Porvasmagok és s ferritekf a rövidhullámú rádióamatőr gyakorlatban Jánosy János Sebestyén n HA5GN
Optimális állomás s felépítés Nap 2013 2
Mire használunk RF vasmagokat? 1. Antenna illesztés az antenna talppontjában, impedancia transzformálás (Rossz megoldás: hangoló a TCVR után, kábelveszteségek a rossz SWR miatt) 2. Szigetelő fojtó az állomás és az érintésvédelmi föld között 3. Áramfojtó balun a tápvonalon (esetleg mindkét végén) Mindig mindent mérni! Csak akkor érünk el eredményt, és kerüljük el a kínlódást meg a csalódást, ha vasmagos tekercseinket megbízhatóan meg tudjuk mérni!! Nap 2013 3
Légmagos áramfojtó balunok I. Nap 2013 4
Légmagos áramfojtó balunok II. Nap 2013 5
Tyúklétr trás doublet (2x 41.8m) I. Nap 2013 6
Tyúklétr trás doublet (2x 41.8m) II. Nap 2013 7
Tyúklétrás doublet (2x 41.8m) III. Nap 2013 8
K3EA és s beépített balun Nap 2013 9
Balunok a fiókb kból Nap 2013 10
Balunok a börzéről Nap 2013 11
Földhurok bontása Érintésvédelmi földf Nap 2013 12 I Földelt konnektor ( zöldsárga ) I Laptop tápt negatív ága I USB csatlakozó negatív ág I Antenna koax köpenye I Villámv mvédelmi földf
Porvasmagok, ferritek a fiókb kból Nap 2013 13
Hivatkozások I.: 1. Saját t cikkek (Mire használunk porvasmagot, ferritet): HA5GN: Tapasztalatok antenna hangolókkal, balunokkal (RT ÉK 2006) http://iranytu.uw.hu/files/antennahangolo_ha5gn.pdf HA5GN: Állomás optimalizálás - módszerek, készülékek (RT 2010/4, 2010/5, 2010/6, 2010/7) HA5GN:Amatőrállomások helyi zavarmentesítése (MRC Műszaki Nap 2010) http://www.ha5mrc.hu/events/mrcday10/mrc_jjs.pdf HA5GN: Antennaillesztők (MRC Műszaki Nap 2011) http://www.ha5mrc.hu/events/mrcday11/mrc_jjs.pdf Nap 2013 14
Hivatkozások II.: 2. Saját t cikkek (Mérési( módszerekm dszerek): HA5GN: Mini hálózatanalizátortor ( Nap 2012) http://www.ha5mrc.hu/events/mrcday12/mrc_jjs.pdf HA5GN: Egy nagyon hasznos műszer: a minivna (RT 2013/1, 2013/2, 2013/3, 2013/4) HA5GN: A régi harcos újra aktív: az R130-as készülék balunja (RT 2013/9) Nap 2013 15
Hivatkozások III.: 3. Felhasznált lt cikkek (Mérési( módszerekm dszerek): Bartók k LászlL szló HA5AG: Ismerjük meg ferritgyűrűinket! (RT ÉK 2003) Dr. Gschwindt András HA5WH: Balunokról néhány sorban (RT 2004/7) Regály Gyula HA5HU: Toroid kalkulátor (RT 2012/4) Nap 2013 16
Hivatkozások IV.: 4. Hasznos publikáci ciók: The Lure of the Ladder Line http://www.w6ier.org/images/the%20lure%20of%20ladder%20line.pdf A review of QST article "The Lure of Ladder Line" http://vk1od.net/transmissionline/loll/ The Classic Multiband Dipole Antenna http://www.sgcworld.com/publications/downloads/classicmultiband.pdf Smart Tuning, Emergency Antenna Loop, Tactical HF Kit: STEALTH http://sgcworld.com/publications/manuals/stealthman.pdf Shield current chokes: some measurements http://www.k3na.org/articles/shield%20current%20choke.pdf Build an All Band HF Air Core 1:1 Choke Balun http://www.hamuniverse.com/balun.html Nap 2013 17
Tekercs tulajdonságai I. Nap 2013 18
Tekercs tulajdonságai II. Ideális tekercs: nincs önkapacitása X L = ω L = 2 π f L (Egyenesen arányos a frekvenciával: val: grafikonon a nullából l induló egyenes; X: itt most nem törődünk a komplex számmal, csak az abszolút értékkel, mint valós s számmal) Valódi tekercs: van egy párhuzamos p önkapacitás X c = 1 / (ω( C) = 1 / (2 π f C) (Fordítottan arányos: a grafikonon a végtelenbv gtelenből l induló,, csökken kkenő értékű hiperbola) A párhuzamos p ágak közül k az dominál, amelynek kisebb az impedanciája ja,, mert az viszi a nagyobb áramot Van, amikor fontos a nagy jóság j g (nagy Q), pl. rezgőkör; r; van amikor pont fordítva kis jóság j g (kis Q) kell, pl. fojtótekercs tekercs Nap 2013 19
