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Cómo probar un balun | Radioaficion Ham Radio

Cómo probar un balun

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Nuestro mundo está inundado de diseños de balunes, y también balunes "listos", que no cumplen lo que sus autores o fabricantes prometen. También hay muchísimos casos en que los autores o fabricantes dicen muy poco, por ejemplo, dicen que su producto sirve para cierto rango de frecuencias y cierta potencia, pero no dicen cuanta pérdida tiene, cuanta reactancia tiene, cuanto afecta a la ROE, etc. Entonces se hace necesario poder probar un balun, y medir sus características fundamentales. Una caracterización completa de un balun podría llenar varias páginas con gráficos y tablas, pero un radioaficionado normal puede hacer fácilmente algunas pruebas básicas, que pueden servir para determinar cual balun de los que tiene es más apropiado para cierta aplicación, si el balun que está construyendo va por buen camino, o para comprobar si las promesas hechas por un fabricante pueden ser ciertas o no.

Para estas pruebas es muy práctico un analizador de impedancia, como el MFJ-259 o alguno parecido. Pero quien no tenga un instrumento así, puede hacer las pruebas más esenciales usando solamente un transmisor y un medidor de ROE. También se requiere en todo caso una antena fantasma, pero como podemos hacer las pruebas con baja potencia, ésta se puede suplir con dos resistencias de 100 ohm, pequeñas, conectadas en paralelo para probar balunes 1:1, y conectadas en serie para balunes 1:4.

La primera prueba es sólo para comprobar que el instrumental usado ande bien, y no estemos midiendo leseras. Se trata de conectar nuestra antena fantasma al medidor,  y comprobar que marque algo muy cercano a ROE 1:1 en todo el rango de frecuencias en que nos interesa medir el balun. Cabe hacer notar que si se usan resistencias sueltas, se deben conectar con los terminales muy cortos y directos, para que den buena ROE hasta la banda de 10 ó 6 metros. Y para frecuencias más altas que esas, realmente hay que trabajar con antenas fantasma bien hechas, no resistencias sueltas, y conectarlas con los conectores adecuados para esas frecuencias.

Una vez que hemos comprobado que el medidor indica una ROE de 1:1 o muy cercana con la antena fantasma, en todo el rango de frecuencias, la desconectamos, y comprobamos que el medidor marque ROE infinita en todo el rango de frecuencias. Después de esto, cortocircuitamos la salida del medidor, y comprobamos que también marque ROE infinita en todo el rango. Si no lo hace, es malo o está malo, y no nos va a servir.

Ahora conectamos el balun con su puerta desbalanceada al medidor, y su puerta balanceada a la antena fantasma. Nuevamente insisto en usar conexiones muy cortas y directas. En caso que el balun sea 1:4, se ponen las dos resistencias en serie, en caso contrario en paralelo. Luego se mide la ROE en todas las frecuencias que interesan. Un balun de calidad decente va a presentar una ROE baja en la mayor parte de su rango, digamos no mayor que 1.1:1 o máximo 1.2:1. En un balun real, en los extremos de su rango de frecuencia la ROE va a aumentar, hasta llegar casi a infinito en frecuencias muy fuera de su rango. Cuanta ROE máxima es aceptable en los límites de su rango, depende simplemente de lo que el usuario está dispuesto a tolerar. Yo diría que 1.3:1 es un límite razonable.

En el diagrama de abajo las resistencia están en serie para medir un balun 1:4.

medicion de un balun

En el diagrama de abajo las resistencia están en paralelo para medir un balun 1:1.

Cómo probar un balun

Si un balun tiene una ROE alta en la parte central de su rango, a pesar de estar bien conectado con la carga correcta, significa que es malo. Puede tener altas pérdidas, o presentar una combinación de pérdidas altas en algunas frecuencias, con inductancia demasiado baja en las frecuencias bajas, y capacidad demasiado alta en las frecuencias altas. Si se está usando un analizador de impedancias para medir, entonces se puede ver si la ROE elevada se debe a una resistencia mucho menor a 50 Ohm (eso indica altas pérdidas en el balun), o si aparece una reactancia significativa (esa indica falta de inductancia o exceso de capacidad).

Un pseudo-balun normalmente no va a mostrar este aumento de ROE fuera de su rango. Sólo pierde eficacia como balun, pero no aumenta la ROE. Más abajo mediremos esto.

