Měření přenosu a odrazu na balunu

Aktualizováno v říjnu 2019


Zjištění transformačního poměru balunu, změření odrazu na jeho vstupu a změření jeho útlumu při přenosu

Úvod

Použité přístroje:
1. Vektorový analyzátor (v příkladech použit nano VNA).

Použitý konektor: CH0 (TX) a CH1(RX)
Použité adaptéry: propojovací jumper PL-259/SMA (neměl jsem při ruce, použit delší kabel a několik adaptérů), propojovací jumper SMA/svorky M4
Zobrazované typy grafů: impedance S11 Smithův diagram, charakteristiky S11 Return Loss, S11 VSWR, S21Gain
Měřené veličiny: zjištění transformačního poměru balunu, měření impedance na vstupu, měření útlumu při přenosu, měření odrazu na vstupu
Software: https://github.com/mihtjel/nanovna-saver/releases

Cíl měření

1. Zjistit transformační poměr balunu.
2. Změřit průběh impedance na vstupu balunu (výstup zatížen jmenovitou impedancí).
3. Změřit útlum při přenosu.

Zapojení přístrojů 1. Zjišťování transformačního poměru neznámého krátkovlnného balunu. Na svorky balunu připojíme potenciometr (500 Ohmů). Vstup připojíme na CH0 analyzátoru VNA - obrázek dole. Točíme potenciometrem tak, aby ve Smithově diagramu bylo dosaženo co nejlepšího přizpůsobení. To se pozná tak, že kroužek (oblouček, či spirála) kolem středu zmenšuje svůj průměr a přiblíží se maximálně ke středu diagramu - viz další obrázek dole. Tam je nejlepší přizpůsobení. Následně změříme ohmmetrem odpor potenciometru - viz obrázek napravo. Běžně potenciometr nepoužívám, mám sadu fixních odporů pro obvyklé transformační poměry balunů (1:4, 1:9, 1:16, atd.). Bohužel jsem dnes omylem v dílně sáhnul po balunu s poměrem 1:1. U balunů s transformačním poměrem jiným, než 1 je postup nepatrně odlišný. Popsal jsem ho zde.




Z obrazovky VNA vidíte, jaký jsem použil kmitočtový rozsah. Na svorce CH0 lze změřit parametry S11, jako je průběh impedancí, činitel odrazu (Return Loss), VSWR. Poslední graf je prázdný, přenos (útlum) teď neměříme! Měření útlumu balunu s transformačním poměrem 1:1 Použijeme druhý jumper a místo rezistoru na svorkách provedeme zapojení do druhého vstupu CH1 analyzátoru. Výsledek měření je na spodním obrázku.




Závěr 1. Byl zjištěn transformační poměr balunu tak, že balun byl zatěřován různou impedancí na svorkách a na vstupu byl zobrazován průběh impedancí ve Smithově diagramu. Transformační poměr byl stanoven z poměru impedancí na svorkách při nejlepším přizpůsobení. 2. Byla změřena charakteristika S21 Gain. Výsledek: neměřitelný útlum ve zlomcích dB na předpokládaných pracovních kmitočtech od cca 3 MHz do 30 MHz. 3. Byl změřen koeficient odrazu. Vidíte, že balun patří do kategorie "NIC MOC", koeficient odrazu pod -30 dB je jen v úzkém pásmu kmitočtů kolem 20 MHz. 4. Z prvního měření (ale tam jsou docela dlouhé vodiče a pochybný potenciometr na výstupu) je vidět velký odraz na spodním okraji pásma krátkých vln. Z druhého měření, kdy jsou délky vodičů kratší, je sice posun k nižším kmitočtům, ale RL je stejně větší, než -15 dB na kmitočtech pod 3.5 MHz. 5. Balun lze charakterizovat slovně jako průměrný, lépe "nic moc". V úvahu však musíme vzít jeho určení. Je určen pro symetrizaci dipólových drátových antén s použitím anténního tuneru. Důležité poznámky Zopakuji nyní dvě základní role balunu. S poznámkou, že jsme měřili jen jeho první roli ve dvou parametrech. 1 A: První základní role balunu je přenést výkon z nesymetrického vstupu na symetrické svorky. V grafu S21 Gain vidíme, že balun má neměřitelný útlum. Výkon přenáší dobře. 1 B: Aby balun mohl přenést výkon z výstupních svorek zařízení, nesmí na vedení a na vstupu balunu docházet ke skokové změně impedance, tedy k odrazu. Měřený balun měl malé odrazy jen v úzkém pásmu kmitočtů. Proto jsem ho klasifikoval jako "nic moc". 2 .: Druhá základní role balunu je, aby dobře izoloval symetrickou neuzemněnou část vedení (antény) vůči nesymetrické, zpravidla uzemněné části vedení (koaxiální napáječ). Nesymetrie způsobují existenci tzv. společných zemních proudů (common mode currents). Společné zemní proudy nás otravují při vysílání, pokud nám tečou po plášti až do hamovny. Nejhorší však je, že symetrické antény, které nejsou dobře "izolované" od země, přijímají hluk a znemožňují nám příjem slabých signálů. Tato druhá role balunu není v této úloze měřena. O tom je samostatný článek. Upozornění Měření na balunech s jiným transformačním poměrem, např. 1:4, 1:9, 1:16 uvádím v jiném článku. Postup je nepatrně složitější v části měření charakteristiky S21 Útlum. Proto bude princip vysvětlen ve Smithově diagramu a bude uveden podrobnější postup měření přenosové charakteristiky.

TU 73, Mira, ok1ufc