Er worden de meest wilde verhalen over baluns geschreven. Daarnaast wordt de balun vrolijk op een hoop gegooid met de unun.
Een balun is een afkorting voor balanced-unbalanced. De unun is dus unbalanced naar unbalanced. Sommigen maken het nog bonter door bij een eindgevoede draad een 1:9 magnetic balun te verkopen. Dat bestaat dus niet.
Je gebruikt een balun dus om van een gebalanceerde antenne, of iets anders, naar ongebalanceerd te gaan. Als het alleen om transformatie gaat is het geen balun of unun maar een RF trafo, welke wel tevens balun of unun kan zijn.
Er zijn twee type baluns. De spanning en de stroom balun.
Een spanningsbalun, zo’n trifilair of bifilair gewikkelde ringkern is niet erg zolang je dipool perfect in balans is. Anders is het middel erger dan de kwaal. Het heet een spanningsbalun omdat hij de spanningen gelijk probeert te houden maar in een antenne zijn we meer geïntresseerd in de stromen. Dat is de reden dan het zonder vaak beter werkt. De balun is dan niet altijd slecht, hij doet wat hij moet doen, maar de dipool is niet in balans of niet goed en dat komt dan zo tevoorschijn. Daar kan die balun niets aan veranderen. Ook moet de kern geschikt zijn voor de frequenties en spanningen en de coax mantel moet aan een aarde hangen. Dat is vaak niet het geval omdat de set op een 12V voeding staat en ongeaard wordt gebruikt. Een spanningsbalun gaat dan niet werken.
Heel grof de werking. Bij een bifilaire hang je aan de kern van je coax een spoel naar massa. De mantel gaat ook naar massa. De dipool heeft twee poten. Die zijn gelijk waardig we gaan er nu een als aarde definieren en koppelen we via een spoel naar aarde, de andere helft gaat direct naar de coax kern. Vanuit de antenne gezien hangt de aarde dus symetrisch tussen twee spoelen, vanuit de zender hangt deze via een spoel naar massa. asymetrisch dus. Door de draad nu bifilair te wikkelen krijg je een transmissielijn. Die moet eigenlijk 50 ohm zijn. Dat is dus eigenlijk niet zomaar een willekeurig stuk draad. De stroom door de ene draad is in tegenfase met de andere zoals in een openlijn. De spoel vormt dus geen belemmering voor het signaal. Onbalans signalen in een van de twee geleiders zien dus wel een spoel en worden tegengehouden waardoor symetrie wordt afgedwongen. Door met de aansluitingen te spelen kun je tevens transformatie doen. De antenne door twee spoelen, de zender door een, dat is dus 2 in het kwadraad of 1:4 in impedantie.
Bij trifilair laat je de zender door twee wikkelingen naar aarde gaan en aan de antenne kant hangt de aarde tussen twee spoelen naar de dipool helften. Er is dus een 2:2 verhouding ofwel 1:1
Er is een betere oplossing. Bij de meeste bekend onder de naam mantelstroombalun. Dat is dus gewoon een stroomchoke met ringkernen maar ook dat bekende rolletje coax is er een. Die moet natuurlijk wel direct onder de antenne en het liefts ook een vlak bij de set voor de zekerheid. De doorgangsdemping van een coax balun (zonder kern) is wel hoger dan die van de ringkern stroombalun (veel meer verliesgevend coax nodig). Ook heeft een coax balun zonder kern snel problemen met smalbandigheid, doordat de windingen tegen elkaar liggen is er veel paracitaire capaciteit (veel windingen) en is ook daardoor erg smalbandig. Je kunt ze prima voor 1 band maken zolang dat maar hogere frequenties zijn. Je hoort er heel wisselende verhalen over. Dat is logisch. Stel dat je antenne en coax dik in orde zijn. Er is maar een heel klein beetje koppeling van het signaal naar de buitenkant van je coax. Als de choke dan 10dB dempt kan dat al ruim voldoende zijn. Als je echter een groot probleem hebt en bv 40dB nodig hebt dan gaat zo’n choke niet snel werken. Dus als iemand zegt dat hij zus en zo gemaakt goed is en er staan geen absolute meetgevens bij dan zou ik daar even vraagtekens bij zetten.
Bij een open lijn is er een gelijke koppeling naar de buitenwereld (goed opgehangen). Bij coax ligt dat anders.
Hier is het EM veld gevangen tussen de kern en binnenzijde buitenmantel en door die mantel afgeschermd. Het veld wordt dus in de kabel verplaatst en niet er buiten. Dat is mooi , er is dus geen beinvloeding.
