Forum Krótkofalarskie PKI

SP2BPD pisze:



2/ doskonałe transformatory (link podany przez Tomka prowadzi w tę stronę)

Piotrze.
I właśnie o tym piszemy cały czas. Stąd też moje pytanie jak obliczyć taki autotransformator (cewka z odczepem) dla częstotliwości 14.060 (w moim przypadku)
Robert

sq9mda pisze:

jak obliczyć taki autotransformator (cewka z odczepem) dla częstotliwości 14.060

Może tak, schemat:



Z niego wynika N ~= 4


Dla 14 MHz proponuję materiał 61, dane techniczne tutaj: http://www.fair-rite.com/61-material-data-sheet/, tam m.in. wykres:




Wynika z niego, że dla 14 MHz powinno się uzyskać dobroć cewki rzędu 100 (tymczasem dla materiału 43 dobroć przy 14 MHz wynosi ok 1 !!!).


Obliczenie L2 tak, by spełnić warunek:

X = 2 * PI * f * L2 > 5 * 760 Ohm

Czyli L2 > 43 uH


Określenie liczby zwojów L2 przy pomocy: http://toroids.info/


Dla rdzenia FT 114-61 wychodzą 24 zwoje. Skoro N=4 to odczep gdzieś na 6 zwoju.

I teraz uwaga! Wszystko co napisałem wyżej jest piękne i obiecujące, Jednak nie uwzględniłem, że możemy być niebezpiecznie blisko rezonansu własnego indukcyjności L2. Jeśli tak jest, to w schemacie znowu pojawi się pojemność C, ale tym razem trudna do skontrolowania, miedzyzwojowa!

I wtedy ....

Spojrzałem na strony poświęcone symetryzatorom na rdzeniach z materiału 43 i 61. Rezonanse własne na pasmach KF występują już przy kilku, kilkunastu zwojach. A mi wyszło 24, autorowi z linku Tomka 31 zwojów. Oba przypadki oznaczają probę pracy powyżej częstotliwosci rezonansu własnego cewki L2 => skazane na niepowodzenie.

Edit: pomyliłem się, transformatory na ferrytach pracują jednak powyżej częstotliwości rezonansu własnego swoich uzwojeń, patrz poniżej wpis 12 kwietnia

Na szybko dochodzę do wniosku, że na rdzeniach takiego trafo dla 14 MHz nie da się wykonać.


Sprawdzam więc cewkę powietrzną: http://hamwaves.com/antennas/inductance.html (tylko ten ze znanych mi kalkulatorów uwzględnia problematykę rezonansu własnego).

Sprawdzam i pojawia się światło w tunelu. Np. cewka o parametrach:

D=40mm, N=45 zwojów drutem fi 1mm na długości 55mm

spełnia warunki.

Odczep na 11 zwoju.

I teraz mógłby to ktoś na spokojnie sprawdzić.

Edit: To jednak nie zadziała. Patrz poniżej wpis z 23 marca.

SP2BPD pisze:

Spojrzałem na strony poświęcone symetryzatorom na rdzeniach z materiału 43 i 61. Rezonanse własne na pasmach KF występują już przy kilku, kilkunastu zwojach. A mi wyszło 24, autorowi z linku Tomka 31 zwojów. Oba przypadki oznaczają probę pracy powyżej częstotliwosci rezonansu własnego cewki L2 => skazane na niepowodzenie.

Na szybko dochodzę do wniosku, że na rdzeniach takiego trafo dla 14 MHz nie da się wykonać.


Sprawdzam więc cewkę powietrzną: http://hamwaves.com/antennas/inductance.html (tylko ten ze znanych mi kalkulatorów uwzględnia problematykę rezonansu własnego).

Sprawdzam i pojawia się światło w tunelu. Np. cewka o parametrach:

D=40mm, N=45 zwojów drutem fi 1mm na długości 55mm

spełnia warunki.

Odczep na 11 zwoju.

I teraz mógłby to ktoś na spokojnie sprawdzić.

Sprawdzę to Piotrze, ale dopiero w przyszły weekend...........jutro rano składam antenę.
Dziękuję.
Robert

Jeszcze uwaga/pytania na marginesie. Usiłowałem problem sformułować w programie 4nec2 ale złapałem się na tym, że nie wystarczy zamodelować dwie szeregowo połączone cewki. Potrzebny jeszcze transformator, a tego w 4nec2 nie ma.

