Balun oder HF-Trafo (Unun) an einer Zweidrahtleitung?
Viele OM’s sind der Meinung das ein richtiger symmetrischer Koppler mit Zweidrahtleitung und einem Allbanddoublet (Dipol) zu kompliziert für ein KW-Allbandsysten seien. Daher wird oft versucht an einer symmetrischen Antenne mit Zweidrahtleitung (z.B. G5RV) einen Balun anzuschließen um eine symmetrische Antenne mit fester Länge auf möglichst allen KW-Bändern mit einem 50 Ohm-Koaxialkabel zu betreiben. Dabei soll auch noch der eingebaute Tuner im TRX für ein gutes SWR sorgen. Ich möchte nicht bestreiten das diese Konfiguration auf dem einen oder anderen Band sogar funktionieren kann. Meiner Meinung nach aber nur mit dramatischen Verlusten auf den übrigen Kurzwellenbändern.
Es wurde aber schon richtig erkannt das symmetrische Antennen für den Allbandbetrieb Vorteile gegenüber gegen Erde betriebene Antennensysteme haben.
Über Balune und/oder HF-Transformatoren (Unun) in symmetrischen Systemen mit Zweidrahtleitung wurde und wird viel veröffentlicht. Dazu exemplarisch im weiteren ein Beispiel in dem eine Kombination aus einem 1:1-Balun und ein 1:4 Unun eingesetzt wird.
Ein OM der seinen Balunbausatz für so ein Mehrbandsystem bewirbt schreibt:
"Ein Balun 50 Ohm zu 50 Ohm (1:1) benötigt einen Kern, die Impedanz der aufgewickelten Leitung hat genau 50 Ohm (oder zwei parallel geschaltete 100 Ohm Leitungen ergeben auch 50 Ohm)."
Ich frage mich: Wieso braucht ein 1:1 Balun einen Kern? Was passiert wenn dieser Balun nicht 50 Ohm sondern 150 Ohm oder 16,7 Ohm (SWR 1:3) evtl. auch noch mit Blindkomponenten übertragen soll?
Für einen Balun oder Transformator ist nicht zwingend ein Ringkern erforderlich. Eine mit der Balunleitung gewickelte Luftspule geht auch. Der Vorteil ist das kein Kern in die Sättigung gefahren werden kann. Allerdings hat solch ein Balun durch höhere Windungskapazitäten (mehr Draht/Leitung für das gleiche XL) den Nachteil das der Luftbalun eine nicht so große Breitbandigkeit besitzt.
Die in dem Beispiel aufgewickelte 50 Ohm-Leitung für den 1:1-Balun ist für eine verlustarme Übertragung von real 50 Ohm vorgesehen. Es entstehen in jeden Fall unnötige Verluste in der Balunleitung wenn nicht die realen 50 Ohm übertragen werden! Ob er dann auch noch richtig symmetriert? Das ist von dem Verhältnis der Querinduktivität (XL der Betriebsfrequenz) der Balunleitung und dem zu übertragenen Z (Widerstand real und Widerstand imaginär) abhängig. Also abhängig von der Induktivität der Wicklung, der Betriebsfrequenz und dem zu übertragenen komplexen Widerstand „Z“.
Das gleiche geschieht mit dem 1:4 Unun. Dort ist die Leitung für die verlustarme Transformation von 200 Ohm zu 50 Ohm mit (Z) 100 Ohm vorgegeben. Z = Wurzel (R1 x R2). Die Verluste steigen mit dem Grad der Impedanzabweichung zu (für dieses Beispiel) 200 Ohm.
Das ist Fakt und kann, meiner Auffassung nach, auch nicht bestritten werden. Dieser OM hat seine Balune und Transformatoren mit realen Widerständen (in diesem Fall mit 50 Ohm bzw. 200 Ohm) abgeschlossen und mit einem Netzwerktester mit kleinster Leistung vermessen und für gut befunden. Mit der für den Balun und auch Unun vorgesehenen realen Last ist auch nur ein kleiner Verlust (um 0,1 dB) zu erwarten.
Er schweigt sich aber aus, wenn an dem gleichen System andere Widerstände mit Blindkomponenten (das sind Induktivitäten und Kapazitäten parallel und auch in Serie mit einem realen Widerstand geschaltet, die immer dann auftreten wenn ein Antennensystem nicht in Resonanz betrieben wird) und gewisser Leistung, wie in der Betriebsumgebung an einem Mehrbandsystem auftreten, übertragen werden sollen. Ich muss zugeben das solch eine Messung nicht einfach auf dem grünen Schreibtisch durchzuführen ist. Kann ich auch nicht! Das könnte für unser eins am einfachsten durch vergleichen der unterschiedlichen Systeme unter sonst gleichen Bedingungen gehen.
