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Der DF1BT-Spannungsbalun 1:1 für 50Ω von Ludger Schlotmann Dinklage

In den letzten beiden Jahren hatte ich bei der Erstellung meiner Dokumentation über Mantelwellen das Internet mehrmals in Bezug auf Baluns durchforstet. Dort bin ich auf viele interessante und lehrreiche Beiträge gestoßen. Für meine Begriffe besonders zu erwähnen sind hier die Arbeiten von DGØSA, DK4AS u. DJ1ZB, stellvertretend für viele andere OM’s die sich mit Baluns beschäftigen.

Bild 1

Der DF1BT-Spannungsbalun 1:1 50Ω 8 Wdg. für 1,8–10MHz / 5 Wdg. für 3,5–28MHz

E=Eingang unsym. A=Ausgang sym.

Rot+Blau L-Litze 2x0,75qmm ≈100Ω Die beiden Leitungen werden am Eingang

und am Ausgang parallel geschaltet. Die Kompensationswicklung nach Turin.

Bild 2

Kern: DARC RK1 oder Würth Nr. 74270097 Abmessungen 61x35x13 AL≈750

Der Amidon Kern FT240-43 dürfte ebenfalls nutzbar sein.

Bild 3 (nach Turin)

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Während beim Nachbau und Eigenversuche von Strombaluns nach Guanella kaum Schwierigkeiten aufkamen, sah die Sache bei den Spannungsbaluns 1:1 nicht ganz so günstig aus.

Überwiegend werden hier verdrillte Kupferlackdrähte benutzt um an die 50Ω Wellenwiderstand für den Leitungsübertrager zu kommen. Aber wie DGØSA schon in einem Bericht anmerkt, wird der Lack dadurch sehr beansprucht und die Spannungsfestigkeit leidet.

DGØSA benutzt für seine Wickeltechnik 100Ω Leitungen für die Strombaluns 1:1 die dann parallel geschaltet werden. Ebenfalls für die Spannungsbaluns 1:4. Die Resultate dieser Wickeltechnik führen fast immer zum Erfolg, wenn der Kern stimmt. Er benutzt die leichte Feldleitung der früheren NVA. Diese konnte ich leider nicht auftreiben. So begab ich mich auf der Suche nach schmaler Lautsprecherleitung von 2x0,75qmm. In einem Baumarkt entdeckte ich eine Sorte die nur 4,2mm breit war. Später fand ich in einem anderen Hagebau-Markt der Region sogar versilberte Lautsprecherlitze 2x0,75qmm mit nur 4mm Breite von der Fa. EDISUN. Da wir hier im 50Ω Bereich sind, dürfte PVC Litze auch bei 300W moderner Transceiver noch ausreichend sein. Für höhere Leistungen den Kern stapeln und Teflonlitze verwenden.

Was bei einem Strombalun für ein gutes SWR sorgt, konnte auch für einen Spannungsbalun nicht schlecht sein. Meine Überlegungen gingen nun dahin, den Kern mit zwei 100 Ω Leitungen, plus Kompensation zu bewickeln.

Wickelschema: Es werden 3 Stücke Lautsprecherleitung je ca. 60cm (85cm) abgeschnitten. Ein paariges Kabel wird aufgetrennt in zwei Einzelader. Je Leitung 8 Wdg. 1,8–10MHz bzw. 5 Wdg. 3,5–28MHz auf einen RK1-Kern wickeln. Verdrahtung siehe Bild 2 u. 3. (ursprüngliche Verdrahtung nach Turin)

Bei der anschließenden SWR Messung mit DAIWA CN620A zeigte sich, das sich der Kreuzzeiger des Rücklaufinstrumentes bei den Eckpunkten 1,8 MHz und 30 MHz gerade sichtbar bewegte.

Ein Nachbau dürfte also jeden zu 100% gelingen. Wie sagt man so schön Idio….sicher.

