Proudový balun

K čemu slouží:

Proudový balun se nejčastěji používá na eliminaci plášťových proudů protékajících koaxiálem vedoucím k anténě. Plášťové proudy vznikají například, když běžný dipól (který je symetrickým zářičem) připojíte přímo na koaxiál (který je nesymetrickým vedením). Jedno z ramen dipólu pak vede na středový živý vodič koaxiálu (což je v pořádku) a druhé rameno vede na stínící plášť koaxiálu (což už dobré není). Výsledkem je, že anténa „šilhá“ do strany a po plášti koaxiálu procházejí povrchové proudy. Povrch koaxiálu funguje zčásti jako anténa - přijímá i vyzařuje rušení a část energie se ztrácí. Proto se do místa propojení symetrického a nesymetrického vedení zařazuje nějaké symetrizační zařízení. U vyšších frekvencí (VKV, UKV) je to například oblíbená symetrizační smyčka, u nižších pásem pak často používaný balun 1:1. Narozdíl od klasického balunu 1:1 má balun proudový výrazné výhody. Ty pochopíte, když si uvědomíte, že u standardního balunu přenášíte přes jeho jádto (toroid) celý vysílaný výkon. Jakákoli drobná ztráta či nepřesnost provedení se citelně projevuje nežádoucím oteplením jádra, snížením vyzařovaného výkonu i zhoršením PSV. U proudového balunu řeší balun pouze tu část výkonu, která by proudila po plášti. To co proudí středovým vodičem nechává napokoji. Neprochází přes něj výkon celý, ale zpracovává jen nežádoucí pášťové proudy, které tvoří zlomek celkového výkonu. Toho výkonu, který by musel zpracovávat normální balun 1:1. U proudového balunu většina výkonu prochází nerušeně vnitřkem koaxiálu dál k anténě. Proudový balun je tedy podstatně méně namáhán. Při malých rozměrech a váze zvládne značně velký výkon. pokud se při jeho výrobě dopustíte nějakých chyb nebo materiál jádra nedosahuje optimálnách vlastností je ztráta vzniklá na balunu malá. Rozhodně menší, než nechat plášťové proudy „řádit“ na povrchu koaxiálu. Vložení proudového balunu do vedení tedy nic nepokazí a vždy vykáže určitý přínos, což u špatně provedeného balunu 1:1 tvrdit nelze. Chcete-li šetřit svůj drahocenný QRP výkon nebo naopak zamezit nadměrnému ohřevu či nežádoucímu vyzařování při výkonech velkých, zkuste o proudovém balunu uvažovat.

Jak proudový balun vyrobit:

Jako proudový balun bude fungovat cokoliv, co zjednodušeně řečeno zvýší „indukčnost“ celkého koaxiálu a dovolí, aby se na poměrně krátkém úseku plášťové proudy pokud možno bezeztrát „vypružily“ a dál už po jeho povrchu nepostupovaly.

Proudový balun ze smotaného koaxiálu

Bez přidání dalších součástek toho docílíte kýženého efektu smotáním části koaxiálu tak, že přímo z něm vznikne cívka (tlumivka). Aby však měla tato úprava nějaký praktický význam, je zapotřebí, aby impedance této cívky na nejnižší vysílací frekvenci byla nejméně čtyř... a ...vícenásobná než je impedance samotného koaxiálu či antény. Matematicky vyjádřeno X_L > 4 × 50...75ohmů. Tedy minimálně nějakých 200 až 300 ohmů, čím více tím lépe. Hodnota sice není kritická, ale u prosté válcové cívky (např.na pásmu 80m) by to znamenalo dost velký počet závitů. Tím by byl ale koaxiál delší a jeho ztráta naopak větší. Proto se používají triky, jak indukčnost zvýšit a koaxiál zbytečně neprodlužovat.

