ESPERIMENTI e PROVE con gli UNUN
ESPERIMENTI e PROVE con gli UNUN by G3TXQ
A. Introduzione
Le antenne multibanda formate da un filo elettrico di lunghezza non risonante, sorretto da una canna da pesca, che vienga alimentato tramite cavo coassiale e trasformatore UNUN, sono diventate molto popolari.
In effetti, sono semplici da realizzare, hanno un basso costo e sono una facile soluzione in molti casi.
Di solito necessitano di un sintonizzatore alla base della verticale.
L'utilizzo del UNUN è progettato per limitare gli elevati SWRS che si verificherebbero in alcune bande, e quindi evitare alcune delle perdite che potrebbero verificarsi lungo il coassiale.
Questo articolo descrive una serie di esperimenti effettuati per cercare di capire meglio come un tipico UNUN si comporta in questa applicazione.
B. Antenna e SWR
Le barre verdi sono i valori con il cavo coassiale collegato direttamente alla verticale; nessun UNUN è stato utilizzato, non vi era alcun collegamento a qualsiasi sistema a terra, e nessun choke RF è stato utilizzato.
La SWR varia da un minimo di 5,9:1 sui 10 metri
ad un massimo di 49:1 sui 30 metri.
Dato che nessun sistema di terra è stato utilizzato ci si potrebbe chiedere da cosa sia formata " l'altra metà del antenna ":
La risposta è chiaro quando si aggiunge una Choke sul coassiale, in modo di impedire alla RF di scorrere sulla superficie esterna della calza del coassiale.
Si otterranno così i valori indicati dalle barre turchesi.
Si può notare che, ad eccezione delle bande 30m e 15m tutti i SWRS sono peggiorati e anche di parecchio. Ciò dimostra che, se non si utilizza alcun sistema terra, la calza del coassiale diventa parte integrante del sistema di antenna.
Aggiungendo all'antenna un sistema di radiali modesto, formato da sei fili disposti sul terreno e lunghi 25ft (7,62m) si otterranno i valori mostrati dalle barre grigie.
Su tutte le bande eccetto sui 30m c'è un miglioramento significativo del SWR.
Infine si è aggiunto un UNUN 4:1 al punto di alimentazione i risultati sono mostrati dalle barre rosse.
L'UNUN 4:1 è stato realizzato avvolgendo 12 spire di cavo bifilare su nucleo T200-2 di polere di ferro;
A meno della banda degli 15m, l'utilizzo del UNUN produce una ulteriore riduzione in SWR che non supera mai il 26:1 a qualsiasi banda.
L'antenna sotto esame era formata da 40ft (12.2m) di filo isolato sorretto da una canna da pesca in fibra di vetro montata verticalmente a livello del suolo.
E' stata alimentata tramite cavo coassiale RG58.
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C. Vari Tipi di UNUN
Sono state fatte prove, utilizzando vari tipi di UNUN:
9:1 UNUN formato da 9 spire trifilari su un nucleo T200-2,
4:1 UNUN formato da 12 spire bifilari su un nucleo FT240-61
4:1 UNUN formato da 12 spire bifilari su un nucleo FT240-31;
ecco i risultati:
Chiaramente, introducendo un qualsiasi UNUN, si ottiene un notevole miglioramento di ROS sulla maggior parte delle bande; fanno eccezione quelle bande dove il ROS è già basso.
Scegliere tra i vari progetti di disegni UNUN non è facile
alcuni vanno meglio degli altri in alcune bande, ma peggio in altre.
Valutando i risultati complessivi, il migliore risulta un UNUN 9:1 avvolto su materiale di tipo 2:
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D. Trasformazioni di impedenza
Ciò che non risulta chiaro da questi risultati sono le trasformazioni di impedenza introdotte dai UNUN.
Particolarmente a frequenze più basse, una combinazione di bassa permeabilità del materiale polvere di ferro e l'impedenza dell'antenna reattiva comporta un rapporto di trasformazione dell'impedenza lontano dal 4: 1 o 9: 1 che ci potremmo aspettare.
Ad esempio ci si aspetta che un UNUN 4:1 trasformi una impedenza di carico 80m di 12-j236 a 3-J59;
nella realtà trasforma in una molto diversa 367 + j480.
Ciò si verifica perché il UNUN è ben lungi dall'essere un trasformatore ideale, e la sua bassa reattanza induttiva combinata con la reattanza capacitiva del carico finisce per formare un circuito sintonizzato che, se vicino alla risonanza, produrrà trasformazioni di impedenza molto lontane da quelle ideali.