Diese Wickeltechnik (nach DGØSA) für einen Spannungsbalun 1:1 ist mir bis jetzt im Internet nirgendwo begegnet. Das soll aber nicht heißen, dass es nicht schon jemand versucht hat. Meldung bitte an DF1BT@darc.de

So gut Spannungsbaluns symmetriesche Spannungen abgeben, so empfindlich sind sie naturgemäß auf unsymmetrische Belastungen wie sie nun mal auf vielen Dipolen, die nicht gerade auf der grünen Wiese stehen, vorhanden sind. Hier bietet sich nun die Reihenschaltung mit einem Strombalun nach DGØSA an. (Siehe Bild 4 u. 5)

Die beiden Baluns dürfen aber keinesfalls kapazitiv auf einander koppeln, dh. sie dürfen nicht aufeinander gelegt werden. Besser ist untereinander oder auf einander mit Abstand. Siehe Bild 12

Allen 1:1 Strombaluns nach Guanella oder Gert, so gut sie HF mäßig auch sein mögen, haftet ein gravierender Nachteil an. So sind beide Dipolschenkel nicht niederohmig galvanisch mit Masse verbunden um statische Aufladungen zu verhindern. Sei es nun im 50Ω Zweig direkt an der Antenne oder in Reihe mit einem symmetrischen Anpassgerät. Das Wenigste sind ein paar hochohmige parallele Widerstände (z.B. 3 x 100 KΩ 2W) zum Ableiten statischer Aufladungen. SWR-Messung mit 8 Windungen 1,8MHZ = 1:1,05 mit X=0 und 10MHz = 1:1,15 mit X=0 SWR-Messung mit 5 Windungen 3,5MHZ = 1:1 mit X=0 und 28MHz = 1:1,2 mit X=8 Auf den höheren Bändern macht sich die nicht ganz passende Leitungsimpedanz bemerkbar. Möchte man einen Spannungsbalun nur für die höheren Bänder erstellen, empfehle ich das Material 61 oder 4C65 bzw. K. Auf keinen Fall das Material 43 oder sogar 77 verwenden.

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Bild 4

Strombalun 1:1nach DG0SA 50Ω

Kern: Epcos R58 Nr.B64290-K40-X830 AL=5400 Material N30 Sperrt sehr gut, auch bei tiefen Frequenzen.

Dieser Kern war zufällig vorhanden. Besser bei hohen Frequenzen ist der RK1, Würth Kern oder FT240-43/61.

SWR 1,8 MHz bis 30 MHz unter 1:1,1

Bild 5 Verdrahtungsschema Ein Spannungsbalun in Kombination mit einem Strombalun verhindert dies. Wer schon einmal eine hoch statisch aufgeladene Antenne berührt hat, weiß dies zu schätzen. Funkenbildung von mehreren cm Abstand sind keine Seltenheit. Im Abstimmkondensator knistert es dann. Jede empfindliche Elektronik dankt es auch.

DGØSA schrieb mal, ein Spannungsbalun 1:1 sei so überflüssig wie ein Heizer auf einer Elektrolok. Vielleicht hat der Spannungsbalun 1:1 in Kombination mit einem Strombalun doch seine Berechtigung. G4OEP bestätigte dies in einer Dokumentation. Hier zwar 1:4, aber das Prinzip bleibt. Auch DJ1ZB beschreibt das Prinzip als Hybridbalun. Siehe: http://g4oep.atspace.com/balun/balun.htm (Siehe Bild 6 u. 7)

Überall wo reelle Impedanzen herrschen lässt sich ein Spannungsbalun sehr verlustarm einsetzen. Müssen hohe Reaktanzen mit übertragen werden, würde ich mit dem Einsatz eines Spannungsbaluns vorsichtig sein. An so einer Stelle ist ein reiner Strombalun (z.B. aufgewickeltes Koaxkabel) einfacher zu handhaben.

Bild 6

Bild 7 Quelle: G4OEP

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Der Spannungsbalun bietet dem Strombalun schon eine symmetrische Spannung an, wodurch der Strombalun noch effektiver arbeitet. Gleichzeitig ist alles niederohmig galvanisch mit Masse verbunden. Dadurch kann unter bestimmten Umständen (z.B. bei statisch geladenem Regen) eine Antennenanlage ruhiger sein. Eigene Erfahrungen mit einem Remote-Balun hinter einem asymmetrischen LC-Anpassgerät bestätigen dies. Hier war die Symmetrie der Hühnerleiter mit einem Hybrid-Trafo, 1:4+1:1, (siehe Hajo DJ1ZB) stets besser, als mit Strom- oder Spannungsbalun alleine. Siehe: http://www.baeckerei-heitmann.de/DF1BT/twinline_hybrid_trafo.pdf Als eine mögliche alternative Maßnahme, um statische Aufladungen beim Strombalun zu vermeiden, ist das Einfügen eines Widerstandes von ≈ 10 KΩ parallel zum Ausgang. (Antennenseitig) Ob das aber in allen Fällen ausreicht?

