ARLA/CLUSTER: Baluns e Ununs por Carlos Neves, CT3FQ.
João Gonçalves Costa
joao.a.costa ctt.pt
Quarta-Feira, 24 de Março de 2010 - 13:47:44 WET
Baluns e Ununs , por CT3FQ
Quando se fala de Baluns, a maioria dos radioamadores sabe o que são e para que servem. Mas quantos é que sabem o que são Ununs? Eu confesso que ainda não consegui quantificar o numero total de variáveis, que me permitam saber muito sobre Baluns e Ununs. Por isso acho este assunto interessante e passível de ser discutido.
A maioria dos artigos que li sobre o assunto foram escritos por pessoas que abordam o tema apenas de uma determinada perspectiva, e em toda a panóplia de artigos que encontrei, verifiquei que alguns deles são de duvidosa credibilidade - principalmente aqueles escritos por alguns fabricantes.
Mas afinal o que são BALUNs e UNUNs? Serão apenas adaptadores de impedância que se ligam entre a antena e o cabo coaxial? Todos os artigos concordam que a palavra Balun resulta da junção de duas palavras do inglês: BALanced to UNbalanced e o UNUN é também a junção de UNbalanced to UNbalanced. Se no caso do BALUN percebe-se que o efeito esperado é transformar uma tensão assimétrica em simétrica, no caso do UNUN a ideia complica-se porque parece que não faz nada.
É muito fácil de perceber qual a necessidade de um BALUN - como transformador de impedâncias - em antenas em que a resistência de radiação é múltipla da do cabo coaxial e da do transceptor. Nestes casos é muito frequente encontrar BALUNS 4:1 em YAGIS e 9:1 em antenas assimétricas como a WINDOM. Na prática, para que uma antena de 200 ohms funcione com os 50 ohms, é necessário acoplar um BALUN 4:1. Esta adaptação de impedâncias permite maximizar o fluxo de energia electromagnética, entre o emissor e a antena, reduzindo as perdas no cabo e os eventuais danos no emissor.
E nos casos em que a antena já tem 50 ohms porquê é que usamos BALUNS?
[http://www.ct3team.com/members/ct3fq/images/baluneb3.jpg]
fig. 1 Balun de corrente (UNUN) da ArraySolutions.
Os Baluns 1:1
São nestes casos que as opiniões de alguns experts são, no mínimo, muito confusas e muito divergentes. Alguns autores afirmam que o facto da linha de transmissão do tipo cabo coaxial ser assimétrica perturba o diagrama de radiação da antena. Esta situação faz com que as correntes nos dipolos deixem de ser simétricas tendo como resultado a torção do diagrama de radiação. Outros defendem ainda que este facto faz surgir correntes indesejadas que causam harmónicas e perturbações no meio circundante.
Mas de onde é que surge essa corrente extraterrestre? Todos nós sabemos que, em condições normais, existem duas correntes no interior do cabo coaxial. Uma delas navega no condutor central e a outra com a mesma intensidade em sentido contrário na malha exterior (ver correntes I1 e I2 indicadas a vermelho na fig.2 ). Como as correntes se anulam o Cabo Coaxial não irradia.
[http://www.ct3team.com/images/correntescabocoaxial.png]
fig.2 Correntes no cabo coaxial
Irradiação electromagnética
Mas o que acontece é que exterior do cabo é um condutor e assim sendo o próprio campo magnético gerado pela antena - e porque a propagação das ondas electromagnéticas não é instantânea - vai induzir uma corrente no cabo (no exterior da malha). Essa corrente (ver corrente I3 indicada a azul na fig.2) irá propagar-se numa onda pelo cabo com uma intensidade que depende muito da resistência (impedância) do coaxial à terra. No fundo, o cabo passa a irradiar até ao interior do shack causando todo o tipo de perturbações.
Para resolver este problema é necessário fazer com que a corrente no exterior do cabo perto da antena "veja" uma impedância muito grande, que dificulte a sua propagação. Se, por coincidência, o comprimento do cabo coaxial da antena ao emissor for um múltiplo impar de 1/4 onda(*) o nosso problema fica parcialmente resolvido pois essa corrente no shack deixa de existir.
[http://www.ct3team.com/images/unun1020.png] fig.3 Balun de corrente
Baluns de corrente (UNUNs).
A maioria das nossas antenas são multibanda e a solução do comprimento do cabo não é exequível, por isso é necessário introduzir um UNUN de banda larga no circuito.
Os UNUNs ou RF Chock são a solução ideal para este tipo de problema. Para fazer um UNUN basta colocarmos vários anéis de ferrite no cabo coaxial pois assim estamos a aumentar a permeabilidade magnética (uo) e consequentemente a impedância. A maioria dos fabricantes de BALUNS de corrente usa esta tecnologia (ver fig. 1) pois o tamanho do balun fica mais pequeno. No entanto é preciso escolher bem o fabricante pois existem ferrites e ferrites, e muitos deles saturam logo na presença de potência. Outra técnica também, utilizada pelos fabricantes, é fazer uma bobina com o próprio cabo coaxial sobre uma barra de ferrite ou ar.
