MANTELSTROOM FILTER OF CHOKE BALUN

De geelzwarte draad was als extra aangebracht om met een trifilaire spoel ook met een 1 : 1 balun te kunnen experimenteren.

 MANTELSTROOM FILTER

Diverse mantelstroom filters ("choke baluns").

Normaal gesproken verplaatst een HF stroom zich aan de binnenkant (I1) van de afscherming en aan de buitenkant (I3) van de centrale geleider van een coaxkabel. Door allerlei oorzaken kan de balans van een symmetrisch antenne systeem verstoord worden waardoor er toch stroom (I2) loopt over de buitenmantel. Dat is het gevolg van een natuurwet waarbij de weg van de minste energie (weerstand) gevolgd wordt. Als de route via de buitenmantel korter is dan via de binnenkant, zal een HF stroom dat doen. De coaxkabel werkt als ongewenste antenne en dat kan de oorzaak zijn van storing in uw eigen apparatuur of van de consumenten elektronica in de buurt.

Door een coaxkabel op een vorm (foto's) of ringkern te wikkelen of ferriet pijpjes of ringkernen erover heen te schuiven, gaat de buitenmantel als smoorspoel werken en dwingt een HF stroom om alleen de weg via de binnenzijde te kiezen. I2 wordt verminderd of geheel onderdrukt (I3 = I1). Zo'n smoorspoel noemt men een mantelstroom filter of choke balun.

LENGTE COAXKABEL

Voor het isoleren of ontkoppelen van een 50 Ω impedantie, bij voorbeeld het voedingspunt van een halve golf dipool, is een lengte van ongeveer 3 m coaxkabel gewikkeld op een plastic waterfles voldoende. De choke balun is dan geschikt voor 10 - 80 m en voor 10 - 160 m volstaat een lente van ongeveer 6 m. De diameter van de koker mag ook iets groter zijn.

In feite moet de zelfinductie van de smoorspoel die uit de afscherming bestaat (fig»), ten minste 5 × groter zijn dan de aangesloten impedantie. Men kan dat meten als een geschikt instrument daarvoor aanwezig is. Stel dat het begin van een openlijn naar een G5RV antenne ongeveer 50 Ω is. De balun moet dan een zelfinductie hebben van minstens 5 × 50 Ω = 250 Ω = ± 21.5 µH/1.85 MHz, 10.9 µH/3.650 MHz, 5.6 µH/7.1 MHz etc.

AARDEN OF ONTKOPPELEN

Het effectiefste werkt het filter als de afscherming aan één kant ontkoppeld is door het te aarden of aan een andere metalen massa te verbinden. In de tekeningen ziet u dat het in huis onder andere kan aan de centrale verwarming. Buiten de muur kan het door een lange draad in de tuin te leggen of door een, voor HF goed werkend, systeem met radialen aan te leggen. Boven in een mast ontkoppelt men het filter aan de mast of aan een boom van een Yagi antenne.

KOPPELING

Mantelstroom filters worden gebruikt om asymmetrische en symmetrische antennesystemen aan elkaar te koppelen.

Dat wordt onder andere gedaan om een symmetrisch antenne systeem te voeden met een asymmetrische tuner zoals (fig»), LC-kring, T-netwerk of ander een aanpassysteem bestemd voor 50 ? coaxkabel. Dat gaat goed mits de zelfinductie van de spoel die zo gevormd wordt voldoende hoog is ten aanzien van de aan te passen impedantie. Als dat niet zo is dan ontstaat er toch een behoorlijke onbalans bij het voeden van een 'kippenladder' met een asymmetrische tuner. Op grond van mijn eigen ervaring kan ik een mantelstroom filter in combinatie met een ATU niet altijd aanbevelen! Het een en ander hangt af van de aan te passen impedantie en de plaats van het mantelstroom filter.

Als voorbeeld geldt figuur a: een LC-kring met een mantelstroom filter op een ringkern aan de ingang, een principe van o.a, Palstar AT-4K. In Figuur b is dat anders getekend. Één van de aansluitingen van de voedingslijn zit via een smoorspoel (= afscherming coax) aan aarde, massa of transceiver verbonden. Stel dat het begin van de voedingslijn een impedantie heeft van 600 Ω op 160 m. Om die aansluiting voldoende te isoleren van aarde moet de impedantie van de smoorspoel minstens 5 × 600 Ω = 3000 Ω zijn. Dat is een zelfinductie van ongeveer 260 µH! Probeer eens een hanteerbaar mantelstroom filter te maken van die waarde bij een kleine eigen capaciteit. De forse "smoorspoel" boven aan dit artikel is slechts 24 µH. Een te kleine impedantie verbindt (sluit) één kant (kort) van de openlijn met aarde en verstoort de symmetrie van het systeem in hoge mate. Er is kans dat er HF energie (terugwerking) op kast of chassis komt.

