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Enzo, balun HF 1:4

ENZO, BALUN HF 1:4

Introduzione

Enzo è un balun 1:4 realizzato per alimentare Agata, la Windom che utilizzo per ricetrasmettere in 40, 20 e 10 metri, e per accoppiare l’antenna alla linea di trasmissione in cavo coassiale (RG213) che la collega al resto della stazione. Si tratta di un balun in ferrite ottimo per essere impiegato in tutte le frequenze HF e sulle primissime VHF: le sue caratteristiche, infatti, rimangono costanti fino a 50 MHz, circa. E’ una autocostruzione basata sul prototipo di balun 1:4 realizzato da Jerry Sevick W2FMI (SK) e descritta nel suo libro “Transmission Line Transformers”, 4° edizione. Lo stesso Sevick ha fatto riferimento, per i suoi studi ed esperimenti, al principio di funzionamento (e, pertanto, allo schema elettrico) del balun “in corrente” descritto e pubblicato da G. Guanella nel 1944.

Configurazione elettrica

Schema elettrico del balun
Schema elettrico del balun
IZ8JFD.it - PROGETTI: ENZO, BALUN HF 1:4
Schema elettrico del balun
Foto 01
IZ8JFD.it - PROGETTI: ENZO, BALUN HF 1:4
Foto 01 - Il nucleo toroidale FT240-61.
Enzo è un trasformatore RF a linea di trasmissione costruito a partire da due avvolgimenti bifilari (le linee di trasmissione, appunto) ed un nucleo toroidale in ferrite FT240-61. Ciascuna linea è realizzata con due conduttori in rame smaltato AWG16, ciascuno dei quali è inserito all’interno di un tubicino di Teflon AWG14. I due fili di rame, così isolati, sono paralleli ed aderenti tra loro: i tubi in Teflon servono ad aumentare l’isolamento elettrico all’interno della linea e la distanza tra i due conduttori della stessa, che le assegna una impedenza pari a 100 Ω, circa. Una linea è avvolta su una metà del nucleo toroidale, mentre la seconda linea è avvolta sulla metà rimanente. Ciascun avvolgimento consta di 10 spire. I due avvolgimenti sono collegati tra loro in modo tale che le linee di trasmissione risultino in parallelo tra loro all’ingresso del balun (lato a 50 Ω) ed in serie tra loro all’uscita dello stesso (lato a 200 Ω). Le dimensioni del nucleo toroidale utilizzato e le caratteristiche della ferrite 61 (avente permeabilità pari a 125 e costante su, quasi, tutte le frequenze HF) consentono ad Enzo:
  • di sopportare una potenza RF pari ad 1 kW CW;
  • un rendimento compreso tra il 97 ed il 99%;
  • una impedenza d’uscita (e, pertanto, un rapporto di trasformazione) costante da 1 ad oltre 50 MHz.
Quest’ultima, terza specifica tecnica è stata confermata dalle prove di laboratorio eseguite collegando l’uscita di Enzo ad un carico fittizio resistivo pari a 200 Ω (due resistenze, 100 Ω/5 W ciascuna, in serie tra loro): R.O.S. stabile e prossimo ad 1:1,1 da 1 a 30 MHz.