Koppel je nu coax aan open lijn of een ander gebalanceerd iets dan wordt het veld door de kern aan een helft doorgegeven, die helften zijn capacitief gekoppeld. De stroom loopt dan via die gekoppelde helft weer terug en wordt aan de buitenmantel doorgegeven. Maar de antenne stroom is “lui” dus die probeert ook gelijk via het coax terug te lopen naar de set. Dat gaat dan over de binnen en de buitenkant van de mantel en dat wil je niet. Dat moet via de binnenkant van de coax gebeuren. Met een balun dwing je dat af.
Zonder balun (bij een symetrische antenne of unun bij asymetrisch)gaat de buitenader ook stralen. De onbalans vergroot dus nog verder. Dat lijkt soms niet verkeerd want als je lange coax als vertikal gaat werken kun je daarmee soms verder komen en zonder dit effect zouden bepaalde antennes (bv EH en magloop) ineens door de mand vallen 😈 Maar we willen het veld dwingen binnen de kabel te blijven en tegengesteld te lopen en dat kan alleen met een balun (spannings of stroom balun). Er is daarmee minder weglek verlies. .
Het ferriet moet wel geschikt zijn. De eigenschappen van ferriet gelden binnen frequentie grenzen en spanningen. Daarboven of onder is het als het ware niet aanwezig. Ferriet kan ook bij overbelastig blijvend in permeabiliteit veranderen Ook moet je met zo min mogelijk windingen een zo hoog mogelijke reactantie krijgen
(minimaal 200 ohm bij een load van 50 ohm maar dus 8000 ohm bij een load van 1000 ohm) op de laagste frequentie. Hij moet ook de spanning aankunnen. Vooral bij te korte antennes kan die spanning aardig oplopen. Ijzerpoeder is geen geschikt balun materiaal. Er zijn te veel wikkelingen nodig.
Na een middag samen met PE1RQM allerlei soorten mantelstroomfilters te hebben gemaakt, het doel was een breedbandige oplossing van 80 tot 10 meter, zijn er de volgende conclusies uit gekomen:
Een van rg58 opgerold rond een petfles (dit voor de diameter, niet dat het een petfles moet zijn) De beste keus was 10 windingen. Meer was goed voor de lage banden maar slechter voor de hoge. De inductie neemt wel toe maar de paracitaire capaciteit ook. Met 5 windingen was hij het best voor de hoge banden vanaf zo’n 20 meter maar deed niets onderin. Een vergroting van de diameter (bijna twee keer zo groot) met 5 windingen gaf het beste resultaat.
Een met ferriet materiaal. Dit gaf absoluut de beste demping maar niet altijd breedbandig. Voor 20 meter werkte het echt goed. Maar er was altijd wel een band die buiten de boot viel. Het beste waren vier paarse kernen ( 4c65) op elkaar gestapeld met 5 windingen. Verder hebben we van alles geprobeerd van 4 kernen los achter elkaar met elk 4 windingen tot 8 kernen gestapeld.
Het resultaat was steeds minder breedbandig. Wat wel breedbandig werkte was een 4A11 materiaal 43, gestapeld op een 4C65. Met 4 windingen rg58 gaf dat al 25dB demping over het hele HF bereik. Deze test heb ik later gedaan.
PE1RQM had ook een T200-2 meegenomen. We hebben hier diverse metingen aan verricht. Van gewone zelfinductie tot stroombalun. Het resultaat was bedroevend. Zo’n ding doet nagenoeg niets. Waarom hoor je dan zo vaak dat hij gebruikt wordt. Ik denk om een simpele reden. Iedereen doet elkaar maar na zonder iets te meten. Bedenk daarbij dat een balun met een te lage zelfinductie niet veel kan doen. Op 80 meter is zo’n ding een paar ohm. Als er niet veel nodig was kan dat net voldoende zijn. Als er echter wel veel nodig is dan gaat het ook nooit mis. Een goede balun die zijn werk dan goed doet krijgt het erg zwaar. De spanning loopt hoog op, islolatie slaat door, balun satureert enz, Maar als de balun nagenoeg “onzichtbaar” is voor de stroom dooradt hij weinig zelfinductie heeft, kan er ook niets aan fout gaan. (als je je remmen met vet in smeert worden ze ook niet warm bij remmen en dat gaat prima zolang je niet hoeft te remmen)
Dat geldt voor al deze oplossingen. Dit in tegenstelling tot spanningsbaluns en ununs. Deze werken goed gebouwd en toegespitst op hun taak goed (alleen is de vraag of je die werking wil, namelijk spanning constant houden), maar niet goed gebouwd en afgeregeld voor het inzetgebied kunnen ze ook averechts werken.
