Elettronica e RF

Ho finalmente fatto delle misurazioni per valutare la bontà del choke o balun in corrente di cui ho parlato nell'articolo Autocostruzione choke balun per le HF (balun 1:1 in corrente). Quello che ho misurato non è il primo prototipo che è là fuori a fare il suo dovere con i dipoli per i 160 m, 80 m e 40 m, ma un secondo esemplare, identico al primo: 11 spire di cavo coassiale RG142 (5 + 5 spire più la spira per la cosiddetta "inversione") avvolte su due toroidi tipo FT240-43 perfettamente impilati. Questo nuovo choke, però, non è ancora "inscatolato" nel contenitore in plastica per derivazioni, in modo da semplificarmi un po' la vita nel corso delle misurazioni. Come strumento di misura ho usato il nanoVNA, che ci dà delle indicazioni preziose, ma non è molto attendibile. Per esempio, se avete un occhio ben allenato, noterete che i grafici delle misure non vanno perfettamente d'accordo uno con l'altro.  Anche il circuito di misura, usato e consigliato da molti radioamatori, che consiste nel trattare la calza del coax come fosse una semplice induttanza, è tutt'altro che perfetto. Quando un giorno finirà questa pandemia di COVID-19, potrò anche realizzare delle misure con uno strumento più "serio", però io scommetto che, ai fini pratici, i risultati non saranno molto diversi...

Prima di addentrarci nell'analisi, vorrei chiarire un concetto: un balun in corrente con fattore di trasformazione 1 e un choke a radio frequenza sono esattamente la stessa cosa. Lo dico perché ho ricevuto una quantità di messaggi che mi chiedevano se fosse meglio usare un balun o un choke, e altre domande del genere. Attenzione, un balun in tensione non è la stessa cosa di un choke.

Molti anni fa è stato dimostrato che i balun in tensione funzionano bene solo quando non ci sarebbe bisogno di usare un balun. Un un-un non è la stessa cosa di un choke. Il termine "un-un", secondo me, non è appropriato, anche se vedo che viene usato anche a livello professionale per cui mi adeguo.

Avevo scritto, nell'articolo che ho citato, che il balun avrebbe funzionato bene in HF e che avevamo qualche speranza che funzionasse anche sulla banda dei 50 MHz. Beh, dalle misure si conclude che funzioni benissimo in HF, persino meglio delle mie migliori aspettative, ma anche che non arrivi a coprire la banda dei 50 MHz. Evidentemente la capacità inter-spira causa un degrado delle prestazioni intorno ai 31 MHz e chiude là la banda utile. A tal proposito, ricordatevi di spaziare bene le spire, quando le avvolgete, in modo da minimizzare la capacità parassita e ottenere una frequenza di taglio superiore un pochino più alta. Se invece fate le spire affiancate strette una all'altra, la capacità parassita aumenta, la frequenza massima utile sarà un pochino più bassa e quindi la banda utile sarà un pochino meno ampia. Ancora una cosa: dovreste aver capito che, quando dico che il balun non funzioni tanto bene in 50 MHz, non significa che non possiate collegarvi un'antenna per i 50 MHz, e non significa che si possano verificare perdite del vostro segnale utile sui 50 MHz, significa solo che l'effetto di "simmetrizzazione" in 50 MHz sarà un po' deboluccio. Infatti, l'attenuazione del modo comune è intorno alle 20, 25 volte, invece delle 1000 o 10000 volte che si ottengono sulle altre bande. Perché un balun sia degno di questo nome, e si possa anche far chiamare choke, l'attenuazione dovrebbe essere di almeno 100 volte (in unità logaritmiche, l'attenuazione dovrebbe essere pari o superiore a 20 dB).

