Quasi tutti sappiamo che "BAL-UN" è l'unione delle lettere iniziali delle parole inglesi "BALanced-UNbalanced", per cui intuiamo che la sua funzione è di consentire di collegare una generatore con uscita sbilanciata (asimmetrica rispetto al riferimento), quale generalmente è un trasmettitore a radiofrequenza con la linea di trasmissione coassiale, a un carico bilanciato (simmetrico rispetto al riferimento), come può essere un'antenna tipo dipolo, ma non un'antenna per es. tipo Ground Plane. Questo permette di evitare alcuni inconvenienti che si verificherebbero se collegassimo direttamente i due dispositivi, bilanciato l'uno e sbilanciato l'altro, senza interporre un balun. Si noti che la funzione del bal-un è bidirezionale quindi, nello stesso tempo, ci consente di collegare un generatore bilanciato (l'antenna usata in ricezione) con il carico sbilanciato (il cavo coassiale collegato allo stadio di ingresso del ricevitore), sebbene questa sua funzione sia generalmente poco valorizzata.
La parola "bal-un", o anche "balun", in notazione fonetica si pronuncia [bæl-an] o, se volete, più o meno come si leggerebbe in italiano "bal'an", ma non come si leggerebbe in italiano la parola "balùn" anche se quest'ultima pronuncia piace a molti, forse perché ricorda la versione dialettale di "pallone" in diverse regioni italiane. A Torino, quando sentiamo dire "balùn", pensiamo istintivamente al vecchio mercatino dell'usato chiamato "Balôn" (pronuncia [ba'lʊŋ]) e ci richiede un notevole sforzo di volontà tornare a pensare a questioni elettriche... Proprio per questo motivo, bisognerebbe cercare di non coprirsi di ridicolo storpiando troppo la pronuncia di balun o addirittura cambiando arbitrariamente qualche consonante.
Bene, grazie per avermi seguito fin qui, nonostante il mio piccolo sfogo... Veniamo alla parte più concreta dell'articolo: mi sono costruito un choke bal-un, o balun in corrente (con rapporto di trasformazione di impedenza 1:1, quindi è solo ed esclusivamente un balun, non un adattatore di impedenza). Vorrei dunque condividere le fotografie di documentazione del mio lavoro, sperando che tornino utili a qualcun altro e, perché no, che qualcuno mi faccia pervenire i suoi commenti e consigli attraverso il modulo "contatti" di questo sito. Sinceramente, questo articolo non contiene niente di nuovo rispetto a quanto possiate trovare in giro, è soltanto l'ennesima realizzazione di un choke per HF. Sono sicuro, però, che non si transiti attraverso questo anfratto della rete per caso, e che molti di voi siano qui perché stanno cercando istruzioni e illustrazioni come spunto per costruirsi il loro balun. Guardate il mio articolo, allora, e anche un po' degli altri articoli che si trovano su internet e in letteratura. Io ho cercato di realizzare una guida per persone che non abbiano grandi competenze tecniche, descrivendo in dettaglio le operazioni di montaggio, anche le più banali. Alcune misure di valutazione delle prestazioni di questo balun le ho messe qua: Valutazione choke balun per le HF (balun 1:1 in corrente)
Costruiamo un choke balun a larga banda per le HF, con una buona speranza che funzioni anche sulla banda dei 50 MHz. Lo realizziamo con 11 spire di cavo coassiale RG-142 su due toroidi sovrapposti marca Amidon, modello FT240-43. Perché proprio 11 spire?
UPDATE 2019-08-12: Ho letto in un articolo [1, 2] molto bello su Radio Rivista che il numero di spire avvolte su un toroide è sempre dispari in quanto l'inversione costituisce la spira in più. Come vedrete più avanti, le 11 spire si ottengono avvolgendone 5, facendo il passaggio di inversione (che sembra mezza spira ma si conta come una spira intera), e poi avvolgendo le altre 5 spire.
UPDATE 2020-11-02: Il sito di G3TXQ non funziona più ma era già stato archiviato. Ho provveduto a cambiare il link nella riga seguente, adesso punta all'archivio; dovrete avere pazienza perché il server dell'archivio è molto lento.
