Traducerea: Valerica Costin, YO7AYH
Articolul original se gaseste la adresa:
http://users.tpg.com.au/ldbutler/Line_Bal_Test_Meter.htm
This article was written by Mr. Lloyd Butler, VK5BR and it was first published in "Amateur Radio" magazine, August 2009 and reprinted in September 2009. The permission for translation and publication of this article on www.radioamator.ro has been given by both the author and by the publisher of "Amateur Radio" magazine - Wireless Institute of Australia - via its editor - Peter Freeman VK3KAI.
Acest articol a fost scris de domnul Lloyd Butler, VK5BR şi publicat prima dată în revista "Amateur Radio", ediţia august 2009 şi republicat în septembrie 2009. Pentru traducerea şi publicarea acestui articol pe www.radioamator.ro s-a obţinut permisiunea atât a autorului cât şi a editorului revistei "Amateur Radio" - Wireless Institute of Australia - prin bunăvoinţa editorului Peter Freeman VK3KAI.
Iată un simplu instrument de măsură cu care se verifică egalitatea (echilibrul) curenţilor care circulă prin cei doi conductori ai unei linii de transmisie. El poate fi utilizat pentru verificarea egalităţii curenţilor dintre conductorul interior şi cel exterior al unui cablu coaxial, cât şi dintre cei doi conductori ai unei linii deschise (simetrice).
(Articolul a fost publicat prima dată în "Amateur Radio", august 2009. Unele erori care au apărut în prima ediţie a articolului sunt corectate aici. Deasemenea, corecţia circuitului s-a efectuat şi în ediţia din septembrie 2009 a revistei "Amateutr Radio").
Introducere
Instalarea tipică a unei antene de radioamatori face uz de un simplu dipol sau de o altă formă simetrică de antenă alimentată printr-o linie de transmisie coaxială. Pentru că linia coaxială nu este echilibrată (simetrică) se utilizează diferite dispozitive de simetrizare de la asimetric la simetric (balun) între linia coaxială şi antenă. Fără aceste dispozitive de simetrizare (balun), curenţii care circulă prin conductorul interior şi cel exterior al liniei coaxiale nu sunt egali, apărând astfel dea-lungul liniei o componentă longitudinală a curentului, denumită curent de mod comun, curent care face ca linia de transmisie coaxială să emită radiaţii electromagnetice, deci să devină o parte a antenei. În afară de deformarea caracteristicii de radiaţie inerentă antenei, radiaţia liniei de transmisie provoacă inducţii supărătoare în echipament şi în conductoarele auxiliare din laboratorul radioamatorului, iar în timpul recepţiei provocă înducţii ale câmpurilor de zgomot apropiate polarizate vertical.
O interfaţă tipică pentru echilibrare este balunul şoc care trebuie să aibă o impedanţă de rejecţie de mod comun suficientă pentru a minimaliza componenta longitudinală a curentului. În timp ce majoritatea radioamatorilor posedă câte un reflectometru (SWR-metru), care poate fi utilizat în serie cu linia coaxială pentru a verifica cât de bine este adaptată antena la impedanţa de 50 ohmi a liniei, acesta nu dă nici-o indicaţie despre curenţii care circulă în cele două conductoare ale liniei coaxiale, curenţi care ar putea să nu fie egali. Reflectometrul poate indica un raport de undă staţionară (SWR) perfect, de 1:1, valoare care ne arată că antena încarcă linia cu o rezistenţă de 50 ohmi. Cu toate că valoarea raportului de undă staţionară este de 1:1, prin exteriorul ecranului cablului coaxial încă poate curge o componentă longitudinală ridicată, fapt care conduce la radiaţia liniei.
Pentru a verifica dacă există un dezechilibru serios între cei doi conductori ai liniei de transmisie se va proceda la măsurarea celor doi curenţi. Totuşi această măsurare nu pare să fie ceva care fie făcută cu rutină, cum ar fi verificarea sistemului de antenă sau verificarea cuplării adecvate a interfeţei.