Fortunatamente, questo è poco importante in questa applicazione perché l'impedenza risultante verrà adattata a 50 Ohm dall'accordatore.
Ma questo significa che ogni valutazione teorica di questi tipi di sistemi di antenna assume che gli UNUN si comportino come trasformatori di impedenza ideali.
E. PERDITE da UNUN
Dal grafico, si può notare che le perdite rilevate col materiale tipo 31 sono significativamente superiori rispetto a quelle rilevate usando altre mescole.
Questo era prevedibile, perché il mix ferrite del tipo 31, ha una grande componente resistiva; questo è un vantaggio se viene utilizzato per costruire un Choke, ma non è così utile quando lo facciamo funzionare come nucleo di un trasformatore dove potenzialmente, circoleranno tensioni elevate.
Dei restanti progetti, il UNUN 4:1 avvolto su materiale di tipo 2 ha probabilmente la perdita più alta.
Per mettere i numeri nel contesto, una perdita di 0.4dB significa che la potenza sicuramente dissipata da un nucleo tipo T200 potrebbe raggiungere una potenza media applicata di 110W.
Con tutti i progetti di UNUN, le perdite diventano molto alte alle basse frequenze se l'antenna è accorciata;
Si dovrà essere molto prudenti nell'utilizzare UNUN avvolti su toroidi T200-2 utilizzati con antenne accorciate.
E' anche interessante notare che alle basse frequenze, dove l'antenna è elettricamente corta e la sua reattanza è elevata rispetto alla sua resistenza alle radiazioni, delle alte tensioni possono essere generate in tutto il UNUN anche a livelli di potenza TX modesti.
Ad esempio, se un'antenna da 40ft (12,2m) irradia 100W si può rilevare una tensione superiore a 1 kV pk in tutti gli UNUN;
Un UNUN ben progettato avrà un isolamento degli avvolgimenti, che tiene conto di questo.
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Un'ulteriore considerazione: Utilizzando un UNUN si introduce una perdita nel sistema di antenna.
Conoscendo l'impedenza secondaria del UNUN e l'impedenza di antenna, si potranno calcolare le perdite introdotte da ogni configurazione:
F. PRESTAZIONI COMPLESSIVE
Solo perché un progetto di UNUN ha un pò più la perdite di un altro non significa necessariamente che il suo segnale trasmesso sarà più debole; se il progetto ottiene un minor SWR, si avranno minori perdite sulla linea di alimentazione, pertanto potrebbe ancora produrre un segnale maggiore.
Per tener conto di questi fattori ho misurato il segnale captato dall'antenna da un ricevitore locale utilizzando i vari progetti di UNUN.
Il grafico a barre mostra i risultati facendo riferimento al segnale dalla verticale senza UNUN.
Ancora una volta, con questo particolare antenna, l'UNUN 9:1 avvolto su materiale Tipo 2 dà i migliori risultati complessivi.
La maggior parte dei risultati di intensità del segnale possono essere spiegati facendo riferimento alle tabelle precedenti.
Ad esempio, sugli 80m il UNUN 9:1 produce un ROS basso sulla linea di alimentazione, quindi pur avendo più perdite sull UNUN, si ottiene un segnale più alto.
G. Conclusioni
- Un UNUN può ridurre significativamente i valori di SWRS e di conseguenza ridurre le perdite sulla linea di alimentazione coassiale
sulla maggioranza delle bande.
- Tutti e quattro i progetti di UNUN hanno prodotto una riduzione del SWR sostanzialmente simile, ma l' UNUN 9:1 con questa particolare lunghezza dell'antenna è risultato quello con le le migliori prestazioni complessive.
- L'utilizzo di UNUN può essere molto inefficiente, in particolare alle basse frequenze dove l'antenna è elettricamente breve, e nuclei piccoli si possono essere facilmente surriscaldare anche in presenza di basse potenze di trasmissione.
- Miscele di ferrite basse (2) sono una buona scelta per queste applicazioni.
- Gli UNUN avvolti su nuclei di polvere di ferro sono lungi dall'essere trasformatori ideali impedenza alle basse frequenze specialmente usando antenne elettricamente brevi.
Qualsiasi analisi teorica che presupponga un reale rapporto di trasformazione 4:1 o 9: 1 è sospetta.
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