Mi sono basato sui dati sperimentali di G3TXQ (SK), scegliendo l'avvolgimento da 9 spire. Siccome sono un po' più interessato alle HF medio-basse, e meno ai 50 MHz, per compensare un pochino di flusso disperso dovuto al fatto che il cavo RG-142 è più rigido del RG-58 usato da G3TXQ (e quindi le spire realizzate con il 142 risulteranno meno aderenti al nucleo), ho deciso di avvolgere 11 spire anziché 9. Più spire significano maggiore induttanza (cioè migliore efficacia sulle bande più basse) ma anche maggiore capacità parassita, che abbassa la frequenza massima di utilizzo di questo balun. Se vi interessano le frequenze più alte, potete avvolgere un paio di spire in meno; se vi interessano solo le bande basse, avvolgete due spire in più. Il balun dovrebbe sopportare potenze di alcuni kW, ma non saprei come fare per verificarlo, io ho solo 100W
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Materiale occorrente e attrezzatura:
- spezzone di cavo coassiale RG-142; io sono partito con un paio di metri e ne ho avanzato 80 centimetri; costa dai 7 agli 11 Euro al metro
- due toroidi Amidon FT240-43; prezzo circa 9-10 Euro cadauno
- connettore UHF femmina da pannello (o, se preferite, connettore tipo N femmina da pannello); costo dai 2 Euro in su
- contenitore di plastica (io ho usato una cassetta di derivazione con pareti lisce, IP561, dimensione (120x80x50) mm3 ; prezzo circa 2,5 Euro
- due viti M3x16 ottone o inox con dadi e rondelle per il connettore coassiale (io ho usato delle viti M3x20, ma sono un po' lunghe)
- due viti M5x20 ottone o inox con almeno due dadi e rondelle per i terminali dell'antenna; per tutte le viterie ho speso 2 Euro
- nastro adesivo o non adesivo (io ho usato un nastro di teflon per idraulica, non adesivo, in modo da non imbrattare di colla i toroidi; diciamo che il fatto che il nastro sia proprio di teflon non serve a niente, l'importante è mantenere i due toroidi in ferrite impilati con precisione e serrati bene tra loro, basterebbe anche un po' di spago sottile o filo da pesca…)
- fascette autoserranti in plastica o nylon, insomma in materiale isolante
- quattro capicorda con occhiello diametro 5 mm
- due capicorda con occhiello diametro 3 mm (io ho trovato delle cosiddette "pagliuzze"); per tutti i capicorda ho speso 1,5 Euro
- trapano, punte per trapano (punta diametro 16 mm per l'alloggiamento del connettore coassiale, diametro 3 mm per i fori delle viti del connettore coassiale, diametro 5 mm per gli alloggiamenti delle viti che fungono da terminali per l'antenna bilanciata); la punta da 16 mm l'ho dovuta comprare per 10 Euro circa
- saldatore, lega saldante
- ...e poi, le cose che mi sono dimenticato di scrivere, le aggiungerò quando mi verranno in mente...
Se avete già gli attrezzi in casa, e i materiali più comuni, il costo si aggirerà intorno ai 35 - 38 Euro.
I toroidi Amidon FT240-43 sono fatti così:
Sovrapporre i toroidi e impacchettarli con del nastro isolante avvolto stretto, in maniera che rimangano impilati con precisione e non si crei gioco tra di loro.
Avvolgere il cavo coassiale RG-142. Avvolgere stretto al fine di evitare di disperdere flusso magnetico, ma non esagerare per non rischiare di danneggiare il cavo. Effettuare l'avvolgimento a temperatura ambiente un po' più alta del normale, o rendendo il cavo tiepido (ho detto tiepido, non caldo!) vi aiuterà. In particolare, il conduttore centrale del cavo deve possibilmente rimanere equidistante dal conduttore (o conduttori) schermo; se il raggio di curvatura è troppo stretto, le deformazioni indotte creeranno uno sbilanciamento. Beh, comunque non è un cosa grave, ma se potete evitarlo, è meglio. La notevole deformazione del cavo coassiale può portare a microfratture nei materiali di cui il cavo è composto. In questi interstizi si infiltrerà umidità, cioè particelle d'acqua non pura. Ioni positivi e negativi disciolti nell'acqua la renderanno conduttiva causando perdita di isolamento del cavo sia verso l'esterno sia tra i suoi stessi conduttori. Inoltre, successivamente, soprattutto attraverso la prolungata esposizione a cicli termici (caldo/freddo) dovuti alle condizioni atmosferiche, le microfratture si possono estendere, in particolare se siete in zone in cui le temperature scendono sotto il punto di congelamento, similmente al fenomeno geologico di frantumazione della roccia detto "gelifrazione" o "gelivazione". Tutto questo, peggiorerà il comportamento del balun fino al possibile guasto e fine vita prematuro. Questa è una delle cose di cui non dovete chiedermi perché la so. Le proprietà dei materiali con cui l'RG-142 è realizzato, lo rendono più resistente di tanti altri cavi a questi fenomeni. Concludendo questa digressione, non vi consiglio di utilizzare cavi coassiali più recenti, molto pubblicizzati come meccanicamente flessibili ed elettricamente molto performanti, perché si deformano molto facilmente e non sono adatti ad essere "maltrattati".