Een stroom choke kun je maken door twee parallel gewikkelde draden. Als je draad van 0,5mm tot 1 mm gebruikt kom je redelijk in de buurt van 50 ohm. (vergeet niet dat het toch al fout gaat bij de SO239 connectors, kroonsteentejs enz.) Deze tweedraads transmissie lijn transporteerd het signaal. de ene in tegen fase met de ander. Zodra er meer stroom door de een als de ander loopt dan is het geen transmissielijn meer en gaat de spoel een rol spelen. Deze houdt de stroom tegen totdat de beide weer in balans zijn. Je kan hem ook maken door coax een aantal keer door een kern te halen of op een andere manier daar een spoel van te maken (op ferriet staaf, lucht enz) Als het maar zo is dat de spoel genoeg zelfinductie heeft en dus voldoende impedantie voor de band en load.
Update:
Dit is een analyse van een 1:1 balun afgesloten met 50 ohm. Die is gemaakt van een 4C65 en 4A11 (43) op elkaar met VD draad gewikkeld in een metaal kastje. Niet zo’n succes:
In dat zelfde kastje zit ook deze 1:4 balun, gemaakt met de zelfde kernen en draad. Die afgesloten met 200 ohm een heel wat mooier beeld geeft:
Dit laat alleen de transformatie zien. Het zegt niets over de werking mbt afdwingen van symetrie. Dat heb ik nog niet getest bij deze vormen.
There are a lot of misunderstandings about baluns. It starts with mixing names. Baluns are not the same as unun’s. Balun means Balance to unbalanced and unun is unbalanced to unbalanced. You even see 1:9 magnetic longwire baluns. You can not get more wrong terms in one sentence. If you have a balanced antenna like a dipole you do need a balun, if you use a asymetrical antenna like a endfed longwire or a vertical you can use an unun. If you want to change impedance you can use a RF transformer (that can be a balun or unun at the same time)
There are two sorts of baluns. A voltage and a current balun. The first is a torroid with a bifilair or trifilair winding. This is a good choise if your dipole has a good balance but it forces equal voltages and you really should want equal currents. If not things get worse. That is the reason you often here it works better without a balun. The balun is not bad (it can be made bad) but the dipole is not balanced. A balun is not a corrector for a bad antenna. It makes a transfer from something balanced to something unbalanced. The second problem is the torroid, it must be suited for the task. (frequency, voltage and induction) and the shielding from the coax must be at ground level. Most times it is not because the transmitters are 12V and are used floating from ground.
A voltage balun will not work in that case.
How it works: In case of bifilair you connect the coax inner by means of an coil to ground. The shield goes also to ground. A dipole has two legs. These are similar but one has to become “ground” so we connect this one by means of a coil to ground. The other half goes to the inner conductor of the coax. Looking from the antenna the ground is simetrical between the two legs inbetween coils. Looking from the TX there is a coil to ground, asymetrical.
By winding the coil bifilair you form a transmission line. This should be 50 ohms so you can not just use some wire (0.5mm wire form a 50 ohms but with 1mm cu-wire you are in the end near 50 ohms) The current in the one wire is in anti-phase with the other wire like in an open line so the torroid is “invisable” for signals equal on both wires. Only signals caused by moderate unbalance are blocked forcing symetry. You can also do some transforming. The antenna gets two coils, the TX one. That is 2:1 or 2²=4 so 1:4 impedance change.
Trifilair uses two coils for the TX and the antenna also uses two coils. So one coil is used for both. This gives a 2:2 which is the same effect as 1:1
There is a better balun. Called a current-chocke. This has no inductive coupling. It is just an ongoing transmission line formed into a coil. You van make it from coax or twinwire. This must be near the antenna but it is always wise to use a second one near the TX. The antenna radiates and your coax pickes up signal, especially if the set is not grounded. Coax can be wound on a core or just as an air-inductor. Problem is paracitic capacitance between the windings. This forms a sort of anti-choke, You have to find the point of enough inductance and still not much capacitance.
The current has to flow inside the coax, (inside of shield) not on the outside. The current on the outside sees the inductor and that has a reactance towards that current. But if the capacitance is big enough you have no balun. An air coil needs much coax but is cheep and you can made big inductors. The insertion loss is bigger because you need more coax. With a high swr on the line you do not want that, trust me, there is more than just the coax loss at 50 ohms, much, much more. A torroid must be ferrite and suitable for frequency and voltage. The reactance of the choke must be 4x the Z of the load. You can not reach that with iron powder cores.
In an open line there is a balanced coupling to the outside world. Coax has not. Here the EM field is catched between centre and innerside shield. This shield is handy because now you can put the cable where ever you want without influence. But if you connect a balance antenna straight to the coax then you also put a signal on the outside of the shield. The shield radiates. Sometimes that is a unwanted plus. The not working antenna seams to work but mostly it is the coax radiating and doing the work.
