la somma di tutti gli apporti farà sì che al centrale ci sia una corrente uguale e contraria a quella della calza.
Quanta corrente scorre su ciascun filo dipenderà dalla geometria del tutto secondo regole non facili da prevedere "a naso" se non per configurazioni note. Ad esempio, nei fan-dipole più dipoli sono messi in parallelo: la corrente tenderà a scorrere volentieri in quello a mezz'onda alla frequenza in uso e malvolentieri negli altri, che daranno un apporto minimo di corrente all'alimentazione del coassiale.

Veniamo quindi al nostro coassiale e alla ragione per cui è definito sbilanciato.
Il near-field agisce facendo scorrere correnti su tutti i conduttori che gli capitano a tiro. Ogni buon radioamatore conosce l'effetto pelle: la corrente alternata ad alta frequenza per ragioni varie scorre solo su un sottile strato della superficie esterna del conduttore. Quello che c'è al di sotto non importa niente ed è completamente invisibile. Infatti non servono conduttori d'oro, basta che siano dorati. Non servono tubi pieni, possono essere anche tubi cavi e non cambia niente, tanto quello che c'è dentro non conta.
Una volta assodato questo concetto, possiamo esaminare in una normale antenna quali sono gli elementi interessati dal near field. Tra questi c'è anche il cavo coassiale, che è un conduttore che per forza è lì vicino e al quale il near-field va all'attacco senza farsi scrupoli. Purtroppo, la differenza tra "antenna" e "coassiale" è una cosa che ci siamo inventati noi, ma al near-field non frega niente.

Ora, se esaminiamo un coassiale, notiamo che è un tubo conduttore (calza) con dentro un altro tubo conduttore (centrale). Per via dell'effetto pelle visto poc'anzi, il near-field agisce solo sulle superfici esterne ignorando ciò che c'è dentro. Nel caso del coassiale, questo significa che il near-field  può indurre correnti sulla calza ma non sul centrale che è nascosto all'interno.
Risalendo la calza notiamo che là dove finisce il coassiale, questa va ad essere fisicamente connessa... alla calza. In realtà, le correnti che scorrono dentro (differenziali) e quelle che scorrono fuori indotte dal near-field non si vedono mai finché non si incontrano dove finisce il coassiale e comincia l'antenna.
In buona sostanza, il "tubo" formato dal coassiale è a tutti gli effetti un "filo" collegato ad uno dei due poli dell'antenna e collabora ad alimentare il "lato calza".
Se voi collegate un dipolo ad un coassiale vedrete che dal filo collegato al centrale vengono erogati diciamo 10A; dal filo collegato alla calza vengono 9A che si sommano ad 1A che arriva dal "terzo filo" che è la calza stessa.
Se fate una end-fed, vedrete che 10A arrivano dal "filo radiante" e altri 10A precisi identici vengono dall'unico altro elemento che è la calza del coassiale, che in questa configurazione lavora da sola.

Il cavo coassiale si dice sbilanciato perché i campi E/M esterni possono indurre correnti solo su uno solo dei suoi conduttori (la calza).
Le linee bifilari sono bilanciate perché i campi E/M agiscono ugualmente su entrambi i conduttori. Se la linea bilanciata è in una configuraizone perfettamente simmetrica avremo che qualunque tentativo fatto dal campo destro di indurre correnti sarà controbilanciato dall'uguale e contrario tentativo del suo omologo sul lato sinistro. Se il sistema non è simmetrico, i due campi agiranno diversamente e la linea bilanciata, avendo correnti disuniformi, irradierà.
La corrente che scorre sulla calza del coassiale irradiando, o la quota di corrente non cancellata in una linea bilanciata si dice corrente di modo comune.

Veniamo quindi al balun. Il balun, nella sua vita nel mondo dei radioamatori, ha un unico scopo: impedire la formazione di correnti di modo comune.