Ca să verific egalitatea curenţilor din linia de transmisie către antene, cum ar fi antenele EH, am făcut experimente utilizând ampermetre de RF cu termoculpe, câte unul înseriat cu fiecare conductor. Cu ajutorul lor am constatat diferenţe mari între cei doi curenţi, chiar de 2 la 1. Astfel de instrumente de măsură de RF erau frecvent întâlnite în emiţătoarele mai vechi, dar acum nu le-am mai văzut prin magazinele de electronice. Mi-am dat seama că este dificil să se lucreze cu două ampermetre şi m-am gândit că ar fi mult mai bine să se utilizeze o singură unitate, aşa cum este, de exemplu, reflectometrul pentru măsurarea adaptării dintre linie şi antenă. Astfel s-a născut instrumentul pentru testarea echilibrării pe o linie de transmisie.
Instrumentul pentru testarea echilibrării
Schema de principiu este arătată în figura 1. Pentru realizarea circuitului avem nevoie de două toruri de ferită identice, ca să construim transformatoarele de curent, câte unul plasat în serie cu fiecare conductor al liniei coaxiale. Ieşirile din înfăşurările secundare ale celor două transformatoare sunt conduse, printr-un comutator de selecţie, la un circuit de redresare şi filtrare, iar valoare curentului prin conductorul respectiv al liniei este citită (indicată) pe un microampermetru. Curenţii din cele două conductoare ale liniei coaxiale pot fi comparaţi prin selectarea succesivă a celor două poziţii ale comutatorului, care sunt "Inner leg" (conductorul interior) şi "Outer leg" (conductorul exterior). Dacă cei doi curenţi sunt aproape egali, atunci putem fi satisfăcuţi, petru că linia este echilibrată. Dacă nu sunt egali, atunci există o componentă a curentului de mod comun prin linie şi ne putem aştepta ca linia să radieze. Ca să scăpăm de această componentă va trebui să îmbunătăţim interfaţa de echilibrare (simetrizare) dintre linie şi antenă. Dacă se utilizează un balun şoc, aceasta ar putea însemna că este nevoie să se crească inductanţa balunului.
În aparatul construit de mine am utilizat miezuri toroidale Ferroxcube de la Philips, de tipul 97170 care au diametrul exterior de numai 9 mm. Deoarece eu aveam aceste miezuri de peste 20 ani este posibil ca aceste tipuri să nu se mai găsească, dar se pot folosi aproape orice toruri de ferită pentru HF. Eu am plasat pe fiecare tor câte 15 spire din sârmă de cupru emailat. Nici diametrul sârmei şi nici numărul de spire nu sunt critice, dar transformatoarele trebuie să fie identice. Bobinajul unui tor este arătat în figura 2.
Am folosit un microampermetru de 500 microamperi pentru că pe acesta l-am avut şi pentru că a fost de dimensiuni mici şi s-a potrivit în cutia în care l-am introdus. Cu acest instrument am obţinut citiri confortabile utilizând circa 10 până la 15 waţi în linia de 50 ohmi. Totuşi, dacă instrumentul trebuie procurat atunci sugerez să se procure unul cu capătul de scală de 50 sa 100 microamperi, valori care ar permite operarea la puteri mici.
Am utilizat o cutie din plastic, pe care am avut-o la îndemână, în locul uneia din aluminiu. Am ales cutia din plastic pentru ca polii exteriori ai conectoarelor de intrare şi de ieşire să nu fie puşi în contact unul cu altul, ca în cazul utilizării unei cutii metalice. Conectorii au fost amplasaţi unul lângă altul, iar polii corespunzători au fost conectaţi cu câte un strap care trece prin câte un tor de ferită constituind înfăşurarea primară a transformatoarelor de curent. Am utilizat conectori BNC pe care i-am avut la îndemână. Se pot utiliza şi conectri SO239.
O fotografie a acestui instrument este la începutul articolului. Figura 3 este o vedere interioară a instrumentului. După cum se vede am utilizat o baretă izolantă pe care am montat câteva rezistenţe şi un condensator.
Verificarea şi utilizarea instrumentului
Pentru a verifica funcţionarea instrumentului, generaţi putere scăzută prin el către o rezistenţă de sarcină de 50 ohmi, utilizându-se bucăţi (scurte) din cablu coaxial. Asiguraţi-vă că sarcina flotează, adică nu există nici-o cale de întoarcere de la sarcina artificială la emiţător printr-o conexiune la pământ. Pentru a obţine o citire (indicaţie) adecvată pe instrument reglaţi puterea emiţătorului sau, reglaţi (ajustaţi) potenţiometrul de sensibilitate R1 sau, reglaţi-le pe amândouă. Indicaţia instrumentului trebuie să fie aceeaşi pentru ambele poziţii ale comutatoruli S1. Dacă s-a obţinut acest lucru înseamnă că instrumentul de testare este gata (pregătit) să fie conectat în serie cu linia de transmisie pentru verificarea echilibrului (egalităţii) între curenţii din cele două conductoare.
