<< |
Smoorspoelen en isolatie transformatoren voor
ontvang antennes. |
Dit is een uittreksel. Het volledige artikel, met
daarin ook :
- Equivalente serie- en paralel cicuits,
- Het common mode circuit begrijpen,
- Appendix met twee S11 metingen (grafieken),
- De originele Engelse tekst met grafieken van gemeten impedanties van twee representatieve smoorspoelen
vind u op :
http://k9yc.com/RXChokesTransformers.pdf
Waarom smoorspoelen en isolatie transformatoren
in ontvang antenne circuits.
- Een coax voedinglijn moet bij de zender worden geaard voor bliksem
beveiliging, waardoor de coax afscherming gaat fungeren als een met aarde verbonden
"long wire" antenne. Het is een ontvang antenne voor omgeving ruis, en
kan zelfs een parasitair element voor een andere antenne in de buurt worden.
Als de voedinglijn een 2-draads open lijn is, verschijnt de stoorstroom als een verschil stroom tussen de twee geleiders. Dit noemen we een "Common mode stroom". Bij afwezigheid een Common Mode stroom, lopen er alleen twee stromen van gelijke sterkte, in tegengestelde richting. Deze noemen we de "Differentiaal-mode stroom".
In het inwendige van een coax kabel is de "Differentiaal-mode stroom" de signaal voerende stroom, die van antenna naar ontvanger, of van zender naar antenne loopt. De "Common mode" stoorstroom loopt dan aan de buitenzijde van de afscherming.
Een "Common mode stroom" kan de
volgende koppelingen tot stand brengen :
- Tussen twee circuits aan het begin en het einde van de coax
- Direct vanaf de buitenzijde van de coax naar de binnenzijde van de coax,
door een mechanisme, vaak gespecificeerd als de "Transfer impedance"
van de kabel.
De "transfer impedance" is de
verhouding tussen :
- de in de kabel intern geïnduceerde differentiaal spanning (Ed), (als gevolg van de common mode stroom)
en de
- "Common mode stroom" (Ic) op de buitenzijde van de
afscherming.
De eenheid is "Ohm", (Z=Ed/Ic). Hoe lagere waarde hoe beter.
De
weerstand waarde van de afscherming, op de frequentie waarin we geïnteresseerd zijn,
vormt de ondergrens.
Iedere aan de buitenzijde van de afscherming lopende (stoor) stroom zal, naar de binnenzijde van een coax, een gelijkaardig (stoor) signaal tussen de afscherming en centrale geleider koppelen. Als die stroom "storing" is, zal het de signaal/ruis verhouding nadelig beïnvloeden, en kan het richt diagram van de antenne worden beïnvloed.
Voor ontvangst wordt vaak CATV coax gebruikt. Het is goedkoop, de buiten isolatie repareert zichzelf bij beschadiging, en insecten eten er niet graag van.
De constructie van de afscherming ervan is echter slecht voor de lagere amateur banden. De afscherming en zijn omvlechting bestaan uit aluminium, waardoor de afscherming een grotere weerstand heeft, en de coax gevoeliger is voor koppeling via zijn "transfer impedance".
Het belangrijke argument is hier, dat "Common
mode stromen" op transmissielijnen een slechte zaak zijn, en vermeden
moeten worden.
Hier zijn twee voor ons bruikbare maatregelen tegen :
1. Common mode smoorspoelen
2. Capaiteit-arme transformatoren.
Deze smoorspoelen en transformatoren moeten in een niet-geleidende (druipwater dichte) behuizing ondergebracht worden.
Een metalen behuizing laat common mode stromen
door, want die verbindt de massa delen van de coax
connectoren met elkaar door.
Smoorspoelen.
Tabel 1. Common mode smoorspoel impedantie [kOhm] @ frequentie band
|
Effectieve common mode smoorspoelen bestaan uit een (groot) aantal windingen door een
verliesgevende ferriet ring kern, zodat een RLC circuit met lage Q
(0,5 tot 1) gevormd wordt, met een breedbandige resonantie in de buurt van de werk
frequentie.
In een breed gebied rond deze resonantie frequentie fungeert de smoorspoel dan als een
grote serie weerstand voor common mode stromen, en vormt er een effectieve blokkade voor.
[pa0nhc : er wordt dan door de kern zelf nagenoeg geen energie
geabsorbeerd].
Dit is te bereiken door :
- kern materiaal te kiezen met grote verliezen voor het gewenste
frequentie gebied
- met de juiste afmetingen
- en het aantal windingen zodanig te kiezen, dat de resonantie in het
midden van het gewenste frequentie gebied optreedt .
Het differentiaal circuit (aan de binnenzijde van
de coax) ziet alleen de extra
lengte coax, die nodig is voor het wikkelen van de spoel.