Pro malé výkony k získání potřebné indukčnosti pomůže, když do cívky (vytvořené navinutím 8 až 10 závitů koaxiálu na plastovou trubku o průměru 50 až 75mm) vložíte několik feritových tyček a rovnoměrně je rozmístíte po vnitřním obvodu cívky. Vyhoví běžné feritové tyčky 8..12mm získané z feritových antén vykuchaných ze starších transistorových rozhlasových přijímačů. Čím více jich použijete, čím budou delší a silnější, tím lépe. Tohle řešení je skutečně jen pro menší výkony řádu jednotek a desítek wattů. Většina magnetického toku se soustřeďuje v tyčkách a při větším výkonu by došlo k jejich přesycení. Klesla by indukčnost téměř na hodnotu prosté vzduchové válcové cívky (bez feritu) a balun by své dobré vlastnosti rázem ztratil. Na plastovou trubku dokážete navinout také jen tenké druhy koaxiálu a ty žádné kilowatty nesnesou. Navíc doporučuji pouze ty, které mají plné dielektrikum. U těch s pěnovým dielektrikem by se vám mohl středový vodič po čase prořezat k plášti a způsobit zkrat. Z běžně dostupných koaxiálů vyhoví např. RG58.

Proudový balun z toroidních jader

Docela zajímavé řešení nabízí využití žlutobílých amidonových toroidních jader získaných z rozebraných počítačových zdrojů. Ač jsou podle údajů výrobce určena pro frekvence do 1MHz s klidným svědomím je můžete u proudového balunu použít pro veškeré rozsahy krátkých vln. Jak už bylo zmíněno výše, drobná ztráta v jádru není kritická, naopak výhodně využijeme nárůstu indukčnosti, které nám toto jádro přinese.
Několik jader sestavte za sebe, aby vznikla jakási trubička. Na její zpevnění můžete použít lepící pásku nebo samosmršťovací bužírku. Středovým otvorem této trubičky několikrát provlečte koaxiál. Je-li použito pět toroidů a koaxiál provlečen dvakrát (tak, jak ukazuje obrázek) vyhoví balun pro většinu KV pásem od 10m až po 80m. Pokud by jste chtěli použít tento balun už od pásma 160m, klidně můžete, ale provlečte koaxiál třikrát. Přitom pamatujte, že počet provlečení zvyšuje indukčnost s druhou mocninou. Provlečete-li koaxiál třikrát, je to stejné, jako kdyby jste použili devětkrát větší počet jader provlečených pouze jednou. Je to velmi výhodné, ušetříte tak jádra a balun bude poměrně malý i lehký. Je možné ho zavěsit pod anténu nebo vmontovat přímo do anténního tuneru (je-li však v tuneru musíte k anténě pokračovat už jen symetrickou nízkoimpedanční dvoulinkou, ne koaxiálem).

Proudový balun z televizních jader:

Pro silnější koaxiály a větší výkony (řádu stovek wattů) bude lépe použít jiné řešení proudového balunu. Silný koaxiál (např. RG213) jde stáčet obtížně. Pokud se spokojíte s větším průměrem svazku, jde to. Přes svazek svinutého koaxiálu zaklesněte několik [ ] feritových jader získaných opatrným rozebrání vysokonapěťových transformátorů z obvodu řádkového rozkladu starších televizních přijímačů. Někdy rozměrově vyhoví i menší jádra z počítačových monitorů. Dbejte, aby konce obou poloviny děleného jádra na sebe dobře doléhaly. Můžete je slepit (např. sekundovým lepidlem). I malá vzduchová mezera by bohužel přispěla ke snížení celkové indukčnosti, což není zrovna žádoucí. Obdobně lze provléci silný koaxiál velkými feritovými toroidními jádry. Jader můžete použít na obvodu samozřejmě i více. Jádra je účelné rozmístit symetricky po celém obvodu smyčky a balun umístit do nějaké plastové krabičky.