Dacă atunci când instrumentul de testare este conectat în serie cu linia de transmisie către antenă indică aproape aceeaşi valoare pentru ambele poziţii ale comutatorului S1, atunci curenţii din cele două conductoare ale liniei coaxiale (cel interior şi cel exterior) sunt aproape egali. În acest caz putem fi satisfăcuţi pentru că curentul de mod comun care circulă prin linie are valoare mică. Dacă indicaţiile microampermetrului sunt mult diferite pe cele două poziţii ale comutatorului S1, atunci este necesară o îmbunătăţire a interfeţei de cuplare dintre linia axială şi antenă (a balunului).
Am discutat în mod esenţial despre curenţii din conductorul interior şi cel exterior al liniei coaxiale. Totuşi, pentru că cele două conectoare amplasate pe instrumentul de testare sunt flotante (izolate unul faţă de altul), instrumentul poate deasemena fi utilizat şi pentru compararea curenţilor care curg prin cele două conductoare ale unei linii deschise (simetrice).
Am fost surprins să constat că cele două strapuri, care constituie înfăşurarea primară a celor două transformatoare de curent, ar putea introduce o dezadaptare în linia de 50 de ohmi. Am generat putere către o sarcină artificială de 50 ohmi (de precizie), pe linia coaxială dintre emiţător şi sarcina artificială fiind înseriate un SWR-metru şi instrumentul de testare. Pe 1.8 MHz şi pe benzile de HF nu a fost nici-o deviaţie notabilă de la raportul de undă staţionară de 1:1, cu excepţia unei mici devieri pe banda de 28 MHz. Am observat că pentru a obţine aceleaşi indicaţii ale instrumentului a fost nevoie de putere ceva mai mare la frecvenţele ridicate decât la cele joase. Nu cred că acest aspect a fost important deoarece instrumentul trebuia doar să facă o comparare între două citiri (două indicaţii), ambele la aceeaşi frecvenţă.
Nu am intenţionat să utilizez instrumentul de testare pe banda VHF dar l-am încercat pe banda de 2 metri. Instrumentul a dat citiri bune însă a deranjat considerabil indicaţiile SWR-metrului. Aceasta înseamnă că în cazul în care se doreşte să se facă un astfel de instrument de testare pentru VHF, atunci este necesară o formă îmbunătăţită pentru monitorizarea celor doi curenţi, aşa cum este utilizată pe SWR-metrele pentru VHF.
În concluzie repet ceea ce am spus la început. Se pare că verificarea curentului de mod comun (a componentei longitudinale de curent) prin linia de transmisie este o operaţie care nu se efectuează frecvent. Eu am descris un instrument foarte simplu care poate face verificarea prin simpla comparare a curenţilor din cele două conductoare ale liniei de transmisie. Acest instrument este adecvat pentru benzile HF şi pentru banda de 1.8 MHz, şi poate fi utilizat atât pentru linii deschise (simetrice) cât şi pentru linii coaxiale. Dacă există o componentă longitudinală de curent în linie, atunci nu putem fi siguri dacă performanţa atinsă se datoreşte antenei sau radiaţiei liniei de transmisie. Iată necesitatea pentru acest tip de test.
Încheiere
Dacă în cele două conductoare ale unei linii de transmisie este detectat un dezechilibru, atunci ar fi interesant să se măsoare curentul care curge prin conexiunea de conectare a emiţătorului la pământ. Pentru a măsura acest curent, emiţătorul trebuie să fie izolat de reţeaua de alimentare, fie prin alimentarea de la baterii, fie prin insertarea unui filtru RF în conductoarele de alimentare de la reţea. (În testarea dezechilibrului curenţilor din linia coaxială care alimentează antene EH, am constatat că curentul măsurat în conexiunea spre pământ a emiţătorului a fost egal cu diferenţa dintre curentul din conductorul exterior (ecranul) şi curentul care circulă prin conductorul interior al liniei coaxiale. Aş vrea să ştiu ce rezultate ar obţine cineva care ar efectua acest experiment particular.)
- Lloyd Butler VK5BR
-