(Abbiate pazienza, per fare la fotografia, ho lasciato che l'avvolgimento si allentasse un po'…)
Terminato di avvolgere le 5 spire da un lato del toroide (sinistro oppure destro, scegliete voi) si fa passare il cavo nel foro del toroide e si avvolgono le 5 spire dall'altro lato (rispettivamente, destro o sinistro). Il nascituro balun si presenta, più o meno, così. Notate che ho un po' usurato il nastro di teflon ma che volete, l'RG-142 è una brutta bestia da domare.
Preparazione del contenitore, in altre parole, foratura:
Il connettore coassiale, per comodità di assemblaggio, verrà posizionato all'interno della scatola, quindi dovrete fare un foro pari al diametro massimo della parte di connettore che sporgerà verso l'esterno del contenitore (nel mio caso, 16 mm). Potete prendere la misura con un calibro. I due fori per le viti di fissaggio della flangia del connettore, nel mio caso di diametro 3 mm, si possono realizzare fissando in qualche modo il connettore al contenitore e facendo passare la punta del trapano attraverso i fori che conterranno le viti. Sono sufficienti due viti. La flangia del connettore va montata con i fori a destra e sinistra, sullo stesso asse del foro centrale.
Dal lato opposto del contenitore, realizziamo i due fori con punta da 5 mm per i terminali dell'antenna. Se preferite, potete posizionare i terminali sul lato inferiore del contenitore, saranno solo un po' scomodi da collegare all'avvolgimento. Ovviamente, non conviene posizionare i terminali sul coperchio. Non posizionerei i terminali sui lati lunghi della scatola, a meno che non sia necessario far percorrere ai fili dell'antenna un tratto verticale, come nel caso di collegamento ad antenne tipo dipoli rigidi (es. radiatore Yagi-Uda), per non introdurre sollecitazioni che potrebbero portare a rottura i capicorda che utilizzeremo per connettere i terminali all'antenna. Io userò dipoli orizzontali o sub-orizzontali realizzati con filo elettrico, quindi mi stanno bene i terminali posizionati come i fori in figura, ma scegliete voi.
Se pensate di applicare dei ganci alla scatola, questo è il momento di eseguire i fori che vi servono. Ricordate che nel contenitore non deve penetrare acqua, quindi i fori dovranno essere tutti chiusi, o quasi. Qui il discorso diventa difficile. Infatti, dal momento che non saremo in grado di sigillare il contenitore sotto vuoto o in atmosfera controllata, non saprei dire se sia meglio prevedere almeno uno scarico per la condensa (in basso) e magari anche uno per il vapore (in alto, ma non sulla parete dei terminali antenna) o sia meglio sigillare perfettamente il contenitore in presenza di umidità (che non possiamo evitare se non abbiamo macchinari molto costosi). Alla fine, io ho ignorato il problema, giudicherò poi fra qualche anno. Ribadisco: in ogni caso non dovete praticare fori di dimensione tale, o in posizione tale, da far penetrare acqua all'interno della scatola!
Ora si tratta di regolare la lunghezza del cavo coassiale, spelarne un capo e collegare l'avvolgimento al connettore coassiale. Ovviamente, si spela prima il tratto di guaina esterna, la calza si dovrà sbrogliare usando le dita e una piccola asta, come potrebbe essere un cacciavite, per allentare le maglie e separare i trefoli. Quindi, raccogliamo i trefoli in due gruppi e, torcendo separatamente ciascun gruppo, otteniamo due trecce. Terminiamo ogni treccia saldando una "pagliuzza" di rame stagnato con occhiello da 3 mm (regoliamo sempre le lunghezze in modo che il dispositivo si possa alloggiare comodamente nella sua scatola). Speliamo poi il conduttore centrale rimuovendo il dielettrico fino a qualche mm di distanza dal punto in cui la calza si dirama in due. Ovviamente, calza e centrale non si devono toccare e devono rimanere sempre ben separati. Il conduttore centrale del RG-142 si salda direttamente nel ricettacolo centrale del connettore.