Realizzazione

Foto 02
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Foto 02 - Il filo di rame smaltato ed il tubo in Teflon.
La prima operazione realizzata durante l’autocostruzione di Enzo è stata la preparazione delle due linee di trasmissione bifilari. Ciò può avvenire con due modalità. La modalità che ho scelto io (e che non consiglio, poiché di scarsa praticità, anche se il risultato – su carico fittizio ed in antenna – è quello desiderato) è quella di inserire tutto il rame smaltato all’interno del tubo in Teflon e di realizzare, immediatamente, gli avvolgimenti 3-4 e 5-6  in senso orario lungo il nucleo in ferrite ed in continuità elettrica e meccanica tra loro (senza la saldatura nei punti 4 e 6  - pertanto, senza tagliare né rame, né tubo). In seguito, ho completato gli avvolgimenti 1-2 e 7-8 (rispettivamente, sulla metà sinistra e destra del nucleo toroidale – di conseguenza, in senso orario ed antiorario), mantenendomi quanto più aderente possibile, durante la posa di ciascun avvolgimento, all’avvolgimento comune già realizzato.
Foto 03
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Foto 03 - Il rame smaltato all'interno del tubo in Teflon.
Tutto ciò per il massimo risparmio sui materiali. Risparmio da non intendere in senso economico, ma relativo a rame e tubo. Entrambi sono arrivati dall’America (direttamente dalla Amidon) con una spedizione postale non tracciabile che ha impiegato poco più di 3 settimane per essere consegnata, periodo di tempo durante il quale l’ansia dell’attesa cresceva a dismisura ogni volta che pensavo all’impossibilità di avere notizie sullo stato della spedizione (leggasi: ogni volta che pensavo al rischio di non ricevere mai quanto ordinato). Pertanto, Enzo è stato realizzato seguendo la filosofia della massima efficienza nell’uso dei componenti (cioè, zero sprechi), al fine di evitare, in caso di errori, un nuovo ordine per gli stessi materiali e, di conseguenza, una nuova, ansiosa attesa. D’altro canto, la modalità consigliata per la realizzazione del balun è quella che prevede una misurazione (su una metà del toroide, anche indicativa, ma non grossolana) della lunghezza di ciascuna linea di trasmissione bifilare. Detta lunghezza, per precauzione, può essere aumentata di qualche centimetro. Dopodichè, si tagliano quattro segmenti di rame smaltato e di tubo in Teflon aventi detta lunghezza, e si infila ciascuno dei 4 segmenti di conduttore in rame all’interno di uno dei 4 segmenti di tubo.
Foto 04
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Foto 04 - La linea bifilare pronta per essere avvolta.
Con i fili di rame, entro il loro nuovo isolamento, si creano due coppie: per ogni coppia, si dispongono i tubi (pertanto, i conduttori) paralleli e aderenti tra loro, mantenendo la loro disposizione reciproca con alcuni giri di nastro isolante da ripetere (ad intervalli, più o meno, regolari) fino a coprire l’intera lunghezza della linea bifilare. Con le due coppie così preparate, si avvolge ciascuna linea su una delle due metà del toroide (ad esempio, la prima linea sulla metà sinistra del nucleo, la seconda linea sulla metà destra), facendo attenzione, durante l’avvolgimento, a mantenere l’aderenza tra i tubi di ogni coppia ed a coprire, con le 10 spire di ciascuna linea, una metà esatta del nucleo toroidale.
Foto 05
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Foto 05 - Il balun ad avvolgimenti completati.
Ad avvolgimenti completati, è possibile saldare i conduttori delle due linee bifilari tra loro, realizzando i terminali di ingresso ed uscita del balun, così come previsto dallo schema elettrico dello stesso. Essendo destinato ad essere utilizzato in ambiente esterno, il balun necessita di un contenitore stagno: Enzo è stato inserito all’interno di una scatola per impianti elettrici Gewiss modello GW 44 004, ancorata alla sommità del palo di supporto di Agata mediante un morsetto ricavato da una vecchia antenna TV.
Foto 06
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Foto 06 - Il balun pronto per il fissaggio a palo.
I terminali di ingresso del balun sono saldati ad un connettore SO239, che è stato fissato ad un rettangolo di alluminio: all’interno della scatola, detto pannello è stato incollato ad una delle pareti, al centro della quale era già presente un foro dal quale il connettore può sporgere verso l’esterno per la connessione alla linea di alimentazione coassiale. Sempre dentro la scatola, gli estremi dei due bracci di Agata sono saldati ai terminali di uscita di Enzo, che i due conduttori dell’antenna possono raggiungere passando, ognuno, attraverso un tappo (in plastica morbida) che copre uno dei fori presenti sul fianco della scatola verso il quale converge il braccio considerato. In tal modo, l’unica connessione elettromeccanica per Enzo è il connettore SO239 presente all’ingresso del balun.

Funzionamento

Enzo è un balun necessario per accoppiare una linea di trasmissione in cavo coassiale (cioè, sbilanciata) ad un carico bilanciato (nel mio caso, come già detto, si trova nel punto di alimentazione di Agata, un dipolo OCF) avente impedenza pari a 200 Ω. In trasmissione, il rientro di RF (intollerabile in 40 metri, nullo in 20 e 10 metri) ed il R.O.S. (prossimo a 2:1 su ciascuna banda) sono da imputare alla distanza insufficiente tra l’antenna ed il terreno sottostante (Enzo si trova ad 11 metri, circa, da terra – in 40 metri, ne servirebbero non meno di 20) e, in particolar modo, alla distanza critica (cioè, troppo ridotta) tra l’antenna ed altre strutture (conduttrici e non) sottostanti e, comunque, prossime ad essa (come il tetto di casa, sovrastante la stanza in cui si trova la stazione). Sono queste a determinare, oltre al R.O.S. (sintomo del disadattamento dell’antenna), le numerose e consistenti (in termini di quantità di RF che rientra verso l’antenna e la linea di alimentazione coassiale) riflessioni che rendevano impossibile la trasmissione in 40 metri prima dell’impiego degli RF chokes in ferrite lungo la linea di alimentazione coassiale. Pertanto, il rendimento di Enzo è da leggere anche in funzione di ciò che, esternamente alla stazione (dal punto di vista del suo funzionamento radioelettrico), si trova tanto vicino ad essa da influenzarne il comportamento. In laboratorio, Enzo è stato collegato al suddetto carico fittizio (200 Ω / 5 W) ed e stato alimentato con la stessa linea coassiale (inclusi gli RF chokes) utilizzata per ricetrasmettere con Agata: le prove di trasmissione su carico hanno confermato la perfetta efficienza di questa autocostruzione su tutte le bande OM in HF (in particolare, per ciò che riguarda la modalità con cui è stato realizzato il balun – sulla bontà del suo schema elettrico, non v’erano dubbi).