Amatör Radyo – Ortak mod bobinler
Aşağıdaki çizelge, 1 MHz ila 30 MHz frekans aralığında çeşitli ortak mod boğucu uygulamalarında yapılan empedans ölçümlerinin sonuçlarını göstermektedir. Amatör frekans tahsisleri, yaklaşık olarak dikey gri bantlarla gösterilir.
Çubukların renkleri CM (ortak mod) empedansının büyüklüğünü gösterir; ancak, boğulma tarzına ve çekirdek için kullanılan ferrit malzemenin türüne bağlı olarak, bu empedans çoğunlukla Dirençli, çoğunlukla Reaktif veya ikisinin arasında bir yerde olabilir. Renkli çubukların altındaki siyah çubuklar, boğulma empedansının ağırlıklı olarak Dirençli olduğu, yani Rs> | Xs | olan frekansların aralığını gösterir. Hava çekirdekli bobinler için siyah çubuklar gösterilmez çünkü empedansları rezonans çevresindeki çok küçük bir frekans bandından ayrı olarak neredeyse tamamen Reaktiftir.
Reaktif bobinlerin dezavantajı, aynı zamanda reaktif olan ancak zıt işarete sahip bir CM empedans yolu ile “rezonansa girebilme” – bazı durumlarda aslında CM akım akışını boğmak yerine artırma; ayrıntılı bir açıklama için bu sayfanın altındaki bölüme bakın . Dirençli bobinler, CM akımını çok düşük bir değere düşürmek için yetersiz empedansa sahip olmaları durumunda önemli bir çekirdek ısınması olabileceği gibi bir dezavantaja sahiptir.
İlgili frekans aralığı üzerinde yüksek empedanslı ve Dirençli bir jikle seçmeyi hedefleyin. Yüksek güçlü uygulamalar için RG400 koaksisi, jikle empedanslarında çok az değişiklik yapılarak RG58 yerine kullanılabilir.
Reaktif tıkanmalar neden istenmez?
Ortalama zeminin 30 ft üzerine dikilmiş 20 metrelik yarım dalga dipol örneğini ele alalım. Dipolden dikey olarak düşen ve örgüsü “kulübe ucunda” orta derecede etkili 20Ω zemine topraklanmış RG213 koaksiyel ile beslenir. Koaksın merkez iletkeni sol taraftaki dipol bacağına ve örgü sağ tarafa bağlanır
Besleme noktasında, örgünün iç yüzeyi boyunca akan akım bölünecektir – iki yolun bağıl empedansına bağlı olarak, bazıları sağ taraftaki dipol bacağına ve bazıları da örgünün dış yüzeyinden aşağıya akacaktır. Koaks örgü yolumuzun empedansı oldukça yüksektir – yaklaşık 28-j200Ω; -j200 kapasitif reaktans, koaksın elektriksel yarı-dalga boyundan kısa olması nedeniyle ortaya çıkar. EZNEC, besleme noktasında enjekte edilen toplam 1A’nın yaklaşık 0.17A’nın sağda gösterildiği gibi Ortak Mod örgü yolunu izleyeceğini tahmin ediyor
Ama şimdi besleme noktasına reaktif bir CM bobini takarsak ve bunun endüktif reaktansı + j200Ω olursa, örgü yolunun kapasitif reaktansını iptal edeceğiz ve sadece 28Ω’lik oldukça düşük empedanslı bir CM yolu oluşturacağız; örgü akımı daha sonra 0.64A’ya yükselecektir – bu, besleme noktasında akan akımın çoğunluğudur!
Bu örnekte, + j200Ω endüktif reaktansı açık bir şekilde “en kötü durumdur” ve eğer boğulma tam olarak bu empedans olsaydı şanssız olurdunuz; ancak 0 ile + j400 arasındaki herhangi bir boğulma reaktansının CM yol empedansını azaltacağını ve dolayısıyla örgü akımını bir dereceye kadar artıracağını unutmayın.
Bununla birlikte, besleme noktasına 200Ω Endüktif şok yerine 200Ω Dirençli bir şok takarsak, üçüncü diyagramda gösterildiği gibi bir iyileştirme gerçekleştiririz.
Koaksın uzunluğunu değiştirdikçe, örgü yolu empedansı değişir. Koaks, çeyrek dalga uzunluğuna yakın olduğunda, CM yolu yüksek empedanslıdır ve boğulma dahil etsek de etmesek de örgü boyunca nispeten az akım akar; yarı dalga boyuna yakın olduğunda, bir boğulma dahil etmezsek önemli miktarda akım akar. Ancak “şanssız” reaktif bir boğulma empedansının işleri daha da kötüleştiremeyeceği bir koaksiyel uzunluk yoktur!
