Rozdíly mezi napěťovým balunem se 2 a 3 vinutími

Napěťové baluny vinuté na toroidní jádro se často používají také jako impedanční transformátory. Balun, který má dvě vinutí, nám bude transformovat impedanci v poměru 1:4. Balun, který má tři vinutí, nám bude transformovat impedanci v poměru 1:9. Je to skutečně pravda? V jakém rozsahu frekvencí a vstupních impedancí naměříme správný průběh koeficientu odrazu (RL) nebo poměru stojatých vln (VSWR)? Tento článek se věnuje výsledkům měření na jediné hodnotě vstupní impedance.

Skutečnost

Balun s transformačním poměrem 1:4, resp. 50:200 Ohm

Balun, který je vinutý pouze se 2 vinutími, má nejširší frekvenční charakteristiku. Pokud máme dobře navržené vedení, která tvoří vinutí, bude průběh VSWR vypadat takto. Charakteristika je plochá téměř v celém pásmu krátkých vln. Na kmitočtu 1.5 MHz je VSWR kolem 1.2 a na 28.5 MHz je kolem 1.6.

První mýtus, se kterým jsem se setkal, zněl: "Navineme na jádro co nejvíce závitů." Je to nesmysl?. Nízké VSWR sice přesuneme směrem k nižším kmitočtům, ale snížíme šířku pásma balunu. Pro širokopásmový balun je takové řešení nesmyslem. Pokud chceme vysílat jen ve spodních pásmech, prosím. Abychom zjistili, co našemu vinutí vadí, uvedu zde ještě průběhy R a jX:

Všimněte si, že směrem k vyšším kmitočtům nám klesá hodnota R (balun netransformuje 1:4) a roste reaktance jX. Pro úplnost uvedu ještě koeficient odrazu:

Všimněte si, že v pásmu od cca 1.5 do 21 MHz je RL nepatrně horší, než 20 dB.

Balun s transformačním poměrem 1:9, resp. 50/450 Ohm

Dobrý balun se třemi vinutími má však mnohem menší šířku pásma než balun, který má pouze dvě vinutí. Průběhy charakteristik:

V posledním diagramu si všimněte, co nám o tolik horší charakteristiku způsobilo. Správně uvažujete o tom, že tři vinutí v sérii budou mít větší indukčnost než 2 vinutí v sérii. Jak se blížíme ke kmitočtu 30 MHz, roste nám jX (zelená čára) také téměř k 50 Ohmům. Aby to tak nebylo, je nutně třeba snižovat indukčnost (počet závitů) balunu. To se však nemusí líbit použitému jádru na nízkých kmitočtech.

Unun s poměrem 50/200/450 Ohm

Pro některé účely se běžně konstruují ununy, které mají vyvedeny odbočky pro oba transformační poměry. Výrobky, které jsou na trhu, se ve svých charakteristikách velice liší. Pokud je použito trifilární vinutí, docílíme následujících průběhů (jde o stejný balun, jako v předchozím případě, umělá zátěž zatěžovala impedancí R=200 Ohmů odbočku 1:4):

Všimněte si, že charakteristiky balunu, který má tři vinutí a odbočku, nejsou totožné, jako u balunu, který má jen dvě vinutí. Aby byl RL vyšší než 20 dB, dosáhl takový balun šířky pásma jen od cca 1.5 MHz do 12 MHz, tj. asi 8 násobku spodního kmitočtu. Balun se 2 vinutími dosáhl téměř 20-ti násobku.

Poznámka

1. K měření byl použit balun vinutý na toroidním jádře o průměru 50/30 mm a výšky 14.5 mm. Balun byl schopný přenášet výkon do 200 Wattů s malým oteplením jádra.
2. Schémata balunů uvádím na této stránce. Z hlediska zapojení se jedná o základní zapojení 1:4 a 1:9 (podle Ruthroffa).
3. Jeden z příkladů, jak je třeba provést jednoduchou kompenzaci charakteristik, s vysvětlením principů řešení, je uveden zde.

Závěr

Pro širokopásmové použití od 1.5 do 28 MHz byly v dílně ok1ufc vyvinuté precizní výkonové ununy s vyvedením transformačních odboček 1:4 a 1:9. Jejich charakteristiky jsou uvedené v popisu produktů - klikněte zde.