Valós s tekercs: van önkapacitás Nap 2013 20
22 H H kitűnő ferrit fojtótekercs tekercs Nap 2013 21
100 H H elfogadható ferrit fojtótekercs tekercs Nap 2013 22
Ellenőrz rzés: 100 pf mérése Nap 2013 23
Tekercsveszteség g I. Tekercsek veszteségei gei: 1. Rézveszteség: : a huzal ohmikus ellenáll llásából l adódó veszteség; 2. Örvényáramú veszteség: : a tekercs mágneses m terébe helyezett vezetőben indukált áram, aminek a vezető ellenáll llásából származ rmazó veszteségi teljesítm tménye a mágneses m mezőn n keresztül a tekercs áramát t terheli 3. Átmágnesezési si veszteség: : a tekercsbe helyezett vasmag mágnesezési si ciklusaiból l adódó veszteség Rézveszteség: Ha van mondjuk egy adott ellenáll llású,, 1m hosszú huzalunk, hogy tudjuk abból l a legnagyobb induktivitást elérni? A (nagy( jóságú) ) tekercs hossza lehetőleg leg ne legyen nagyobb, mint az átmérője, inkább egy kicsit kevesebb; ; a fojtót t veszteségesnek szeretjük, az lehet hosszú Nap 2013 24
Tekercsveszteség g II. egy rácskr cskör Nap 2013 25
Tekercsveszteség g III. Örvényáramú veszteség: : a jój tekercs hossza/átm tmérője majdnem egyforma, és s ne legyenek fémtf mtárgyak egy hossznyi/átm tmérőnyi távolságban; valamint a tekercsbe dugott vasmag vezetőképess pessége legyen kicsi, ugyanis a veszteségi teljesítm tmény: P V = I 2 * R Ha R-t R t megduplázom, az örvényáram (I) feleződik, mivel ez utóbbi négyzeten van, a veszteségi teljesítm tmény is feleződik: (I/2) 2 * 2R = I 2 /4 * 2R = (I 2 * R) / 2 = P V / 2 Porvasmagok, ferritek lényege: l igen magas fajlagos ellenáll llás; a trafó lemezei festve vannak (szigeteltek), jobb minőségű kimenő trafók k lemezeire még m g hártyapaph rtyapapírt is ragasztottak... Nap 2013 26
Tekercsveszteség g IV. Átmágnesezési si veszteség: : csak a vasmagokra jellemző,, vákuumnak, v (de még m g a levegőnek is) ilyen gyakorlatilag nincs; H: térerősség: A * menet / méter; m B: indukció: V * sec / méterm 2 Legfontosabb anyagi tulajdonság: R (relatív permeabilitás): hányszor h lesz nagyobb B, ha levegő helyett vasmag? A vesztesv eszteség a görbe g terület letével arányos; Lágy mágneses: m a görbe vékony; v Kemény mágneses: m görbe széles Nap 2013 27
HA5HU toroid programja: R számítása sa Kell hozzá: 1. Tolómérő (méretek) 2. Próbatekecs (5-7-10 menet) 3. Induktivitásm smérő (hány H H a tekercs?) Megkapjuk R értékét, t, és az mindent meghatároz Itt ez R = 49.3 a szürke színjelz njelzés s katalógus szerint 50 jó egyezés Nap 2013 28
Miért jój a nagy R érték? Azonos menetszám azonos szórt kapacitás de jóval nagyobb induktivitás, tehát az impedancia görbe baloldalát balra tolhatjuk Azonos induktivitáshoz kevesebb menet szükséges, tehát csökken a szórt kapacitás tehát az impedancia görbe jobboldalát jobbra tolhatjuk! Mindkét esetben a görbe SZÉLESEDIK, MEGNŐ A SÁVSZÉLESSÉG! Légmagos balun, R =1 : max. kb. 1:3 a frekvenciaátfogás (3.5...10 MHz, 10...30 MHz, régi rövidhullámhoz 2 tekercs!) Porvasmagos balun, R =8... 10: max. kb. 1:10 frekvenciaátfogás (3... 30 MHz, egy balun megcsinálja a régi rövidhullámot!) Ferrites balun, R =125... 850... 2000: max kb. 1:50 átfogás! (Egy balun megteszi a 1... 50MHz -et, új rövidhullám)! Nap 2013 29
Széles sáv: s Jó 22 μh-s ferrites fojtó mérése Nap 2013 30
Balunok a fiókb kból Nap 2013 31
Anyagtulajdonságok: gok: Porvasmagok #2, #6 Nap 2013 32