Bild 8

So könnte ein Zusammenschalten aussehen. Diese Balunkombination ist sehr breitbandig. SWR 1,8 MHz bis 30 MHz unter 1:1,1

Die Vorteile beider Einzel-Baluns bleiben ohne Kompromisse voll erhalten. Leistung > 300W. Bei höherer Leistung Teflonlitze verwenden. Was für den Eigenbau auch wichtig ist, absolut Nachbausicher.

In dieser Kombination dürfte ein käufliches Muster (noch) nicht zu erwerben sein.

Es ist deshalb Eigenbau angesagt.

Ich würde jedem OM empfehlen seinen Antennenbalun 1:1, sei es nun ein Spannungsbalun oder ein Strombalun, gegen diese Kombination mit 2xRK1 auszuwechseln.

Auch wenn der “schöne kommerzielle Balun“ noch so teuer war.

Der Zeitaufwand des Eigenbaues lohnt sich.

Noch ein wichtiger Hinweis !!

Die Koaxzuleitung sollte für die genutzten Bänder keine “gefährliche“ äußere Länge von haben.

(Länge ohne Verkürzungsfaktor)

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Tabelle von DL7AHW benutzen.

http://www.mydarc.de/dl7ahw/Antennenlaenge.html

Bild 9 Balun mit Koppelwicklung

Dies ist keine Mantelwellensperre mehr.

Bild 10

Mantelwellensperre 1:1 50 Ω nach W1JR

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Bild 11

Eine alternative Wickeltechnik für einen Spannungsbalun dürfte das Bewickeln eines Ferritkernes mit Koaxkabel sein. (Bildmäßig nach W1JR) Zur Erhöhung der Breitbandigkeit wurde hier eine zusätzliche Wicklung mit aufgebracht. (Bild 11) Mit einer Mantelwellensperre hat dieser Übertrager aber nichts mehr gemeinsam, höchstens das äußere Erscheinungsbild. Mantelwellen fließen ungehindert durch diesen Übertrager hindurch. (keine Sperrwirkung) In Anlehnung an den Spannungsbalun ist hier aber wieder alles galvanisch verbunden. Keine statischen Aufladungen möglich. In Kombination mit einer richtigen Mantelwellensperre nach W1JR (siehe Bild 10) werden wieder beide Bedingungen erfüllt. Mantelwellensperre plus Schutz vor statischer Aufladung.

Bild 12 Testaufbau von DF1BT

rechts Spannungsbalun 1:1 (nach Turin) mit links Strombalun 1:1 (nach Reisert) in Serie

Spannungsbalun: 5+1+5 Windungen Teflonkoax RG 316 Kompensation: PVC-Litze 1x0,75qmm

Der Ausgang des Spannungsbalun wurde mit 50pF kompensiert.

Strombalun: 7+1+7 Windungen Teflonkoax RG 316

beide Kerne DARC RK3 oder Würth Nr. 7427015 Abmessungen 40,6 x 27,4 x 15mm Material 4W620 AL ≈ 730

Ebenso dürfte der Kern FT140-43 brauchbar sein.

SWR bei 1,8 MHz = 1:1,15, bei 14 MHz = 1:1,2, bei 29 MHz = 1:1,5 an einer Dummyload 50Ω

Übertragungsleistung der Balune: > 100W HF

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Durch den Längenabgleich des angeschlossenen Dipols, war selbst auf 28 MHz das SWR auf unter 1:1,2 zu bekommen.

Ab 14 MHz bis 1,8 MHz kein Rücklauf mehr.

Fazit: Noch einmal würde ich diese Kombination nicht aufbauen. Lieber gleich das Gehäuse etwas größer nehmen, je einen RK 1/Würth Kern

als DF1BT-Spannungs- und DGØSA-Strombalun wickeln.

Die Kombination aus DF1BT-Spannungsbalun und DGØSA Strombalun ist breitbandiger, mit RK1 höher belastbarer und nachbausicherer.

Dies Arten Kombination von Spannungsbalun und Strombalun eignen sich nicht nur zur direkten Speisung von Antennen, sondern auch sehr gut vor symmetrische Anpassgeräte für “Hühnerleiterspeisung“. Nicht geeignet ist diese Balunkombination vor asymmetrischen Anpassgeräten mit direkter Hühnerleiterspeisung. Vor so einem asymmetrischen Anpassgerät gehört ein Balun nach Kellermann. (sehr hohe Induktivität erforderlich)

Zum Schluss noch einige Bilder, mit verschiedenen herkömmlichen Möglichkeiten, einen 1:1 Spannungsbalun (Leitungsübertrager) zu erstellen.