La segunda prueba consiste en medir la ROE con la salida del balun abierta. Un balun ideal debe presentar ROE infinita en todo el rango. Si en alguna frecuencia la ROE se reduce, eso indica pérdidas en el balun. Mientras más baja sea la ROE indicada, mayores son las pérdidas que el balun tiene en esa frecuencia.

La tercera prueba, lógicamente, es medir la ROE con la salida del balun cortocircuitada. Nuevamente la ROE debería ser infinita para un balun perfecto, y muy alta para uno real pero que tenga bajas pérdidas.

Con ésto terminamos las pruebas para un balun real. Cualquier problema que cause mala eficacia como balun también haría marcar una ROE distinta a los valores recomendados aquí. Pero un pseudo-balun requiere una prueba adicional para determinar su eficacia como balun, y sus pérdidas. Para esta prueba se debe conectarlo de una manera especial: Se conecta al medidor uno de los polos de entrada del balun (sugiero usar el conductor exterior del coaxial), y aquella de sus conexiones de salida que tenga continuidad galvánica con la conexión de entrada usada (probar con un ohmmetro). En otras palabras, conectamos una de las dos bobinas del pseudo-balun a nuestro medidor, dejando la otra abierta. Nuevamente medimos la ROE en todas las frecuencias de interés. Debe ser infinita, o muy cercana a eso. Con analizador de impedancia, deberíamos ver una reactancia de 250 Ω para arriba en todas las frecuencias de interés.

Para medir realmente las pérdidas que tiene un balun, necesitamos el analizador de impedancias, y un poco de matemática. Lo ilustraré con un ejemplo, porque es más claro que la teoría.

Primero conectamos el balun al analizador de impedancia. Un balun real lo conectamos directamente con su entrada coaxial, dejando la salida desconectada, mientras que un pseudo-balun lo conectamos tal como describí dos párrafos arriba. Luego medimos la impedancia. Podemos obtener sólo la reactancia y resistencia del medidor, y calcular el módulo de la impedancia, o bien obtener el módulo también del instrumento. Si tenemos que calcularlo, el módulo es la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de reactancia y resistencia. Por ejemplo, si el medidor marca una reactancia de 472 Ω y una resistencia de 127 Ω, tenemos:

módulo = SQR (472^2 + 127^2) = 488.8

Ahora calculemos qué ocurre si le aplicamos 100 W al balun, suponiendo que está conectado a una antena con ROE 1:1. Los 100 W equivalen a 70.7 V sobre 50 Ω. En el balún circulará una corriente (que no llega hasta la antena) dada por la Ley de Ohm:

70.7 / 488.8 = 0.144

Es decir, circulan 144 mA por el balun, que es la combinación de la corriente de magnetización y la pérdida. Debemos calcular entonces cuánto es la pérdida.

Como sabemos de la medición que la resistencia serie en la impedancia del balun es de 127 Ω, podemos aplicar la conocida fórmula I^2 * R:

0.144^2 * 127 = 2.63

Por lo tanto, en esas condiciones (en la frecuencia que medimos, y con 100 W aplicados) este balun pierde 2.63 W, lo cual obviamente es 2.63% de pérdida.

Esto es cierto para el balun real, que lo conectamos con su entrada de 50 Ohm a nuestro medidor. Pero el pseudo-balun lo conectamos con uno solo de sus bobinados. Si ese pseudo-balun queda conectado en un sistema normal, a una carga balanceada, aparece sólo la mitad de la tensión sobre ese bobinado. Por ello, la corriente que circula si opera con 100 watt es la mitad de lo calculado, y como la corriente incide al cuadrado en la pérdida, ésta es sólo la cuarta parte del valor calculado. Por lo tanto, un pseudo-balun que arroje la medicion del ejemplo de arriba, sólo tiene 0.658% de pérdida.

Esta medición y cálculo se deben repetir en cada banda que nos interese.

Cómo probar un balunAún para alguien que se enrede con todo esto, puede ser bien instructivo jugar con dos o tres balunes distintos, comparar los comportamientos, y sacar sus conclusiones. No todo lo que brilla es oro. Pero a veces se descubre un balun muy humilde que funciona muy bien.

Mas.. Balun Antennas Baluns

En el diagrama de abajo las resistencia están en serie para medir un balun 1:4.

Dibujo22.JPG

En el diagrama de abajo las resistencia están en paralelo para medir un balun 1:1.

paralelo.JPG
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