Es wurden aber auch schon einige Einschränkungen richtig erkannt und schreibt weiter:
„Die Wirksamkeit eines Baluns, den Gleichtaktstrom zu unterbrechen, hängt sehr von seinem Einsatzort im System Sender - Leitung - Antenne ab. Ob vor oder hinter dem Antennentuner ist fast egal. Im Strombauch der Gleichtaktströme angeordnet bringt er die besten Ergebnisse. Wo der Strombauch sich befindet kann man messen bzw. durch eine Simulation herausfinden. Bei Mehrbandbetrieb ist damit zu rechnen, dass der Strombauch des Gleichtaktstromes sich an unterschiedlichen Stellen der Speiseleitung befindet, dann sind mehrere Baluns erforderlich.“
„Befindet sich der Balun zufällig im Spannungsbauch und das auch noch bei einer tiefen Frequenz, so kann er warm werden und bei hohen Leistungen sogar platzen. (siehe auch Bericht DA0HQ in CQDL 7/2005, S. 454) Vorsicht! Hinter dem Antennentuner eingesetzt kann bei zu kurzen Antennen (kürzer als l/2) die Spannung zwischen den Drähten des Balun 1:1 sehr hoch werden, was zu Überschlägen führen kann. Auch kann der Kern des Breitbandübertragers in die .Sättigung. kommen. Gefährlich sind tiefe Frequenzen und hohe Leistungen in Verbindung mit kurzen Antennen.“ Ich lese aus seinen Einschränkungen heraus:
Der Balun soll bei allen Bändern im Strombauch betrieben werden. Probleme mit Antennen die kürzer als Lambda/2 sind. Eine Strombauchspeisung mit einer Antenne, mit und auch ohne Zweidrahtleitung, fester Länge wird nicht für alle Bänder realisierbar sein. Schon gar nicht mit, den für seine Kombination aus Balun und HF-Trafo, optimalen real 200 Ohm. Das geht nur auf einer Betriebsfrequenz! Wenn man keine 40m Draht spannen kann, soll man auf 160m und 80m verzichten oder QRPP machen? Das geht auch anders, siehe unter "Kurze KW-Antenne".
Innerhalb eines symmetrischen Mehrbandsystems mit Zweidrahtleitung fester Länge haben Transformatoren und oder Balune nichts zwischen Tuner und Antenne zu suchen! Es sei denn es werden unnötige Verluste hingenommen.
Wie hoch nun die Verluste durch so einen Murks wirklich sind, ist von der individuellen Konfiguration abhängig.
Ein Balun gehört zwischen dem 50 Ohm-Koaxialkabel und Koppler bzw. Anpassglied (vorzugsweise ein sym. L-Glied). Nur an dieser Position werden nach der Anpassung immer reale Lasten übertragen! Alle Betrachtungen wie gesagt unter der Voraussetzung das die Antenne und auch eine vorhandene Zweidrahtleitung eine feste Länge haben und das System für Merhrbandbetrieb ( ideal alle 9 Bänder, mindesten jedoch 80m, 40m, 30m, 20m, 17m) ausgelegt sein soll. Leider ist der Weg zu einer performanten Allbandantenne nicht immer der einfachste! Ich kann aber auch nicht erkennen wo denn der große Vorteil von einem Balun in der Zweidrahtleitung gegenüber einer richtig mit Koppler betriebenen sym. Allbandantenne liegen soll. Erst recht nicht wenn die Anpassungsvariation des internen TRX-Tuners nicht ausreicht und noch ein externer Tuner eingeschleift werden muss. Ein richtiger symmetrischer Koppler ist nicht größer oder schwerer als ein unsymmetrischer Tuner mit einem Balun am Ausgang zur Zweidrahtleitung. Es sind, nur etwas anders angeordnet, die gleichen Bauteile. Als Beispiel siehe mein "Koppler Nr.7". Natürlich muss man sich Gedanken über seine Antenne mit der Speiseleitung machen, dann den Lötkolben anheizen und die eine oder andere Schraube bewegen. Ich habe aber den Eindruck, dass der eine oder andere OM allein schon mit der Vorarbeit, weil zu bequem(?), überfordert ist. Dabei entscheiden diese essenziellen Überlegungen über Erfolg oder Misserfolg einer Antennenanlage und sind daher immer notwendig bevor man in die "Luft" geht und auch noch einen Leistungsverstärker zuschaltet.