Het differentiaal circuit ziet de door de choke aan de buitenzijde van de coax
afscherming geïnduceerde "weerstand" niet.
- De gebruikte kerntjes hebben 25.4 mm buiten diameter, en zijn ca. 8mm dik.
- De smoorspoelen werden gewikkeld met één getwist aderpaar, verkregen
uit goede kwaliteit CAT6 kabel.
- Een getwist paar aders uit CAT5/6 kabel heeft een impedantie van 100
ohm. Bij gebruik van 75 ohm coax zijn de verliezen, door de korte draad lengte
op een smoorspoel, onmeetbaar gering.
- De weerstand waardes van aanbevolen smoorspoelen zijn vet
gedrukt.
- Rood gedrukt zijn optimale
smoorspoelen.
- Meerdere smoorspoelen in serie kunnen de totale weerstand, of de
bandbreedte vergroten.
- Omdat smoorspoelen elektrisch gezien zeer kort zijn, zijn hun verliezen
onmeetbaar klein (< 0.01 dB).
Een smoorspoel met 18 tot 21 windingen op twee
#75A kernen,
in serie met een smoorspoel van 27 windingen op een #43
kern,
geeft een excellent smoorpoel duo voor 480 kHz tot 10 MHz.
Transformatoren.
Indien zorgvuldig
gewikkeld, met minimale capaciteit tussen windingen, zijn de eigenschappen :
- een goede transformator voegt slechts een zeer kleine koppel capaciteit (= zeer
hoge impedantie) toe in serie met het common mode circuit.
- de transformator geeft dan een andere manier om common mode signalen te
blokkeren.
Bifilair wikkelen ?
Vermogen transformatoren (in zender circuits) zijn vaak bifilair gewikkeld.
Met twee draden zo dicht mogelijk bij elkaar, om de koppeling zo sterk mogelijk,
en de verliezen zo klein mogelijk te maken. Te veel koppel capaciteit tussen primaire en
secundaire wikkeling veroorzaakt echter een pad voor common mode stromen. Dit is
een reden dat bifilair gewikkelde windingen in transformatoren voor ontvangst
moeten vermeden worden.
Als een andere wikkel verhouding dan 1 : 1 wordt
gebruikt, zal de wikkeling met de meeste windingen op de laagste frequentie
resoneren.
Tabel2. Transformator verliezen in dB.
|
De eigen resonantie frequentie van deze wikkeling moet dan boven het gebruikte frequentie gebied liggen.
Voor transformatoren wordt 18-20 AWG, geïsoleerd stijf koper draad aanbevolen. Dit wikkelt het makkelijkst.
Waar plaatsen ?
Er moet altijd een smoorspoel of een transformator bij de antenne
worden gemonteerd.
Één of meer extra smoorspoelen op diverse plaatsen langs de transmissielijn,
moeten de transmissielijn voor common mode stromen in niet-resonante delen
verdelen. Dit
is vergelijkbaar met ei-isolatoren in metalen tui draden.
Smoorpoel of transformator ?
De verliezen in de smoorspoelen van tabel1 zijn te gering om te kunnen
meten.
Smoorspoelen laten gelijkspanning door. Transformatoren niet.
Smoorspoelen bestrijken in het algemeen één of twee frequentie banden.
Meerdere smoorspoelen met verschillend aantal windingen in serie bestrijken meerdere frequentie banden.
Een goede transformator kan vaak het hele frequentiegebied van ontvang antennes
bestrijken, maar vertoont meer verliezen dan smoorspoelen.
Waar beide goed werken :
- High outputantennes (Baveridge, grote ramen).
Wanneer geen transformator gebruiken.
- Low output antennes (kleine loops)
- Als de coax ook DC voeding spanning voor relais of voorversterker
vervoerd.
Verliezen in transformatoren.
Tabel2 toont verliezen in diverse ontvang antenne transformatoren.
Kies hieruit de ringkern en aantal windingen voor uw toepassing.
Materialen bestellen.
K9YC ondervond dat ARROW electronics de beste prijzen had voor kleine
hoeveelheden
Fair-Rite onderdelen. Verzenden is gratis voor orders boven $20. Deze kleinere ferriet ringen zijn goedkoop, $1 tot $1.25. Bestel voldoende aantallen om de $20 te halen voor gratis verzending.
Nederlandse leveranciers :
Ik heb als particuliere klant goede ervaringen met MOUSER
(Eindhoven) en
SINUSS (Emmen).
Gratis verzending boven 50 Euro en aanzienlijke kortingen bij grotere
aantallen.
Zakelijke klanten kunnen in Nederland ook terecht bij MOUSER en FARNELL.