Bild 13 Test Spannungsbalun 1:1 50Ω (nachTurin) Ferritkern: DARC RK1 oder Würth Nr.74270097 Mit Teflon Installationsband bewickelt. Testweise wurde hier der Ferritkern mit 7 Windungen bewickelt. Leitung besteht aus 3 gut verdrillten CuL Drähten von 1,6mm Ø. Der Übertrager ist sehr breitbandig 1,8 MHz bis 30 MHz SWR bei 30 MHz ≈1:1,3 Spannungsfestigkeit wahrscheinlich geringer

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Bild 14

Spannungsbalun 1:1 50Ω von OZ2CPU nach Ruthroff

lackierter Kern: Philips 4C6 36/28/15 13 Windungen aus 3 x 3x0,65 CuL

So gewickelt soll der Leitungswiderstand zwischen 50 Ω und 60 Ω liegen.

Da die Leitungen hier nicht verdrillt sind, dürfte die Spannungsfestigkeit hoch sein.

Ebenfalls verspricht die verdrillte Einzelader aus CuL-Drähten wegen der größeren

Oberfläche einen guten Wirkungsgrad. Nicht nachgebaut / Keine Messung

Bild 15

Spannungsbalun 1:1 50 Ω Eigenbau DF1BT in Anlehnung an den Balun von DL2JAS

Kern: Amidon T225-2 mit Teflon Installationsband bewickelt 20 Windungen 3 x 1,6mm CuL verdrillt

SWR bei 3,5 MHz ≈ 1:1,1 bei 30 MHz ≈ 1:1,5 Bei verdrillten Kupferdrähten ist die

Spannungsfestigkeit geringer.

Bilder 16 bis 18 Links: Spannungsbalun 1:1 Kern 36mm Material 4C65 Quelle ON9CVD

Unten: SWR bei den Eckpunkten 1,8 MHz ≈ 1:1,25 und bei 30 MHz 1:1,65 Nicht gerade berauschend.

Wickelschema des Spannungsbaluns

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Bild 19 OV Coburg

Bild 20

Dieser Trenn-Balun wurde auf einen Kern T225-2 nachgebaut. Kern FT240-61 ist besser.

Das SWR war dann bei 1,8MHz ~1:1,3 und auf 10,1 MHz ~1:1,5

Draht und Kern blieben bei einem 5Min. Test kalt. Ob die Symmetrie beim Anschluss eines Dipols gut ist, wurde nicht nachgemessen.

Bild 21 DGØSA

Eine zusätzliche Alternative zur Vermeidung von statischen Aufladungen ist eine Anordnung des Dreidraht-Baluns von DGØSA.

Bild 21 zeigt das Schema. Die Zweidrahtleitung wird wie beim Balun nach Gerth als Spule auf einen Ferritringkern gewickelt. Auf einem zweiten Kern gleicher Permeabilität wird eine weitere Spule gleicher Windungszahl gewickelt, der von mir so benannte „dritte Draht“. Die Verringerung der Sperrwirkung gegen Gleichtaktströme durch die Parallelschaltung beider Spulen kann durch eine Erhöhung der Zahl der Windungen ausgeglichen werden. Die im Bild 21 links dargestellte obere Dipolhälfte ist über den blauen Draht mit dem Koaxialkabelschirm verbunden (rechts im Bild dargestellt). Der schwarze Draht verbindet die untere Dipolhälfte ebenfalls mit dem Koaxialkabelschirm.

Nimmt nun die Trennwirkung der Wickel gegen Gleichtaktströme ab, was zu tieferen Frequenzen hin der Fall ist, so werden beide Dipolhälften immer mehr bezüglich der Gleichtaktströme mit dem Koaxialkabelschirm verbunden („gegen Erde gezogen“), die Symmetrie (gegen Erde) bleibt dadurch erhalten.

Siehe CQ-DL 06/2009 Seite 409-411 Teil3

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Anmerkung: Wenn ich schon zwei Kerne benutzen muss, kann ich besser gleich die obige DF1BT Kombination ohne Kompromisse nutzen.

Bild 22

Aus Balun und Ferrite von VE2AZX Sehr gute Dokumentation von DGØSA: Sende– und Empfangstörungen beseitigen. www.wolfgang-wippermann.de/Stoerungen.pdf

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Gehäuseeinbau von DF1BT für die

Balunkombination nach Bild 12

Gehäuseeinbau von DF1BT für die Balunkombination nach Bild 8

Kerne im Abstand auf einander. Wichtig!! Strombalun an die Antenne

Spannungsbalun an den Eingang

DF1BT Ludger Schlotmann DF1BT@darc.de www.mydarc.de/DF1BT