Proudový balun z nacvakávacích feritů:

Autorem tohoto řešení je Mirek OK2BUH, na jehož webu se o tomto řešení můžete dozvědět více. Toto řešení je velmi prosté a elegantní. A jak to už u takových řešení bývá, je i velmi praktické. Na koaxiál vedoucí k anténě prostě nasadíte tolik feritových jader, aby už u přímého vodiče (kterým koaxiál je) byla dosažena požadovaná indukčnost, bez toho, aby jej bylo nutno stáčet do cívky. K tomuto účelu můžete použít buď zakoupené nacvakávací ferity (prodávají se různé podle průměru koaxiálu např. v GESu) nebo získat větší počet nedělených feritových jader. Ty se běžně vyskytují ve starší výpočetní technice. Najdete je po opatrném rozřezáním „nádoru“ na datovém kabelu staršího vakuového monitoru. (Poblíž zástrčky určené k zasunutí do grafické karty. Někdy je na druhém konci kabelu uvnitř monitoru ještě druhý.) Jader je potřeba mít větší množství. Pro UKV a VKV vystačíte s jedním jádrem až dvěmi. Pro 50MHz, horní pásma KV a pro CB se dvěmi až třemi. Ale např. pro pásmo 80m jich musíte dát do řady alespoň 10 kusů. Velkou výhodou nacvakávacích jader je, že je můžete doplnit už na hotový anténní napáječ, bez jeho demontáže.

Kam přijde balun umístit:

Proudový balun musí přijít co nejblíže ke spoji mezi zářičem a koaxiálem nebo symetrickým vedením a koaxiálem...

U drátového dipólu, u antény W3DZZ aj. - doprostřed dipólu zavěsit hned pod středový izolátor.
U antény G5RV, u antény Zeppelin a dalších napájených žebříčkem - v místě, kde se k žebříčku připojuje koaxiál.
U invert-V - ve špici nosného spožáru antény, na koaxiálu těsně před připojením drátových ramen.
U KV vertikálů, CB antén, VKV kolineárních antén, antén Yagi aj. - na koaxiálu pod anténou (těsně před konektorem zašroubovaným do konektoru antény).

Pokud se vám po přidání proudového balunu k anténě „rozhodilo“ PSV, je to neklamný důkaz, že se anténa „opírala“ o koaxiál a částečně si do něj „ulevovala“, případně si z něj v případě vertikálů dělala protiváhu. Proudový balun tuto chybu odhalil a odstranil. Vy nyní musíte anténu zase doladit, případně i celkově technicky dořešit tak, aby se PSV zlepšilo. Tím získáte to, že dříve ztracená část výkonu bude anténou skutečně vyzářena a nezmění se někde potají záludně v teplo.

Někdy může být nutné použít koaxiál jiné impedanci než 50 ohmů. Zrovna v případě, že používáte drátový krátkovlnný dipól s vodorovně nataženými rameny (pozor neplatí pro invert-V). Takový dipól má uprostřed ve svém napájecím bodě impedanci blízkou 75 ohmům. Připojt k němu koaxiál s impedancí 50 ohmů zapřičiní určitou ztrátu. Daleko „čistější“ řešení je napojit k dipólu „televizní“ koaxiál 75 ohmů a tento napáječ přivést až do bytu k anténnímu tuneru. Tuner rozdíl impedancí mezi 75-ohmovým dipólem a 50-ohmovou radiostanicí zpracuje a od anténního tuneru povedete ke stanici už koaxiál 50-ohmový.

Sluší se upozornit, že umístění balunu dodatečně někde uprostřed trasy koaxiálního vedení nemá přínosný účinek. Proudový balun NELZE použít tam, kde je současně se symetrizací potřeba transformovat i impedanci. Tedy například v místě napojení koaxiálu k zářiči antény Windom nebo Long Wire. Nebo u Yagiho antén se skládaným dipólem (200 a 300ohmů). V těchto případech bude nutné použít převodní balun, tak jak uvádějí návody na stavbu těchto antén. Proudový balun lze použít už jen jako určitý doplněk - osazený až za těmito transformačními baluny (ve směru k radiostanici).

[autor: OK2TAR]