Мощный ферритовый балун Гуанелла 1:4 (24.05.2026)
В моих прошлых конструкциях мощных ферритовых балунов поставленная цель хоть и достигалась, однако имелись большие потери. Балуны Рутроффа, да ещё с применением неподходящего феррита, сильно грелись, из-за чего КПД всей системы был крайне низким, а КСВ в самый разгар пайлапа мог лавинообразно подскочить до аварийных значений. Причина крылась в фундаментальном отличии работы трансформатора напряжения от токового. В схеме Рутроффа вся мощность передатчика трансформируется непосредственно через магнитный поток в сердечнике. Использование феррита с высокой начальной проницаемостью (из старых запасов от импульсных источников питания типа PC40) на высокочастотных КВ-диапазонах приводило к тому, что реактивные потери в материале превращали полезную ВЧ-энергию в банальный нагрев.
Было решено изготовить балун 1:4, полностью лишённый этих недостатков. Переход на схему Гуанеллы (токовый балун) и применение ферритовых гильз из материала Fair-Rite 43 полностью решили проблему перегрева.
Применяемые в помехоподавляющих кабельных фильтрах ферритовые гильзы и полугильзы от защёлок на кабель размером 25×13×29 мм и проницаемостью около 600…650 соответствуют никель-цинковым ферритам типа Fair-Rite 43. Они отлично подходят для создания токовых балунов и трансформаторов по схеме Гуанеллы, работающих во всём КВ-диапазоне по принципу синфазных дросселей.
В токовом балуне Гуанеллы полезный сигнал распространяется по линии в виде противофазных токов. Я использовал коаксиальный кабель. Их магнитные поля в сердечнике взаимно компенсируются, благодаря чему феррит практически не участвует в передаче основной мощности и не нагревается. Сердечник «включается» в работу только для синфазных токов (асимметрии), которые, не будь балуна, потекли бы по внешней стороне оплётки, нарушив нормальную работу системы. В результате даже при работе киловаттом феррит остаётся холодным, параметры трансформации не уплывают от нагрева, а КПД антенно-фидерного тракта во всём КВ-диапазоне (1,8–30 МГц) приближается к 95–98 %. Небольшой платой за такие характеристики становится необходимость использовать два отдельных сердечника — в моём случае две трансформирующие линии расположены на независимых «биноклях».
Чтобы всё было абсолютно «по фэншую», трансформирующая линия должна иметь волновое сопротивление ровно 100 Ом. Для этого я изготовил её из двух параллельно соединённых 50-омных коаксиальных кабелей с фторопластовой изоляцией марки RG-402, включив их как единую симметричную экранированную пару: центральные жилы образуют собственно 100-омную линию, а соединённые вместе внешние проводники выполняют роль общего экрана. Внешние проводники двух кабелей соединяются друг с другом только на концах линии, там, где она выходит из сердечника.
Конструктивно каждый «бинокль» набран из шести ферритовых гильз, плотно скреплённых каптоновой лентой. Этот материал обладает высокой прочностью, отличными диэлектрическими свойствами и, что самое главное, выдерживает температуры от 180 до 260 °C.
Длина такого составного сердечника позволила получить внушительную площадь сечения феррита. Благодаря этому, уложив в отверстие диаметром 13 мм всего два витка получившейся сдвоенной линии, я получил измеренную индуктивность 44 мкГн. Этого более чем достаточно для создания необходимого импеданса отсечки на нижних КВ-диапазонах, а малое число витков минимизирует паразитную межвитковую ёмкость на ВЧ. На входе балуна обе линии подключаются параллельно к 50-омному коаксиальному кабелю от трансивера, а на выходе соединяются последовательно, выдавая честные и строго симметричные 200 Ом для питания антенны.
Секрет идеального согласования - топология ВЧ-заземления.
Настоящим откровением в процессе замеров КСВ стали эксперименты с коммутацией экранов кабелей на входе (сторона 50 Ом). Экспериментальным путём было обнаружено, что стандартное решение — объединить все четыре внешних проводника кабелей на корпусе разъёма — приводит к паразитным ёмкостным связям между медными оболочками двух независимых «биноклей». На частоте 28 МГц это заметно ухудшало общую картину.
Решение оказалось изящным и технически безупречным. Экраны двух трансформирующих линий были электрически разделены. На корпус входного разъёма PL-259 посажены внешние проводники только одной линии, тогда как экраны второй линии остались изолированными от входной земли. Поочерёдным тестированием была найдена та линия, заземление которой даёт минимальный КСВ. Такая импровизированная компенсационная схема показала отличные результаты без каких-либо дополнительных конденсаторов.
Результаты итогового замера на векторном анализаторе NanoVNA с безындукционной нагрузкой 200 Ом превзошли все ожидания. График КСВ фактически превратился в прямую линию во всём КВ-диапазоне
• 1.8 МГц — КСВ 1.06
• 3.5 МГц — КСВ 1.03
• 7.0 МГц — КСВ 1.02
• 14.0 МГц — КСВ 1.02
• 21.0 МГц — КСВ 1.03
• 28.0 МГц — КСВ 1.05
Сочетание огромной индуктивности отсечки (44 мкГн) и прецизионной геометрии двух витков жёсткого кабеля RG-402 при правильной топологии заземления позволило получить идеальные характеристики. Балун обеспечивает максимальный КПД передачи мощности и гарантирует, что ферриты останутся абсолютно холодными при любой плотности работы в эфире.
Предстоящий контест CW WPX в жаркую погоду станет хорошим испытанием конструкции.