vliv balunu

další info >>>>

O anténách

Kontakt

Má smysl používat u dipólu balun?

Všeobecně
Předpokládal jsem, že otázka, zda používat u dipólu balun je u hamů vyřešena a nemá smysl zabývat se touto problematikou. Přesto mi přišlo několik mailů, na které nejsem schopen odpovědět jediným nepříliš dlouhým článkem. Tento článeček je první ze série článků a poskytuje informaci o tom, na čem všem se absence balunu projeví. Snažím se zde informace poskytnout bez nutnosti znát matematický aparát, ale pouze principielní chování antén a jejich základní kategorizaci. Přesto doporučuji zamyslet se hlavně nad kategorizací, ve které rozlišuji antény uzemněné nebo neuzemněné. Viděl jsem také pojmenováni izolované a neizolované od země. Úvodní článek k problematice je např. zde.

Kam patří dipól? Dipól podle základní kategorizace antén patří mezi antény neuzemněné. Je to však pravda? Vždyť ho napájíme uprostřed, zpravidla koaxiálním kabelem, který máme připojený do rádia a rádio máme uzemněné. Soustava dipól - napáječ - TRX je tedy anténa uzemněná a s ohledem na tuto skutečnost nám také bude samozřejmě vyzařovat. Jak taková soustava vyzařuje? I na tuto otázku existuje velice snadná odpověď. Vyzařování odpovídá proudům, které tečou vodiči. Tj. proudům, které tečou rameny dipólu a rozdílu proudů, který teče mezi vodiči koaxiálního napáječe. Viz obrázek vpravo. Na obrázku si všimněte několika detailů - rozdílu proudů v ramenech dipólu a rozdílu proudů mezi vnějším a středním vodičem napáječe. Poznámka: Obrázek odpovídá dipólu, který rezonuje na 7.076 kHz a je instalován ve výšce 20 metrů, tj. ve výšce odpovídající 1/2 lambda. Dipól je instalován nad průměrně vodivou zemí. Protože má jít o neuzemněnou anténu, je pouze uzemněn TRX a hodnota takového uzemnění je změřená měřičem uzemnění. Rz = 25 Ohmů (tedy nic moc) a na kolíku rozvodu nn lze naměřit hodnotu mnohem nižší.
Jaké jsou příznaky nevhodného napájení antény? Doufám, že po prohlédnutí proudového rozložení nikdo nepochybuje o nevhodném napájení antény. Nebo snad ano? A stále ještě považuje rozložení proudů za výmysl teoretiků a praktické důkazy hovoří jinak? Nikoliv. Základním příznakem antény napájené nesymetrickým napáječem je její poměrně veliký (slyšitelný) hluk, často doslova rachot na pásmu, který po přidání dobrého balunu zmizí. Také jsme možná na pásmu slyšeli, že anténa šilhá. Dost často s názorem, že by nám to snad ani nevadilo. Jde samozřejmě o mýtus. Anténa s balunem a bez balunu vždy vyzařuje rozdílně. Úmyslně jsem vybral dipól, který je instalován přiměřeně vysoko, vyzařuje k horizontu a u takové montáže je samozřejmě vliv vyzařování napáječe na tvar diagramu minimální. Přesto je viditelný a diagram zde uvádím:

Všimněte si, že dipól napájený bez balunu (červená čára) ztrácí zisk i v hlavním směru vyzařování (téměř o 3 dB), nepatrně roste vyzařovací úhel směrem k horizontu, je tedy méně vhodný pro DX práci. To vše vyčteme z pravé části. V horizontální rovině jsou rozdíly také vidět.
Moje anténa je bez balunu a má vynikající VSWR .... Tuhle frázi často slyším. Je pravdivá a nejde o mýtus. Jen dobré VSWR není příznakem dobře navržené antény. Jak dipól s balunem, tak dipól bez balunu, oba napájené koaxiálem lze přizpůsobit velmi dobře. Proto uvádím znovu vyzařovací diagramy obou variant napájení, tentokrát každý v samostatném obrázku a s výpočtem základních parametrů na svorkách. Vlevo je dipól bez balunu, vpravo s balunem. Všimněte si, že dipól bez balunu je dokonce lépe přizpůsoben, ale má menší zisk a vyšší vyzařovací úhel.