Il primo tipo di balun è quello in corrente, detto anche "choke" per via del suo funzionamento:



Il balun in corrente mette un "ostacolo" sul coassiale nel tentativo di impedire alla corrente di uscire dal ramo blu (calza interna del coassiale) e fluire in quello verde (calza esterna del coassiale).
Il sistema è molto ingegnoso: avvolgendo a spirale tutto il coassiale si ottiene una induttanza che ostacola la corrente. La cosa furba è che la corrente differenziale, che pure passa nell'induttanza, non ne è minimamente toccata dato che, non generando campo elettromagnetico, non viene nemmeno vista.
Al contrario, la corrente di modo comune, è indesiderata proprio perché irradia: se irradia è perché viene creato un far-field che viene creato dal near-field che è proprio il campo elettromagnetico catturato dall'induttanza. In pratica il choke interessa solo le correnti di modo comune (cattive) e lascia inalterate quelle differenziali (buone).
Questo tipo di balun per funzionare ha bisogno che l'induttanza L sia significativa. Non solo, ma è anche necessario che la presenza dell'induttanza "L" non renda quel ramo più appetibile di quello blu.
Ad esempio, nel caso del dipolo standard a mezz'onda, la corrente è tremendamente attratta dai rami del dipolo e poco dal coassiale: per questo molti lavorano senza balun e non si sono mai accorti di niente. Basta un po' di induttanza per scoraggiarla del tutto.
Nel caso invece di antenne end-fed a mezz'onda con contrappeso, l'induttanza del choke rende quel ramo molto più appetibile del contrappeso: in quel caso, mettendo il choke, le correnti di modo comune aumentano a dismisura. Per cui bisogna stare attenti a quello che si fa, non è che un choke "va sempre bene".

Il secondo balun è quello in tensione:



Il balun in tensione usa un approccio diverso. Invece di lasciare lì il "ramo" verde e bloccarlo in qualche modo, fa in modo (ad esempio tramite un autotrasformatore opportunamente realizzato) che il ramo verde sia collegato ad entrami i rami con la stessa impedenza.
A questo punto il sistema è simmetrico e qualunque tentativo di attivare correnti di modo comune fatto dal lato destro è cancellato dall'analogo tentativo fatto dal lato sinistro.
Il problema è però lo stesso delle linee bifilari: se l'antenna non è simmetrica, i due near-field su due lati fanno cose diverse e non si cancellano per cui il balun non funziona più.

Tutte le altre cose variamente citate in merito ai balun (deformazioni dei lobi, rientri, rumore captato dalla linea, ecc.) sono tutti effetti delle correnti di modo comune sul coassiale.

Ricordo che questo sistematico mettere un rapporto di fianco alla parola "balun" (es. balun 1:1) fa pensare che il balun debba in qualche modo adattare l'impedenza. Quella non è la sua funzione: è solo una peculiarità accessoria che viene fuori gratis nel costruire certi tipi di balun e che quindi viene sfruttata.
Infine, mi rendo conto che è una battaglia persa ma lo dico lo stesso, ma tutte quelle cose che i radioamatori chiamano "balun" e mettono sulle filari e canne da pesca varie non sono balun ma solo trasformatori di impedenza. Infatti non hanno nessuna funzionalità di balun né con il metodo in corrente né con il metodo in tensione.

Ciaoo
Davide
che spettacolo!

inviato SM-G920F using rogerKapp mobile

Il senno di poi è una scienza esatta.

Sono altamente asociale e tremendamente socievole. Per questo ascolto tutti ma parlo con pochi.


Offline IK3OCA

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #3 il: 23 Maggio 2020, 13:36:49 »
Caro David grazie ancora per il tuo impegno: fai capire molte cose con spiegazioni chiare.

Come tu dichiari, però, a volte è una causa persa, in particolare riguardo a balun 1:1, rybakov eccetera.

Io penso che la causa non sia persa: forse non tutti, ma almeno qualcuno leggerà e si potrà fare delle domande e, se ciò accadrà, smetterà di inconsapevolmente propagare stupidaggini parlando con altri.

E poi ci sono quelli che, anche se male informati, leggono, ragionano e vogliono capire, e allora cercano ancora.

Quindi io spero tu continui in questa bella opera.

73 Rosario


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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #4 il: 23 Maggio 2020, 14:31:11 »
è sempre un piacere leggerti.
rtx YAESU FT 817-857-950
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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #5 il: 23 Maggio 2020, 15:42:09 »
Ciao Davide,  articolo molto interessante. 
Domanda :tu metteresti un choke subito dopo il balun 1:6 di una windom ?
I cimiteri sono pieni di quelli che portano la pistola senza colpo in canna..........

