Balun 9:1 By IK2NBU Arnaldo

 

LE MISURE MAGICHE NON ESISTONO

Carissimi,

La collaborazione fra Ivan IW2KBK ed il sottoscritto Arnaldo, è in auge da oltre 20 anni, entrambi SWL di lunga data e sempre pronti a migliorare la propria stazione di ascolto. Quindi non potevo farmi sfuggire l’occasione di fare delle misure serie sull’antenna filare nuova di zecca, installata da Ivan nel suo nuovo QTH.

Condizioni di installazione specifiche:

il filo di 30 metri parte da sotto il solaio, esce da una finestrella al secondo piano della casa ed attraversa uno spazio libero, per poi terminare la sua corsa su un palo di circa 6 metri a terra in giardino. A completamento dell’antenna, un radiale di 10 metri corre nel solaio seguendone il perimetro, esso è parte integrante dell’antenna e delle misure che abbiamo fatto insieme. Da notare che il tetto di casa è in sandwich industriale metallico a 2 strati, al momento delle prove isolato dall’antenna.

Si tratta di una condizione quasi ottimale di installazione, infatti ponendo il tester LCR fra filo e radiale, la capacità residua parassita (nemica di molte installazioni) è risultata di soli 78 pF, viceversa collegando il capacimetro fra antenna e tetto metallico sale a 110 pF circa, che non sono pochi in HF.

Tutte le misure fatte a seguire sono quindi specifiche per questa installazione, ovviamente a casa vostra non saranno uguali, perché cambiando l’altezza del filo, il percorso, gli ostacoli e la capacità parassita verso il terreno sottostante in base alla sua conducibilità ohmica, la Z impedenza finale cambierà di conseguenza.

Misuriamo l’antenna nuda:

senza interporre nulla e con 2 pinzette corte colleghiamo il VNA da una parte al filo antenna e dall’altra al radiale di 10 metri nel solaio. Lo scopo di queste misure è verificare come cambiano la X (reattanza positiva o negativa) e la R resistenza del nostro filo radiante, al cambiare della frequenza HF. Come già sapevo le variazioni di X ed R sono repentine e notevoli, la tabella ed il grafico 1 mostrano i valori che spaziano per la X da - 2100 a +203, e per la R da soli 4,8 ohm a 220 ohm.

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La tabella mostra inoltre 2 colonne di Z, quella mostrata dal VNA (in configurazione serie) e quella calcolata con la solita formula Z = radice quadra di R+X entrambe elevate al quadrato. E’ solo uno scrupolo mio e le due colonne sono sostanzialmente coincidenti, a dimostrazione della precisione del VNA usato della RIG Expert.

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Il grafico 2 mostra quindi il variare della Z impedenza della nostra filare di 30 metri da 250 Khz a 28 MHz, le impedenze da coniugare sono molto diverse (…ma va?) ed il rapporto di trasformazione ottimale ad esempio a 900 KHz o a 7 Mhz non è affatto lo stesso! Infatti in onde medie la Z è 820 ohm, mentre in 40 metri è 72 ohm. Senza contare tutte le variazioni intermedie che potete leggere seguendo la linea del grafico.

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Ergo le prime considerazioni:

tutto quello che si legge su internet, e che recita di lunghezze di filo magiche o adattatori di impedenza da 1 a 30 MHz, piatti come la linea della morte? Tutta fuffa!

O meglio se nella costruzione del balun usiamo una pura resistenza per le nostre misure come da mio Video 1, è logico che la curva del ROS sarà quasi perfetta, ma siamo in laboratorio dove la X e la R sono praticamente inesistenti, nel mondo reale tutto cambia. Il test del video è doveroso farlo, ma serve solo a verificare il corretto rapporto di trasformazione da 50 a 450 ohm in questo caso.  La resistenza collegata simula una antenna ideale puramente resistiva, ma non come si comporterà nell’installazione di casa vostra.

 Quindi che si fa?

Nella scelta del dispositivo trasformatore di impedenza (in vulgaris balun) ci sono 2 compromessi da fare, in primis il materiale della ferrite da usare e poi il rapporto di trasformazione. Nel nostro caso ho scelto la ferrite Amidon materiale 61, che offre una resa induttiva ben distribuita da 1 a 25 MHz, essendo per uso SWL un diametro medio piccolo come toroide FT 82/61 è sufficiente, e si avvolgono facilmente le spire di filo.

Mentre i miglior compromesso per il rapporto di trasformazione è una scelta desirata da Ivan, per un ascolto ottimale anche di onde medie e lunghe, ergo bisogna coniugare come da tabella, delle impedenze medio alte comprese fra 2.000 e 400 ohm verso il nostro cavo di discesa ed RX a 50 ohm.

Ho quindi realizzato un classico balun 9 a 1 con avvolgimento trifilare, vedi foto, in un simpatico contenitore trasparente, non avendo esigenze di renderlo stagno perché posizionato al riparo nel sotto tetto.

Misure finali post balun:

Una volta installato i balun sull’antenna filare di 30 metri, sempre con il nostro VNA, abbiamo fatto la passata di tutto lo spettro HF, e nelle nostre specifiche condizioni di installazione abbiamo avuto un buon risultato da 7 a 28 Mhz, con sei bande HF dove il ROS è inferiore a 2.5, che per un SWL è tanta roba. Mentre sulle bande basse il rapporto di trasformazione 9 a 1 non è risultato sufficiente, nota bene che tutte le misure sono state fatte nel solaio a valle del balun installato, con 30 cm di cavetto coassiale collegato al VNA

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Quindi per le frequenze HF dove sul tetto avremo impedenza vicina ai 50 ohm, il tutto arriva in stazione praticamente senza variazioni, perché il cavo RG è 50 ohm ed il carico è adattato, mentre per le bande dove non avremo questa impedenza Z, il cavo di discesa in stazione si comporterà come un trasformatore di impedenza a sua volta, con esito del tutto randomico in base alla sua lunghezza e capacità caratteristica.

Primi ascolti e future migliorie:

La sera stessa abbiamo avuto modo di valutare positivamente il risultato complessivo dell’installazione, paragonando anche antenne diverse fra loro dai 250 Khz sino ai 15 MHz, nonostante il discreto noise presente.

Questo articolo vi ha mostrato con precise misure che la coperta dei balun “è sempre corta”, ovvero se migliori sulle frequenze basse cambiando il rapporto di trasformazione o il materiale Amidon usato, peggiori la coniugazione delle impedenze nella parte alta delle HF o viceversa.

Tutto è migliorabile, ad esempio un balun doppio con rapporti 9 a 1 e 16 a 1 commutabile, ma sempre una scelta di compromesso rimane. Come future migliorie IVAN sta considerando un’antenna triangolare di 80 metri che limiti il rumore industriale, ovviamente rifacendo insieme le misure e rivedendo la tipologia di adattatore di impedenza da utilizzare nel sottotetto. Buoni ascolti !

73 de

ik2nbu Arnaldo www.ik2nbu.com

iw2kbk Ivan