Unun 1:9

Motivation

Angeregt durch die Notwendigkeit an der Amateurfunk-Station DK1NO einige Ununs an den Beverage-Antennen zu ersetzen wurden einige Aufbauten getätigt und Untersuchungen daran vorgenommen.

Der Artikel geht nicht auf die Problematik der Mantelwellen auf dem Speisekabel einer Beverage-Antenne ein. Möglicherweise ist ein BalUn zur Speisung besser geeignet.

Der Artikel befasst sich mit einem UnUn für eine Transformation reeller Impedanzen, wie diese bei einer aperiodischen Antenne (Beverage) vorkommen. Ob so ein UnUn für eine endgespeiste resonante Antenne geeignet ist, bleibt offen!

UnUn UnUn
Bild 1: Ruthroff 1:9 Unun mit 10 trifilaren Windungen auf einem Amidon Ringkern (FT114-61) mit 450 Ω Widerstand zur Messung Bild 2: Ruthroff 1:9 Unun mit 16 trifilaren Windungen auf einem Amidon Ringkern (FT114-61) mit 450 Ω Widerstand zur Messung

Aufgebaut wurde ein 1:9 Unun nach Schema Ruthroff. Mit diesem Leitungstransformator ist eine Anpassung von 50 Ω an 450 Ω mit einem konstanten Transformationsverhältnis von 1:9 über einen Frequenzbereich von 1,5 MHz bis 30 MHz zu realisieren. Die Gestaltung einer 150 Ω Leitung auf dem Ringkern und die ausreichende Induktivität bei gleichzeitig kurzer Leitungslänge bestimmen die Grenzen des Einsatzbereiches.

Theorie

Um einen optimalen Frequenzverlauf zu erreichen, sollte der Wellenwiderstand der Leitungen auf dem Ringkern im geometrischen Mittel zwischen Eingangs- und Ausgangimpedanz liegen.

Zlopt = √(Z1*Z2) = √(50*450) = 150 Ω

Leitung Wellenwiderstand einer Zweidrahtleitung mit Dielektrikum

ZL = 120 Ω / √εr * Ln⟨ s/d + √( [s/d]² - 1 ) ⟩
Geometrie der symmetrischen Zweidrahtleitung  

Weiterhin muss der induktive Längswiderstand der aufgewickelten Leitung groß im Vergleich zum Wellenwiderstand auch bei der untersten Nutzfrequenz sein.

Die Induktivität berechnet sich wie folgt:

L = w² * Al     ;der Al-Wert wird vom Ringkernhersteller angegeben.

Daraus ergibt sich die induktive Reaktanz:

Xl = 2 * π * f * L

Aufbau und Messungen

Schema Ruthroff Bewicklung des Kerns
Schema des Ruthroff 1:9 Ununs Trifilare Bewicklung des Ferritkerns
 WindungensdεrZlXl bei 1,8 MHzXl bei 3,6 MHz
Nr. 1101,2 mm0,65 mm474 Ω90 Ω180 Ω
Nr. 2160,55 mm0,5 mm153 Ω230 Ω460 Ω

Tabelle 1: Geometrische Abmessungen und Werte

Frequenz1: 450 Ω
transformiert auf
1: Dämpfung2: 450 Ω
transformiert auf
2: Dämpfung
1,8 MHz42 + j60,1 dB49 + j1<0,1 dB
3,5 MHz47 + j1<0,1 dB50 + j0<0,1 dB
7 MHz47 + j0<0,1 dB49 + j0<0,1 dB
10 MHz47 + j0<0,1 dB46 + j0<0,1 dB
14 MHz MHz46 + j00,1 dB43 + j00,1 dB
21 MHz MHz43 + j00,2 dB36 + j00,2 dB
29 MHz39 + j00,3 dB29 + j00,3 dB

Tabelle 2: Ergebnis einer einfachen Messung mit einem MFJ-269

Messung S11
Bild 3+4: Messung (S11) mit einem Rohde & Schwarz Netzwerkanalysator ZVRE

S11
Bild 5: Messergebnis (S11) Unun nach Bild 1
S11
Bild 6: Messergebnis (S11) Unun nach Bild 2

S21 back-to-back
Bild 7+8: Messung (S21 "back-to-back") mit einem Rohde & Schwarz Netzwerkanalysator ZVRE

Bild 9: Kalibrierung (S21)

S11 back-to-back mit dummyload
Bild 10+11: Messung (S11 "back-to-back" mit Dummyload) mit einem Rohde & Schwarz Netzwerkanalysator ZVRE

S21
Bild 12: Messergebnis (S21 "back-to-back") mit einem Rohde & Schwarz Netzwerkanalysator ZVRE
Die Dämpfungen sind für einen Unun allein zu halbieren.
 
S11 back-to-back
Bild 13: Messergebnis (S11 "back-to-back" mit Dummyload) mit einem Rohde & Schwarz Netzwerkanalysator ZVRE
Die gezeigte Abweichung der Transformation ist doppelt so ausgeprägt wie mit einem Unun allein

Fazit

Der Unun nach Bild 1 ist in einem Frequenzbereich von 3,5 MHz bis 21 MHz sehr gut und ist bis zu einer Dauerleistung von 100 Watt bei Anpassung einsetzbar.
Der Unun nach Bild 2 ist für einen etwas tieferen Frequenzbereich von 1,8 MHz bis 14 MHz sehr geeignet und ist ebenfalls bis zu einer Dauerleistung von 100 Watt einsetzbar.
Die Dämpfung des Unun nach Bild 2 ist im eingesetzten Frequenzbereich (1,8 MHz - 7 MHz) kleiner als 0,1 dB.
In beiden Fällen konnte der optimale Wellenwiderstand der Leitung nicht erreicht werden, so dass die möglichen optimalen Eigenschaften im oberen Frequenzbereich nicht ganz erreicht wurden.

Auch ist das Ferritmaterial für den unteren Frequenzbereich nicht optimal. Besser wäre ein FT114-43 da die erzielbare Induktivität bei kürzeren Leitungslängen (=Windungen) bewerkstelligt werden könnte.

Für den oberen Frequenzbereich empfiehlt es sich aber sowieso einen Leitungstransformator nach dem Schema Guanella einzusetzen. Da aber die Beverage-Antennen sowieso nur von 1,8 MHz bis 7 MHz eingesetzt werden, stellt dies keine Einschränkung dar.

Einen anderen BALUN-Transformator beschreibe ich hier.

Literatur zu diesen Themen:

Tipp zur Messtechnik


Vektor-Netzwerk-Analysator (nach DG8SAQ).

Ausgezeichnete Messteschnische Untersuchungen sind heute für jeden Funkamateur möglich. Es muss kein Netzwerkanalysator von Rohde&Schwarz sein. Auf meiner Seite über den VNWA von DG8SAQ gibt's weitere Informationen.

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