A breve aprirò un saponificio.............xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Offline IK4MDZ-Franco

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #6 il: 23 Maggio 2020, 16:36:20 »
Davide, ti sei dimenticato di specificare che il balon e' lo storico mercato delle pulci di Torino.  [emoji23]
73' Franco
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Offline IK3OCA

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #7 il: 23 Maggio 2020, 17:46:01 »
Incompetenti! Il balun o come dice Franco balon (in veneto si pronuncia baeon) è un pallone riempito di elio che serve a tirare su le antenne e azzera il ros di quando sono per terra.
73 Rosario

Offline IN3EZS

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #8 il: 27 Maggio 2020, 20:53:12 »
Complimenti Davide, chiaro e preciso al punto giusto!

Ce ne vorrebbe tanta di gente come te sui forum!

Grazie per i tuoi interventi, un caro saluto, 73 de IN3EZS


Offline Bramax

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #9 il: 28 Maggio 2020, 11:42:36 »
Complimenti a Davide: sei un ottimo divulgatore.

Un mio piccolo dubbio semantico: come faccio a differenziare un balun in corrente o choke fatto con un autotrasformatore, rispetto a quelli che sfruttano l'impedenza che si crea sull'esterno della calza del coassiale avvolto a bobina o con infilati un certo numero di anelli di ferrite?


Online IZ2UUF (davj2500)

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #10 il: 28 Maggio 2020, 18:42:13 »
Un mio piccolo dubbio semantico: come faccio a differenziare un balun in corrente o choke fatto con un autotrasformatore, rispetto a quelli che sfruttano l'impedenza che si crea sull'esterno della calza del coassiale avvolto a bobina o con infilati un certo numero di anelli di ferrite?

Ciao Maurizio.
Quelli fatti con l'autotrasformatore sono in tensione e usano un principio diverso da quello usato da quelli in corrente.
Vediamo un paio di casi.

Questo è il classico choke:


Può essere fatto avvolgendo il coassiale in aria (ugly choke), o avvolgendolo su un toroide, una bacchetta di ferrite o anche mettendoci sopra degli anelli di ferrite: è sempre la stessa cosa fatta con geometrie e "core" diversi. Quando mettiamo le ferriti su un coassiale, stiamo facendo un balun di questo tipo.
Per studiare il funzionamento di un balun bisogna vederne lo schema dal punto di vista delle correnti differenziali (cioè con la parte centrale+calza) e dalla parte delle correnti di modo comune (cioè solo la calza).
Lo schema di questo tipo di balun è il seguente:



Dal punto di vista delle correnti differenziali, i due avvolgimenti sono paralleli per cui non c'è campo e l'induttanza è come se non ci fosse. Dal punto di vista delle correnti di modo comune (seconda parte), invece l'induttanza c'è e causa un'impedenza da superare.

Vediamo invece un balun che sembra quasi uguale ma che in realtà è completamente diverso:



Questo balun è della famiglia di quelli in tensione. Vediamo lo schema:



Per capire meglio, riscriviamo lo schema "girando" le induttanze:



Come si vede, per la parte differenziale (a sinistra) le induttanze costituiscono un autotrasformatore. Le correnti differenziali si sviluppano tra quella viola e quella azzurra. Tramite il flusso linkato, uguale corrente si sviluppa tra l'induttanza blu e quella nera. Il rapporto è 1:1 perché tutte e tre le induttanze sono uguali come spire e "core", ed entrambi i partecipanti ne usano due.
Se però vediamo la parte di modo comune (a destra), notiamo che le spire hanno un effetto particolare: interconnettono entrambi i lati dell'antenna allo stesso modo alla calza del coassiale.
Questo vuol dire che se l'antenna è simmetrica., tutto il sistema sarà simmetrico, un ramo non avrà modo di indurre correnti sulla calza che l'altro ramo non annullerà per cancellazione di campo. Se l'antenna non è simmetrica, non funzionerà perché i due rami indurranno comunque correnti diverse.
Questa tecnica è adatta ad antenne simmetriche come i normali dipoli o le varie Yagi-Uda, ecc.

Ciaoo
Davide
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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #11 il: 28 Maggio 2020, 19:42:25 »
Dovresti pubblicare un sunto dei tuoi interventi, tra il tuo blog personale e quelli che hai disperso su rogerk uscirebbe un bel volumetto di radiotecnica applicata a linee e antenne, elegante e comprensibile per tutti.