Quando, più avanti, fisseremo il connettore al contenitore, ogni vite M3 verrà inserita dall'esterno della scatola, possibilmente con rondella tra testa della vite e parete di plastica (che io non ho); all'interno, inseriamo la vite nell'occhiello della flangia del connettore, poi nell'occhiello della pagliuzza e serriamo con dado. Io non metterei la rondella ma, se volete metterla, la mettete tra dado e pagliuzza. Non dovete metterla tra pagliuzza e flangia! Se preferite, potete anche saldare le due trecce direttamente sulla flangia, senza usare le pagliuzze. In tal caso, la connessione risulterà migliore dal punto di vista elettrico, ma un po' più complicata da gestire.
Adesso, speliamo l'altro capo del cavo, più o meno come abbiamo fatto precedentemente, ma questa volta regoliamo le lunghezze per il collegamento ai terminali dell'antenna. Qui, con i trefoli della calza realizzeremo una sola treccia che termineremo con capocorda (occhiello da 5 mm, senza isolatore) crimpando e saldando. Stessa terminazione per il conduttore centrale.
Dovete pulire bene soprattutto tutte le parti in cui avete fatto le saldature, rimuovendo le tracce di flussante o altro. Potete usare alcol isopropilico denaturato e salviette. Potete successivamente risciacquare prima con getto d'acqua pulita (dal rubinetto) e poi con un pochino di acqua distillata, per mandare via anche le impurità contenute nell'acqua potabile. Non so dirvi se la pulizia ad ultrasuoni sia indicata per il toroide in ferrite. Penserei di no, quindi io non l'ho fatta. Tutto deve essere perfettamente asciutto prima di proseguire il montaggio.
Se volete montare dei ganci al contenitore, questo è il momento di farlo. Per ora, io non ne ho bisogno.
Inseriamo il dispositivo nel contenitore, e fissiamo il connettore come descritto poc'anzi. Dal lato antenna, le viti M5 si inseriscono dall'interno della scatola verso l'esterno. Inanellate prima il capocorda, poi la rondella, poi inserite la vite nel foro sulla parete della scatola, poi mettete un'altra rondella, il dado e serrate. Qui si inserirà il capocorda (sempre occhiello 5 mm, ma non rimuovete l'isolatore) al quale avrete già collegato il braccio dell'antenna che vi interessa, o lo collegherete in futuro. Infine mettete il dado di serraggio finale.
Chiudere il coperchio della scatola serrando le viti autofilettanti in dotazione con coppia moderata (nel mio caso, 0,8 N*m, ma se non potete misurare la coppia, va bene lo stesso, basta non stringere troppo forte per non danneggiare la plastica).
Verificate con un tester che lo schermo del connettore sia collegato a un terminale d'antenna, che il centrale sia collegato all'altro terminale e che la resistenza di isolamento tra i due conduttori tenda ad infinito. Se per caso misurate una resistenza di qualche mega Ohm, non va bene! In tal caso, verificate l'assemblaggio in cerca di conduttori troppo vicini fra loro e lavate bene tutto.
Ho l'impressione che abbiate finito. Potete fare le vostre misure o provare il balun sul campo. Se volete, potete dare uno sguardo alle misure che ho fatto io: Valutazione choke balun per le HF (balun 1:1 in corrente)
Io ce l'ho messa tutta, se poi qualcosa non dovesse andare per il verso giusto, non prendetevela con me... 😉
Balun: connettore N (va bene anche UHF, BNC o quello che vi pare); terminali antenna con capicorda; marcatura contenitore.
Nota:
- Siginficato del codice IP56 (norma EN 60529): involucro protetto contro la polvere (nessun deposito nocivo) e contro l'accesso con un filo, involucro protetto contro i getti d'acqua potenti.
Fonte: ik1hge.com, prodotto in proprio; basato su misure effettuate e pubblicate da G3TXQ. (Il link originale alla pagina http://www.karinya.net/g3txq/chokes/ si è interrotto, per questo adesso il link è alla versione archiviata del sito di G3TXQ)
Per riprodurre testo e immagini, citare l'autore IK1HGE e inserire backlink verso questa pagina o www.k1hge.com
Riferimenti:
Vi suggerisco i seguenti articoli pubblicati su Radi Rivista dell'A.R.I. (dovesse mai capitare da queste parti, faccio i miei complimenti all'autore IW2FND, ha fatto un ottimo lavoro):
[1] Scopriamo insieme il "Choke" o "balun di corrente" - 1ª parte, Lucio Attolini, IW2FND, Radio Rivista 06/2019, pag.58
[2] Scopriamo insieme il "Choke" o "balun di corrente" - 2ª parte, Lucio Attolini, IW2FND, Radio Rivista 07-08/2019 (non so la pagina perché non è scritta nell'indice pubblicato su internet dall'ARI, uffaaaaa!)
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