In tutte le figure seguenti, ho riportato l'attenuazione riferita alla potenza. Cerchiamo di capire bene che questa non è l'attenuazione subita dalla potenza che state trasmettendo, e nemmeno l'attenuazione del segnale ricevuto, che saranno quasi nulle, cioè i vostri segnali viaggeranno praticamente indisturbati nel cavo coassiale. Quella che ho misurato è l'attenuazione in potenza dovuta a quella maledetta corrente di "modo comune" che, quando trasmettete, vi rientra nella radio scendendo giù sulla parte esterna della calza del cavo coassiale, e che è responsabile della deformazione del diagramma di radiazione della vostra antenna, dei problemi di compatibilità elettromagnetica nei confronti degli elettrodomestici che si venissero a trovare nei dintorni del cavo coassiale (RFI, TVI), e di un sacco di problemi fastidiosi dentro la vostra sala radio. Vorrei ricordarvi che la causa prima dell'instaurarsi di questa corrente "cattiva e puzzolente", è il collegamento del trasmettitore, che è un generatore sbilanciato, attraverso il cavo coassiale (anch'esso sbilanciato) a una antenna che costituisca un carico bilanciato (ma non perfettamente bilanciato, altrimenti il balun non servirebbe più). Se usate un'antenna di tipo sbilanciato, tipo una Ground Plane, End-Fed, e tante altre, non dovete usare un balun in corrente, o choke. 

Adesso vediamo i grafici delle misure. Per interpretarli, in caso non aveste grande confidenza con le unità logaritmiche (i deciBel, abbreviazione dB), potrebbe tornarvi utile questa tabella che si riferisce alle misure di potenza: 

 Adesso vediamo più in dettaglio, banda per banda, le misure di attenuazione. Queste misure di dettaglio possono differire leggermente rispetto ai valori della vista di insieme di Figura 1 (e di Figura 12 più in basso) perché sono un po' più precise. La Figura 2 si riferisce alla banda dei 160 m, in cui possiamo trasmettere solo nella "fettina" che va da 1830 kHZ a 1850 kHZ. Su questa banda le antenne hanno dimensioni ragguardevoli, cosa che contrasta con gli spazi esigui che quasi tutti noi abbiamo a disposizione. Questa condizione ci costringe a deformare la forma dell'antenna per farla stare entro i confini della nostra proprietà. Il risultato è, spesso, un'antenna tutt'altro che simmetrica, quindi né bilanciata né sbilanciata. Su questa e sulle altre bande basse in frequenza abbiamo proprio bisogno di un balun efficiente. Direi che, con un'attenuazione maggiore di 30 dB, possiamo essere molto felici del risultato.

 La Figura 3 ci dice che il balun offre prestazioni persino migliori in 80 m, con un'attenuazione di 37 - 38 dB!

 In 60 m, 40 m e in 30 m, il balun raggiunge e supera i 40 dB di attenuazione (cioè attenua anche più di 10 mila volte!), come testimoniato dalle misure riportate nei grafici delle Figure 4, 5 e 6.

 Prestazioni eccezionali anche in 20 m, con un'attenuazione di almeno 38 dB  (Figura 7), in 17 m e 15 m con 34 o 35 dB (Figure 8 e 9)

 Purtroppo, ho perso il grafico dell'attenuazione in potenza sulla banda dei 12 m. Chissa perché, forse mi sono proprio dimenticato di salvarlo; sono proprio sbadato. Tuttavia, dalla FIgura 1 o dalla Figura 12 si evince che l'attenuazione in 12 m è di circa 33 dB, cioè 2000 volte, siamo ancora a prestazioni di altissimo livello...

Oooops, questa figura me la sono persa per strada, dovrò rifare la misura, mi perdonate?

Figura 10 - Attenuazione del balun alle CMC sulla banda dei 12 m

 La Figura 11 chiude questa analisi delle prestazioni in HF con un lieto fine: attenuazione pari o superiore ai 33 dB su tutta la banda da 28 MHz a 29,7 MHz.

Il balun è ottimo per tutte le bande da1 160 m ai 10 m. 

 Qua sotto, un po' nascosto e con la speranza che non si noti tanto, metto l'analisi che include la banda dei 50 MHz. Sembrerebbe esserci un'attenuazione maggiore di 20 dB ma da una misura più dettagliata ho potuto constatare che l'attenuazione è di poco superiore ai 10 dB, troppo modesta per affermare che il balun funzioni anche su questa banda delle VHF.