Durum, çok bantlı bir antenle daha karmaşık hale gelir – aslında, bantlardan en az birinde durumu daha da kötüleştiren bir Reaktif boğulma potansiyeli artar.
Bununla birlikte, CM yol empedansının reaktif bileşeni +/- 1000 Ω’yi aştığında, büyük bir direnç bileşeninin olma olasılığının da bulunduğunu belirtmek gerekir; bu, reaktanslarının birkaç kΩ olması koşuluyla, reaktif boğulmaların yararlı boğulma empedansına katkıda bulunabileceği anlamına gelir.
Aşağıdaki tablo, bu modelde 20ft’den 70ft’ye kadar bir dizi koaksiyel uzunluk için boğulma olmadan ve en kötü durum endüktif bobine sahip örgü akımını göstermektedir; aynı zamanda, 30dB örgü akımını dipol akım seviyesinin altında tutmak için Dirençli bir bobinde gereken empedansı gösterir.
Şunları not ediyoruz:
- Tüm koaks uzunlukları için bir Reaktif jikle, birkaç kΩ reaktansı göstermediği sürece CM akımını bazen çok önemli bir faktörle artırma potansiyeline sahiptir.
- Koaks uzunluğuna bağlı olarak, örgü akımını azaltmak için farklı jikle direnci değerleri gereklidir.
Yüksek değerli bir Dirençli boğucunun tüm senaryolar için güvenli seçenek olduğu sonucuna vardık. Ayrıca, gerekli boğma empedansını diferansiyel mod yük empedansının bazı katlarına eşitleyen Başparmak Kurallarının sağlam olmadığı sonucuna varıyoruz.
Şok empedans ölçümü
Şok empedans ölçümü konusundaki erken girişimlerim, şok doğrudan ölçüm portundan toprağa bağlı bir Vektör Empedans Analizörü (AIM4170) kullandı. Ancak bu ideal değildir: çok yüksek şok empedansları, analizörün doğru olmasının beklenebileceği aralığın dışındadır ve ölçüm düzleminde dikkatli kalibrasyona rağmen, analizör her zaman birkaç pF paralel kapasitans eşdeğerini ekledi; bu, Tip 61 malzemeye sarılmış veya hava çekirdekli olanlar gibi yüksek Q bobinlerinin kendi kendine rezonans frekansını önemli ölçüde değiştirir.
Bir sinyal kaynağı ile bir yük arasına yerleştirildiğinde şokun neden olduğu zayıflama ölçülerek daha doğru sonuçların elde edilebileceği ortaya çıktı. Örneğin, jikleyi bir sinyal oluşturucu ile bir RF voltmetre arasına seri olarak yerleştirebilirsiniz; daha sonra, jeneratör çıkışını ve RF voltmetre okumasını bilerek, jikle empedansı hakkında bir şey çıkarabilirdiniz. Bununla birlikte, bu basit skaler ölçüm, şokun karmaşık empedansı (direnci ve reaktansı) hakkında size hiçbir şey söylemeyecektir ; bu, daha önce gördüğümüz gibi, ne kadar iyi performans göstereceğini tam olarak anlamak için hayati önem taşımaktadır.
Neyse ki, 2 portlu bir Vektör Ağ Analizörü, jikle tarafından ortaya çıkan zayıflamanın hem büyüklüğünü hem de fazını ölçebilir ve bu, şokun karmaşık empedansını tam olarak belirlememizi sağlar. Sağda gösterilen düzenlemede bir VNA2180 kullanıyorum. Jig tipik olarak 0.2pF veya daha az paralel kapasitans eşdeğerini ekler.
VNA’nın portları, küçük bir PCB malzemesi parçası üzerine monte edilmiş iki BNC erkek konektör içeren bir test aparatına bağlanır; BNC merkez pimlerine lehimlenen “timsah klipsleri”, jiklenin sırayla bağlanmasına izin verir.
VNA önce iki klips kısa devre yapılarak kalibre edilir. Daha sonra jikle klipsler arasına bağlanır ve gerekli frekanslar arasında bir VNA ölçüm taraması yapılır. Ortaya çıkan S21 Genlik ve Faz verileri daha sonra boğulmanın karmaşık empedansını hesaplamak için bir elektronik tabloya aktarılır .