Offline Aquila tw71

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #12 il: 29 Maggio 2020, 08:39:32 »
Dovresti pubblicare un sunto dei tuoi interventi, tra il tuo blog personale e quelli che hai disperso su rogerk uscirebbe un bel volumetto di radiotecnica applicata a linee e antenne, elegante e comprensibile per tutti.
Mi associo alla richiesta.
Aliena vitia in oculis habemus, a tergo nostra sunt...

Offline Bramax

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #13 il: 29 Maggio 2020, 11:25:06 »
Grazie Davide, preciso e chiaro.
Adesso finalmente mi sembra di avere chiari i concetti.  [emoji4]

Offline Bramax

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #14 il: 29 Maggio 2020, 11:54:02 »
Domanda per tutti: perché quasi tutti i produttori di antenne radioamatoriali forniscono con le stesse, su richiesta o compresi nel prezzo, dei balun in tensione?
Hanno più paura che le cariche elettrostatiche danneggino le apparecchiature attaccate alle antenne, rispetto alla RF che va in giro per l'esterno della calza del coassiale?

Mi pare che a livello di costo dei materiali e della lavorazione siano uguali i balun in corrente e quelli in tensione.





Offline IK3OCA

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #15 il: 29 Maggio 2020, 12:09:57 »
Salve Bramax, puoi fare un esempio di uno o due produttori? Sono curioso.

Viene però da pensare che non si tratti di un rimedio contro le scariche elettriche, per quelle basta molto meno di un balun anche in termini di costo.

73 Rosario

Offline Bramax

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #16 il: 29 Maggio 2020, 12:21:48 »
Certo.
OptiBeam vende il balun da 3 kW come accessorio delle sue yagi ed è in tensione. Se vuoi la versione da 5 kW te lo dà in corrente.
ProSisTel vende i dipoli filari e fan con un balun in tensione.

Di questi produttori sono sicuro, visto che ho acquistato e installato le antenne da loro vendute.

Ditemi voi per le altre marche... [emoji4] 

Offline IK3OCA

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #17 il: 29 Maggio 2020, 21:50:21 »
Ciao Bramax, ho visto che Prosistel vende balun in tensione, non ho trovato niente per Optibeam.

I balun in tensione o in corrente possono avere la medesima funzione, come ben spiega Davide IZ2UUF,  non rimane che ritenere che la scelta dipenda dall'antenna.

Per ridurre il rischio di scariche non necessita ricorrere ad balun, che basta molto meno; forse però, in dipendenza dal sistema costruttivo di quelle antenne, che non conosco, un balun in tensione potrebbe avere anche quella funzione.

73 Rosario






Offline denis751

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #18 il: 29 Maggio 2020, 22:03:14 »
Riassumendo :
balun 1:1 in corrente non è cortocircuitato ,può sostituire il choke .
balun 1:1 in tensione è cortocircuitato , può sostituire il choke .

CORRETTO ?
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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #19 il: 30 Maggio 2020, 00:13:19 »
Riassumendo :
balun 1:1 in corrente non è cortocircuitato ,può sostituire il choke .
balun 1:1 in tensione è cortocircuitato , può sostituire il choke .
CORRETTO ?

Ciao denis751.

No, direi che purtroppo la questione posta in questa maniera segna l'ennesimo ed inesorabile fallimento dei tentativi di spiegare cos'è un balun.
Mi consola sapere che han fallito anche pubblicazioni ben più autorevoli del sottoscritto, storiche e diffuse capillarmente, come i testi di Nerio Neri sulle antenne e perfino il mitico ARRL Antenna Book, la cui prima edizione risale addirittura al 1926.