Het probleem is het verkrijgen van een hoge zelfinductie bij een kleine eigen capaciteit. Zolang de voedingslijn of antenne een impedantie hebben van 50 - 100 Ω zijn de meeste gepubliceerde ontwerpen met choke baluns in orde. Maar nog al te vaak wordt vergeten dat door de transformerende werking van een openlijn de impedantie aan het begin ervan een zeer grote waarde kan hebben en groter kan zijn dan de parallel impedantie van het mantelstroom filter.

CHOKE BALUN MET KERN

Veel windingen op een vorm of ringkern geven een behoorlijke zelfinductie maar introduceren ook veel capaciteit. De laatste factor zal in een praktische uitvoering het windingaantal beperken, maar door veel aparte ringkernen te gebruiken kan dat sterk verminderd worden.

Rob PAØDRC heeft mij attent gemaakt op een commerciële mantelstroom balun KB-1000 (fig») met een behoorlijke zelfinductie bij een kleine eigen capaciteit. Volgens de fabrikant:

De zelfinductie van 530 µH is op de 160 m band een impedantie van bijna 6000 Ω en de eigen capaciteit kleiner dan 10 pf is op de 10 m band bij een lagere impedantie geen probleem. Met deze balun in het schema van figuur 1a is het mogelijk dat de tuner met veel antennes bruikbaar is in het gebied van 10 t/m 160.

Het vermogen van 1 kW moet men in het juiste licht zien. Als er veel stroom door zo'n dunne kabel loopt kan de warmteontwikkeling zo groot zijn dat de isolatie smelt. Bij mijn vorige te korte antenne voor 160 m liep er in de voedingslijn een stroom van ongeveer 10 A bij 400 W zendvermogen. Dat is teveel voor een gewone RG58 kabel.

Een KB-1000 kan volgens de foto gemakkelijk zelf gemaakt worden mits men kan beschikken over de juiste (paarse?) ringkernen. Wilt u iets goeds maken gebruik dan een teflon versie van RG58.

ONBALANS

De onbalans waar ik het eerder over had is door PAØDRC ook bij zijn choke-balun vastgesteld. Hij heeft metingen (foto's scoop) gedaan met een Smarttuner SG-237 in combinatie met een Kellerman KB-1000 balun. Voor de zekerheid wordt de meting nog herhaald met een antenne op een andere locatie. Hij heeft de leverancier naar de oorzaak van zijn bevindingen gevraagd en hoe het eventueel verbeterd kan worden.

Balancering KB-1000 "balun" met SG-237 ATU alleen goed op 15/80 m!

Het antwoord van DJ3UW was:

Met een relatief hoge impedantie (> 2kΩ) van een antenne kan het voorkomen dat er ongelijke spanningen of stromen in de voedingslijn ontstaan. Dat komt door de verstorende capaciteit (slechts 2 α 3 pF) tussen de in en uitgang. Helaas heeft elk systeem zijn begrenzingen.

De capaciteit is een serieschakeling in vijf stappen die, omdat de binnenader geheel afgeschermd is, alleen geldt voor de in en uitgang van de buitenmantel. Eventueel kan men de symmetrie verbeteren door ook aan de binnenader tussen in en uitgang een evengrote capaciteit toe te voegen. Dat kan bij voorbeeld met twee gelijke stukjes coaxkabel die aan in en uitgang worden aangesloten. Na het verwijderen van ongeveer 5 cm afscherming worden beide kale stukken tegen elkaar gelegd en zodanig verschoven dat de juiste waarde voor compensatie bereikt wordt. Overigens kan de hoge impedantie van de voedingslijn vermeden worden door een andere lengte te kiezen.

Er zit een kern van waarheid in DJ3UW's verhaal en 2 à 3 pF is op 10 m niet te verwaarlozen. Maar het valt te betwijfelen of zo'n geringe waarde een balanceren op 40 m zo sterk kan verstoren. Het zou mij niets verbazen als de balun een serieresonantie vertoont op de 40 m band en in mindere mate op de 30 m band.

ANDERE NAAM

Fig aFig b

Fig c

Fig dFig e

Mantelsmoorspoelen worden onder allerlei namen, o.a. Line Isolator (Fig b), Force 12 (Fig c), 1.5 kW Gleichtaktfilter TC-599 (fig d), current balun (Fig e) en PRO-BAUN 1 :1 etc. te koop aangeboden.