Pytanie 1: czy w Mmana istnieją transformatory?

Pytanie 2: spróbowałem zamodelować w RFSim99, są to moje pierwsze kroki w tym programie, czy w poniższym nie ma jakichś błędów?



Dla 14,060 MHz otrzymałem SWR 1,45 (Z = 42 + j15)

W swoich zbiorach na temat autotransformatorów znalazłem ten opis http://www.sp2kds.pl/attachments/article/77/Autotransformatory%20do%20anten%20asymetrycznych;%20Long%20Wire,%20GP,%20cz1.pdf
Muszę poczytać więcej na ten temat.....
Robert

sq9mda pisze:

znalazłem ten opis http://www.sp2kds.pl/attachments/article/77/Autotransformatory%20do%20anten%20asymetrycznych;%20Long%20Wire,%20GP,%20cz1.pdf
Muszę poczytać więcej na ten temat.....

Pierwsze wrażenie: autor nie uwzględnia strat w ferrycie (czyli tego, że przenikalność magnetyczna materiału określana jest liczbą zespoloną u=u'-ju", gdzie u" odpowiada za straty). Z wykresu:




wynika, ze powyżej ~1,2 MHz dobroć spada poniżej 10, im wyżej z częstotliwością tym gorzej. Dla 6 MHz Q=1, dla f> 6 MHz Q<1 !!!


Też będę musiał poczytać, wstępny wybór:


1/ http://www.w8ji.com/core_selection.htm (szczególnie punkt: "Heating"


2/ Całościowe, bardzo solidne opracowanie: http://home.scarlet.be/on9cvd/E-Spoelen%20en%20transformatoren.htm


3/ Materiały:

3a/ Fair Rite:
http://www.fair-rite.com/design-tools/materials/ (kliknięcie na nazwę materiału prowadzi do danych technicznych i wykresów, np. http://www.fair-rite.com/43-material-data-sheet/ )

3b/ Ferroxcube, na przykład:
http://www.ferroxcube.com/FerroxcubeCorporateReception/datasheet/4s2.pdf

czy w Mmana istnieją transformatory? Tak ale budowane na podstawie sumowania długości linii o rożnych R. Klik w "kluczyk i młotek" zakładka line mach 1 i 2.
"there is a free choice of the characteristic impedance of the matching section. Using this technique it is possible to use a 300 ohm line to match any resistance from 5-1200 ohms."
Długości fizyczne linii otrzymuje się po zastosowaniu wyboru linii "Zo"(75ohm, 300,600 itp) i mnożnika "współczynnika skrócenia kabla" x "wl" (długość fali).

Więcej tłumaczenia na polski dostępne u Andrzeja "MNJ".

sq9oub pisze:

czy w Mmana istnieją transformatory? Tak ale budowane na podstawie sumowania długości linii

Dzięki, dzięki, ale chodziło mi możliwość wprowadzenia elementu skupionego, tak jak wprowadza się w określonym segmencie modelu L, C lub R.



Przeglądnąłem nieco artykuły, które linkowałem powyżej. Wniosek jeden: transformatory na ferrytach stosuje się łatwiej jako odbiorcze, szerokopasmowe. Np. materiał 73 obsłuży zakres od dołu aż do 30 MHz. Istnieje duża tolerancja na straty wprowadzane przez ferryt w tor odbiorczy.

Inna sprawa z transformatorami stosowanymi do nadawania. Powyżej częstotliwości, dla której u" staje się znaczące (wykres powyżej) istotna część mocy pójdzie na grzanie ferrytu. Oprócz funkcji transformowania rdzeń będzie pełnił rolę sztucznego obciążenia. Nadajnik będzie zadowolony, natomiast ferryt może nie wytrzymać. No i sprawność całości mizerna.

SP2BPD pisze:

Na szybko dochodzę do wniosku, że na rdzeniach takiego trafo dla 14 MHz nie da się wykonać.

Szperanie w różnych ciekawych artykułach zasiało we mnie wątpliwość co do powyższego kategorycznego stwierdzenia. Może jednak się da? Na pytanie "da się" czy "nie da się" można będzie odpowiadać sensownie tylko przy założeniu jakie straty są dopuszczalne.