Entrambi tentano da decenni di spiegare che il choke e il balun in corrente sono la stessa cosa.
Il "balun" è una funzione, il "choke" è un sistema per realizzare la funzione di balun.
Dire che "il balun può sostituire il choke" è come dire che "un automobile può sostituire una Volkswagen Golf". E' come dire che possiamo usare un felino al posto di un gatto. E' come dire che possiamo nutrirci invece di mangiare una pastasciutta.
Quando metti le solite ferriti su un cavo, hai realizzato un balun 1:1 tipo "choke". Se avvolgi semplicemente il coassiale su un toroide in ferrite, hai realizzato balun 1:1 tipo "choke". Se avvolgi il coassiale in aria senza dentro niente, hai realizzato balun 1:1 tipo "choke". Il balun 1:1 di W2DU, quello fatto con una sfilza di ferriti su un coassiale, è un balun 1:1 tipo "choke": invece di fare entrare tante volte il coassiale nella stesso toroide grosso, lo si fa passare una volta in tanti toroidi piccoli (le ferriti).
Quando un radioamatore dice "io non uso il balun, al massimo metto un choke" ha appena detto una cosa e l'ha negata due parole dopo.
Per una qualche ragione a me ignota, i radioamatori chiamano "balun" qualunque ammasso di fili avvolti su un toroide. Se non c'è un toroide, non è un balun. Se c'è un toroide, è sempre un balun. Il choke in aria non ha il toroide per cui non è un balun. Il trasformatore della canna da pesca ha il toroide per cui è un balun.
Io non so dove abbiano tutti trovato la definzione "dicesi balun un qualunque avvolgimento di fili purché eseguito su un toroide" perché non è scritta da nessuna parte: è inventata di sana pianta dalla vox populi, una specie di fake news d'antan.

Ciaoo
Davide
« Ultima modifica: 30 Maggio 2020, 00:58:15 da IZ2UUF (davj2500) »
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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #20 il: 30 Maggio 2020, 00:41:53 »
Domanda per tutti: perché quasi tutti i produttori di antenne radioamatoriali forniscono con le stesse, su richiesta o compresi nel prezzo, dei balun in tensione?
Hanno più paura che le cariche elettrostatiche danneggino le apparecchiature attaccate alle antenne, rispetto alla RF che va in giro per l'esterno della calza del coassiale?

Ciao Maurizio.

Non so le motivazioni esatte di ciascun costruttore, ma entrambi i dispositivi hanno la funzione di bloccare l'RF che va in giro sulla calza del coassiale, per cui sceglierne uno o l'altro in linea di principio non pregiudica questa funzione.
E secondo me poniamo troppa attenzione al fatto che il balun in tensione possa essere cortocircuitato: infatti è molto semplice cortocircuitare anche il balun in corrente mettendo in parallelo una resistenza di valore elevato o un'induttanza.

Le differenze che così su due piedi mi vengono in mente tra le due tipologie di balun sono diverse. Premettiamo che il balun in tensione non funziona sulle antenne non simmetriche ed infatti di solito viene proposto giustamente su dipoli, Yagi e simili.
Il balun in tensione ha un paio di vantaggi sul quello in corrente:
1) le sue prestazioni sono uniformi su tutta la banda che, di solito, è più ampia di quella del balun in corrente; infatti, una volta che ha reso equipotenziale il percorso common mode, il balun in tensione ha tolto il percorso common mode dall'equazione. Invece il balun in corrente ha un valore di impedenza che varia con la frequenza; in particolare, i balun in corrente sfruttano l'autorisonanza dell'induttanza che però non ha banda larghissima.
2) i balun in tensione hanno un funzionamento più prevedibile: dato che la loro funzione si concretizza nel dispositivo stesso. Quelli in corrente sono invece induttanze in serie ad un ramo d'antenna ignoto e variabile (il coassiale ecc.) e sono parte di un sistema d'antenna complessivo che a volte frega. Ci sono condizioni in cui l'induttanza del choke messa in quel punto ha l'effetto contrario di aumentare le correnti di modo comune. In altre parole, l'efficacia del balun in corrente è più variabile in base alle circostanze locali di quella del balun in tensione.

Tra gli svantaggi del balun in tensione a favore di quello in corrente, a parte la necessaria simmetria, abbiamo che nel balun in tensione l'energia è trasferita tramite il trasformatore. Questo significa che le centinaia di watt che ci mettiamo dentro devono passare attraverso il nucleo del trasformatore che quindi deve essere adeguatamente dimensionato.
Nel caso del balun in corrente, invece, passano nel "core" solo le correnti di modo comune. In certe antenne, come i soliti dipoli a mezz'onda, la potenza dissipata per common mode dal "choke" è pochissima.
Altro svantaggio del balun in tensione è che deve essere posto nel punto in cui da sbilanciato si passa a bilanciato, cioè dove finisce il coassiale. Il balun in corrente può essere messo in punti qualunque del coassiale, tenendo presente che la parte tra il balun e l'antenna lavorerà come parte dell'antenna. Questo consente (con un po' di perizia) di sfruttare il coassiale fino ad un certo punto come antenna e nella parte rimanente sopprimere quest'effetto