Další příznaky nevhodného napájení antény Asi nejotravnějším příznakem jsou plášťové proudy, které se nám hrnou do hamovny. Nejen, že nám ovlivňují vyzařování antény, což nám vadí nejvíc, často jsou natolik otravné, že nám ovlivňují jakost modulace, lezou do spínaných zdrojů nebo do PC, např. přes zařízení usb (myši, tablety, usb huby). Pokud jsou příčinou plášťových proudů nesymetrie antény vůči zemi, vždy to řeším vhodným balunem, ale o tom budu psát v souvisejících tématech. Tím, že jsem nikdy nepodceňoval symetrizaci antén, které patří do kategorie neuzemněných antén, nikdy jsem neměl problémy s pronikáním VF do zařízení. A to ani při výkonech, které přesahovaly 1 kW. Pokud máte zkušenosti a praxi s konstrukcí mnoha antén, zjistíte, že u antény bez balunu nebo u antény s nevhodným balunem vám nesedí geometrické délky ramen dipólu. U antény s dobrým balunem a bez balunu se tyto délky liší. Nikoliv výrazně, rozlišitelně však ano. Dipóly, které jsou neuzemněné, jsou opravdu mnohem tišší a dobře na ně slyšíte i DX komunikaci, pokud jsou instalované vysoko. Začne se vám na digimódech dařit na mezikontinentálních spojeních s opravdovými pidivýkony. Související témata Dobrá symetrizace má zásadní vliv na vlastnosti směrových antén. Pokud jste četli např. v manuálu ok1ufc pro LPDA (Log-Periodic-Dipole-Array), všimli jste si, že symetrizace napáječe je provedena s využitím několika prvků, včetně přísného návodu na polohu a vedení kabelu na ráhně a v horní části stožáru. Jen díky těmto opatřením dosahuje anténa výborných výsledků. V dalších článcích budou popsány různé důležité principy, které se uplatňují u konstrukce balunů, autotransformátorů a podobných prvků, které jsou vhodné např. pro konstrukci neuzmeněných vertikálů (např. s meandrovitou protiváhou, skládanou "folded" protiváhou, atd. Jsem přesvědčen, že tyto konstrukce mají bezesporu lepší vlastnosti, než vertikály s běžným zemním systémem.
Dodatek k tématu - vliv balunu na vlastnosti směrovky
Porušení principu symetrie zářiče se projevuje rovněž u směrových antén napájených ve středu zářiče (DE). Rozdílné proudy, které tečou díky tomu, že jsme k vyzařování nepoužili symetrické napájení způsobí různou velikost proudů v ramenech dipólu. Díky vzájemné indukčnosti prvků nebudou pasivní prvky správně buzené a dojde k poměrně zásadnímu ovlivnění zisku a směrové charakteristiky. Na obrázku vpravo je zobrazení proudů. Na obrázku dole je vyzařovací charakteristika směrovky s balunem a bez balunu.

Příčina a důsledek

Důsledek nesymetrického napájení ramen dipólu jsem na vyzařovacích diagramech antén dostatečně demonstroval. Vyzařování koaxiálního napáječe mnohdy velice zkresluje vyzařovací charakteristiku směrovky a proto ho nelze zanedbat. Sekundárními důsledky jsou např. otravné VF proudy v hamovně či nadměrný hluk při příjmu.

Příčinu jsem také uvedl. Příčinou je zpravidla nesprávně vyřešený přechod ze symetrické soustavy (anténa, žebříček) na nesymetrickou část (TRX). Pro ilustraci vpravo ještě uvádím ilustrační, několik let starý článek, který jsem převzal z QST.

Zařízení, které se nám stará o přechod ze symetrické soustavy antény do nesymetrické soustavy TRXu se jmenuje BALUN a toto je jeho základní rolí. Balun však může plnit ještě další roli, např. transformovat impedanci.