W artykule linkowanym przez Tomka http://pages.suddenlink.net/wa5bdu/efhw.htm autor pomierzył od 0,8 dB do 2,2 dB strat, czyli od 17% do 40% mocy zamienianej na ciepło w rdzeniu. Przy 100 watach mocy podawanej z nadajnika otrzymujemy opowiednio 17 i 40 W w rdzeniu!

Sygnalizowana przez autora niespójność między teorią a rezultatem praktycznym w cz.II ww. artykułu wynika prawdopodobnie z tego, że:
- zupełnie nie wziął pod uwagę strat w rdzeniu (u";
- przeszacował indukcyjność (nie uwzględnił zmienności u' z częstotliwością);
- z punktem pracy znalazł się powyżej częstotliwości rezonansu własnego (na pewno od 14 MHz, a być może już na 10 MHz)
Edit: co do ostatniego podpunktu, pomyliłem się, transformatory na ferrytach pracują jednak powyżej częstotliwości rezonansu własnego swoich uzwojeń, patrz poniżej wpis 12 kwietnia



Przydałby się sprawdzony sposób obliczania trafo na rdzeniu ferrytowym, uwzględniający przebieg u' i u" (taki jak wklejałem powyżej: "complex permeability vs. frequency". Czyli uwzględniający zarówno straty (u" jak i zmianę indukcyjności uzwojeń wraz z częstotliwością (u'.

Niestety nie znalazłem takiego modelu do zastosowania w RFSim99 czy LTSpice IV. To znaczy modele są, ale nazbyt uproszczone.

Sam jakiś model dla RFSim99 wymyśliłem, lecz wymaga on weryfikacji eksperymentalnej. Czekam na rdzenie i na dostęp do VNA, by takiej weryfikacji dokonać.

Samokrytyka:

Wracając do cewki powietrznej, naprędce liczonej 6 marca (kilka wpisów wyżej). Przyjąłem tam współczynnik sprzężenia między górną i dolną częścią cewki k=1. Było to megaoptymistyczne, czyli nieodpowiedzialnie-nierealistyczne założenie. Wystarczy spojrzeć na punkt 1 w tabeli tutaj: http://www.w0qe.com/Technical_Topics/coupling_between_coils.html.

Cewka powietrzna z odczepem nie jest autotransformatorem. Jest czymś pośrednim pomiędzy autotransformatorem i dwiema niezależnymi cewkami połączonymi szeregowo.

A może inaczej. Prościej.

1/2L 17m od sq9oub
*
18.12
***Wires***
6
-0.25576, -0.25424, 1.9696, 0.25424, -0.25576, 1.9696, 0.001, -1
-0.25424, 0.25576, 1.9696, -0.25576, -0.25424, 1.9696, 0.001, -1
-0.25424, 0.25576, 1.9696, 0.25576, 0.25424, 1.9696, 0.001, -1
0.25576, 0.25424, 1.9696, 0.25424, -0.25576, 1.9696, 0.001, -1
0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 6.61, -0.001, -1
-0.25576, -0.25424, 1.9696, 0.0, 0.0, 0.0, 0.001, -1
***Source***
1, 0
w5b, 0.0, 1.0
***Load***
0, 0
***Segmentation***
800, 80, 2.0, 2
***G/H/M/R/AzEl/X***
2, 5.0, 4, 50.0, 120, 60, 0.0
$$$Taper wire set$$$
1
-0.001, 1, 2.0, 0.015, 2.0, 0.0125, 99999.9, 0.01

Te same rozwiązanie sprawdza się również dla 5/8 i 3/4L

http://sq9oub.pl.tl/%3D%3E-Vertical-5%5C8L-28-MHz.htm

Dodam wg. mojej opinii bije niektóre utarte standardy. Przewyższa je. Antena dość odporna na śnieg i deszcze (odjazd SWR jest niewielki). Szeroki BW. Prosta w wykonaniu.

sq9oub pisze:

A może inaczej. Prościej.

Jarek, patrząc na Twój projekt skojarzyłem go sobie z J-polem, co nie?

Tyle, że Robert stawia vertical na ziemi uzbrojonej w system radiali (przynajmniej tak zrozumiałem) i kombinuje z dopasowaniem takiej całości: maszt (1/2 L) + radialowa ziemia.

SP2BPD pisze:



.......Tyle, Robert stawia vertical na ziemi uzbrojonej w system radiali (przynajmniej tak zrozumiałem) i kombinuje z dopasowaniem takiej całości: maszt (1/2 L) + radialowa ziemia.