Anyagtulajdonságok gok: : ferritek #61 #43 #77 Nap 2013 33
Transzformátoros balun: Fritzel balun I. Nap 2013 34
Transzformátoros balun: Fritzel balun II. Előny: Szekunder oldalán a földpont határozottan középen, csak tényleg szimmetrikus antennákhoz jó, ne legyenek a beam/dipól közelében vezető objektumok, tartja a határozott iránykarakterisztikát, jó nagyfrekis földet lehet lehozni a koax palástján Hátrány: csak kisebb relatív permeabilitásnál működik jól; porvasak R = 8 (sárga, #6 anyag), R = 10 (barnásvörös, #2), ferritek R = 50 (Kőporc szürke jel), R = 125 (Amidon #61), R = 850 (Amidon #43) Áramfojtó balun: Előny: működik nagyobb permeabilitással, R = 2000 (Amidon #77), amitől nagyobb a sávszélessége; földfüggetlen a kimenete, érdektelen, hogy mi van az antenna körül, és hol van az antenna földje, az lebeghet. Hátrány: nem kapunk tőle jó nagyfrekis földet, mert csak szigetel, nem javítja az iránykarakterisztikát, ha elektromosan vezető objektumok vannak a beam-hez közel (közel: távolság kisebb, mint λ/6) Nap 2013 35
Transzformátoros balun: Fritzel balun III. Szűkebb frekvenciatartományban, kisebb relatív permeabilitásokkal működik jól. A terheletlen Fritzel balun kimenetébe belemérve 90.9 H, a bemenetét mérve 90.3 H az induktivitás (ami ugyanaz), és ez két-két mágnesesen szorosan csatolt tekercs induktivitása, ami FT-240-61-es ferritet felételezve 11+11 menet. Tehát a trifiláris trafó 3x11 menetes. Ha a vas T-225-2 lenne, akkor ez 3x87 menettel lehetne megvalósítható, ami nonszensz. A két tekercs együttes impedanciája 1.8 MHz-en is megvan 1027 Ω, ami a kábel impedanciájának több, mint húszszorosa, tehát a terheletlen üresjárati áram ugyancsak kicsi lesz. Ha csak 3.5 MHz-ről akarunk indulni, akkor 45 H is elég volna, ami kb. 3x7 menetet jelent. Ekkor javul a kisebb önkapacitás miatt az 50 MHz feletti viselkedés. A beam, amin ez a balun ül, hatsávos, 10MHz... 30MHz között, itt a balun teljesen megfelelő. Nap 2013 36
Áramfojtó balun (később): Fritzel balun IV. Mint látni fogjuk, az áramfojtó egy koaxból ferritgyűrűre megtekert induktivitás, amelynek az impedanciáját a koax fémharisnyáján illik mérni (a szórt kapacitást tulajdonképpen az adja). Az ökölszabály szerint a szükséges impedancia legalább a kábel impedanciájának négyszerese (200 Ω ), de inkább a tízszerese (500 Ω) kellene legyen. A K3EA által javasolt balunok impedanciái a R = 2000 (Amidon #77) miatt ennél sokkal nagyobbak, a balun az impedanciájának a kapacitív oldalán (hiperbola) működik. A Kőporc 50-es anyagra tekert áramfojtó a kisebb, a R = 50 relatív permeabilitás miatt már 1.8 MHz-en nem is működik jól. Nap 2013 37
Fritzel balun V.. 1... 50 MHz, Amidon #61-as anyag Nap 2013 38
Fritzel balun VI.. 1... 150 MHz,, FT-240 240-61 trafó Nap 2013 39
K3EA áramfojtó balun (Guanella) 12 menet lazán RG-143 teflon koaxból 2 db FT-240-77 ferritgyűrűn, induktivitásként az impedanciája megmérve. Ökölszabály: legyen a kábelimpedancia (50 Ω) legalább négyszerese (200 Ω) de inkább tízszerese (500 Ω) Nap 2013 40
K3EA áramfojtó balun mérése Nap 2013 41
K3EA utánépítések (HA5GN) fotója Nap 2013 42
K3EA utánépítések (HA5GN) adatai Nap 2013 43
Balunok a fiókb kból Nap 2013 44
Guanella áramfojtó,, 18 bifiláris menet Kőporc K N50-es ferriten Nap 2013 45
Porvasmagok, ferritek a fiókb kból Nap 2013 46
Mért R kb. 8, hasonlít t a #6 sárga porvasra de a veszteség g nagy!!! Nap 2013 47
Ez előbb 10 menettel mértem, m itt 5 menet: Nap 2013 48
73 & DX D de HA5GN Sok sikert a vasakhoz! QRZ? Nap 2013 49