Por experiência, não sou apologista de muitos acrescentos nos cabos entre as antenas e os emissores. Do UNUN da RadioWorks que experimentei guardo más recordações pois foi sempre um ponto de avaria na zona de ligação das fichas.
[http://www.ct3team.com/images/unun3080.png]fig. 4 Balun de Corrente para os 7MHz
Comprar ou construir?
A solução que recomendo é que se guarde o dinheiro e se construa um Balun de corrente utilizando o próprio cabo coaxial que liga o emissor à antena. Como? Para construir um UNUN para as decamétricas basta apenas medir mais 2 metros do cabo para a antena e enrolá-lo fazendo uma bobina com 4 espiras de 16cm de diametro (ver fig.3). As espiras podem ser fixadas simplesmente com as vulgares braçadeiras plásticas e não requerem muita precisão. Embora não fiquem muito bonitas comparativamente com os de fábrica estes UNUNs são excelentes (ver testes do W8JI no quadro abaixo)
Onde colocar o UNUN?
Não se pense que basta fabricar um UNUN e instalar que ficamos logo com o nosso problema resolvido. Existem muitos cuidados adicionais que devem ser tomados como o localização do UNUN. Alguns autores defendem que o UNUN deve ser localizado logo junto ao dipolo, mas para mim um bom local é o ponto onde o cabo deixa perpendicularmente a antena, ou seja, junto ao tubo de suporte. Outro pormenor que deve ser tomado em conta é o caminho que o cabo coaxial percorre da antena para o shack pois já vi muitos casos em que os cabos seguem obliquamente da antena para o shack. Um bom método é fixar o cabo perpendicularmente até à base da torre e só no solo - onde se deve ter uma boa terra - é que deve seguir paralelo.
[http://www.ct3team.com/images/colocacaounun.png]
Baluns de Corrente e de Tensão
Definitivamente os velhos Baluns de Tensão - que muita gente ainda usa - mostraram-se muito pouco eficientes. Os baluns 1:1 de tensão não devem ser usados em frequências em que a resistência de irradiação da antena tem uma forte componente capacitiva ou indutiva, isto é, fora da frequência de ressonância. É muito fácil de perceber que o comportamento deste tipo de Baluns, quando as correntes são maiores, pode ser comparado a um dissipador de calor.
Os interessados sobre Baluns poderão encontrar ainda alguma informação útil no quadro abaixo. O W8JI efectou alguns testes a BALUNS e UNUNS de Fábrica e alguns resultados são, em alguns casos, mesmo desanimadores.
Marca
Impedância @ MHz Centaur DXE(3) W2DU-1 W2DU-2 Force 12 Scramble Solenoid W2AU volt (1)
R+X 1.8MHz 84 129j 554 1.4k j 378 617j 230 325j 169 286j 1.67 245j 1 +1.18k j .488 5j
R+X 15MHz 3.76 2.7k j 835 -1.84k j 727 -611j 761 -10j 883 -105j 11.97 -850j 62 -895j 1.36 42j
R+X 30MHz 143 -729j 153 -893j 284 -440j 610 -296j 538 -381j 73 162j 68 -168j 8.2 68j
Max Z F 17 MHz 6.65 MHz 7.16 MHz 15.3 MHz 13.24 MHz 6.42MHz 4.25 MHz 60 MHz
R+X @ max Z 5.87k -943j 4.5K -340j 1.3K -13j 770 -20j 914 2.25j 42.7k 0j 34K 37K j 75 286j
Min Z F 27.68MHz 11.7Mhz
R+X @ min Z 10 -2j 198 -252j
F SWR=1.25 6.8 MHz 65 MHz 21.15 MHz 20.2 MHz (2) (2) 20.9 MHz
1.8MHz 1.07 1.02 1.03 1.03 1.43
15MHz 1.58 1.04 1.17 1.18 1.2
30MHz 2.16 1.08 1.37 1.39 1.35
(1) O Balun de Tensão do W2AU mostrou-se um desastre
(2) Não é possível concluir sobre o SWR neste tipo de BALUNS de cabo coaxial visto dependerem do tipo de cabo utilizado.
(3) A melhor escolha é da DX Enginnering
(*)Para calcular o 1/4 onda no Cabo Coaxial divide-se a Velocidade da Luz no vazio pela frequência e por 4, e depois multiplica-se pelo factor de velocidade do cabo (no RG-213 é 0,66 e no AIRCOM 0,95). Por exemplo, se o nosso cabo for um RG213, um 1/4 onda de 14MHz é 300:14:4 X 0,66 = 3,53m. Depois basta multiplicar por um nº impar para termos sempre um nº impar de comprimentos de onda.
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CT3FQ
Fonte: Artigos tecnicos no site CT3Team.
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