Dokładnie tak Piotrze......tylko że ostatnio mało mam czasu na "antenowe zabawy" ale z wielką uwagą czytam co piszesz.
Robert

Po czasie spędzonym na czytaniu tego i owego oraz mierzeniu i próbach modelowania różnych transformatorów na rdzeniach ferrytowych muszę wycofać się ze stwierdzenia, że transformator nie będzie pracował powyżej częstotliwości rezonansu własnego swoich uzwojeń.

Przykład. Co prawda nie dotyczy on impedancji i mocy z tego wątku, gdyż chwilowo nie mam dostępu do odpowiednich rdzeni. Ale zajmowałem się szerokopasmowym transformatorem do zastosowań odbiorczych. Użyłem rdzenia binokularnego BN73-202. Takiego jak ten:



Trafo ma dwa osobne uzwojenia, po 2 zwoje w każdym z nich.



Pomiar impedancji uzw. pierwotnego przy wtórnym otwartym:



Widać częstotliwość rezonansu własnego (zielona pionowa kreska, X przechodzi przez 0) nieco powyżej 6 MHz.



Teraz charakterystyka tłumienia tegoż transformatora od 1 do 30 MHz, przy 50 omowym źródle i obciążeniu:



Tłumienie (pomiędzy -0,65dB i -0,3dB) jest nieznaczne w całym interesującym mnie zakresie. Do zastosowań odbiorczych takie parametry transformatora zupełnie wystarczą.



SWR przy obciążeniu 50 Ohm podłączonym do uzw. wtórnego:




Dwa ostatnie wykresy pokazują, że trafo może spokojnie pracować powyżej częstotliwości rezonansu własnego.

sq9mda pisze:

znalazłem ten opis http://www.sp2kds.pl/attachments/article/77/Autotransformatory%20do%20anten%20asymetrycznych;%20Long%20Wire,%20GP,%20cz1.pdf

Wracam do ww artykułu i dwie myśli przychodzą na myśl:

1/ Widzę, że w poprzednich wpisach przesadnie obawiałem się strat wprowadzanych przez materiał ferrytowy. Wystarczy porównać dwa wykresy:
- przedostatni wykres w poprzednim moim poście (TL vs. Frequency)
- oraz poniższą ch-kę przenikalności użytego materiału (Fair Rite 73):



Widać na niej, że odpowiadająca za straty u" jest większa od u' już od 2 MHz. Przy pierwszym podejściu wydawało mi się, że jest to tragedia i że powyżej 2 MHz transformator nie będzie pracował.

A jednak pracuje. Do jakiej częstotliwości? Zależy od tego, jakie straty są tolerowane. Z wykresu TL vs. Frequency dla mojego testowego trafo można wywnioskować, że straty dla 6 MHz wynoszą ok. 7%, dla 21 MHz ok. 11%, dla 30 MHz ok. 14% mocy.

A więc transformacja dla u" > u' jest możliwa. Natomiast jeżeli wykorzystujemy rdzeń nie do budowy transformatora, lecz nawijamy na nim cewkę i chcemy by miała ona przyzwoitą dobroć, to staramy się dobrać materiał tak, by spełniony był warunek: u' >> u" .

Wniosek: w danym zakresie częstotliwości dany materiał ferrytowy może być nieprzydatny dla cewek ale zupełnie niezły dla transformatorów.


2/ Myśl druga.

W publikacjach jak ta: http://www.sp2kds.pl/attachments/article/77/Autotransformatory%20do%20anten%20asymetrycznych;%20Long%20Wire,%20GP,%20cz1.pdf przydałyby się informacje o stratach w transformatorze. Dobrze byłoby zamieścić wykres strat w funkcji częstotliwości.

Straty są istotnym parametrem. Szkoda mocy z nadajnika. Szkoda również rdzenia, który nie przeżyje jeśli zaaplikujemy wobec niego zbyt dużą moc.


Na marginesie. Wygląda na to, że nie ma innej drogi niż pomiary. Modelowanie owszem działa, ale pewne elementy modelu (pojemności rozproszone, indukcyjności tzw. L leakage związane z niedoskonałym sprzężeniem i ucieczką strumienia magnetycznego, rezystancje uzwojeń dla w.cz., w końcu właściwości samego materiału ferrytowego, które mogą być dalekie od katalogowych) mogą zostać ocenione jedynie na drodze pomiarów.