Per adesso mi sono venuti in mente questi punti. Probabilmente vantaggi e svantaggi dei due tipi nell'alimentazione delle antenne

Ciaoo
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Offline rosco

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #21 il: 30 Maggio 2020, 08:54:03 »
Il balun in corrente può essere messo in punti qualunque del coassiale, tenendo presente che la parte tra il balun e l'antenna lavorerà come parte dell'antenna. Questo consente (con un po' di perizia) di sfruttare il coassiale fino ad un certo punto come antenna e nella parte rimanente sopprimere quest'effetto
e quindi, da "ingrato" quale sono,
aspetto le tue considerazioni sulle HWEF per ottimizzare la parte del coassiale che DEVE far parte dell'antenna e quella che deve/può essere "isolata",
soprattutto in configurazione multibanda, dove tale parte è idealmente diversa per ogni frequenza.
es.
con 40m di radiatore e choke a 8m dovrebbe funzionare in 80m ed il choke dovrà avere parecchie spire.
( con cavo lungo 8m funziona, ipotizzo che mettendo choke e proseguendo col cavo funzionerebbe ugualmente, a meno delle perdite minime della maggior lunghezza del cavo)
Per i 20m non dovrebbe essere a 1m ?
( alcuni radioamatori sostengono la teoria del 0.1 lambda per il cavo di alimentazione e sono curioso di vedere le tue considerazioni.
Se non hai già visto, ma sei interessato cerco i link che al momento non trovo.)
Potrebbe avere senso mettere poche spire a 1m ( ininfluenti per gli 80m, ma sufficienti per i 20 ) ?

Spero di essere stato sufficientemente chiaro e che l'argomento sia di interesse non solo per me.
73

Still learning, correct me if I'm wrong please.

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Re:Infarinata su correnti differenziali, coassiali sbilanciati e balun
« Risposta #22 il: 30 Maggio 2020, 09:08:27 »
con 40m di radiatore e choke a 8m dovrebbe funzionare in 80m ed il choke dovrà avere parecchie spire.
( con cavo lungo 8m funziona, ipotizzo che mettendo choke e proseguendo col cavo funzionerebbe ugualmente, a meno delle perdite minime della maggior lunghezza del cavo)
Per i 20m non dovrebbe essere a 1m ?
( alcuni radioamatori sostengono la teoria del 0.1 lambda per il cavo di alimentazione e sono curioso di vedere le tue considerazioni.
Se non hai già visto, ma sei interessato cerco i link che al momento non trovo.)
Potrebbe avere senso mettere poche spire a 1m ( ininfluenti per gli 80m, ma sufficienti per i 20 ) ?

Ciao Rosco.

Relativamente alla mezz'onda ho fatto alcuni esperimenti ed alcune simulazioni che hanno praticamente replicato l'esito degli esperimenti ma non sono giunto ad una conclusione definitiva.
In sostanza, il choke sotto l'antenna è disastroso: con qualunque contrappeso, le correnti sul coassiale aumentano a dismisura e il toroide del choke si surriscalda. La simulazione dava una percentuale di potenza dissipata dal choke elevatissima, tipo il 90% o qualcosa del genere.
Senza choke ho comunque correnti di modo comune anche se poca roba rispetto alle end-fed random.
Ho ottenuto il compromesso migliore con alcuni metri di coassiale (credo siano 6m) lasciati fuori e poi appena entra in casa, abbondantemente avvolto su una ferrite. In 40m ok, in 80m qualcosa resta, probabilmente serve più cavo ma avevo finito il coassiale.
Ho anche provato a convertire il 64:1 da autotrasformatore a trasformatore, tenendo i due avvolgimenti separati e non con due capi saldati insieme. Naturalmente ho aggiunto un contrappeso da qualche metro in modo che il lato del trasformatore 64x lavori con il filo da 40m e il contrappeso, mentre il lato 1x lavori solo con il coassiale. Questo passo ha ridotto ancora un po' le correnti di modo comune.

Ciaoo
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