Transformátor pre EFHW anténu

     V poslednej dobe som zistil veľa chybne navinutých transformátorov EFHW 1:56, teda výsledky merania PSV nevyhovovali. Takže uvediem ako správne navinúť a zmerať EFHW transformátor. Firma Myantennas.com robí transformátory z rôznych toroidov, s rozličným počtom toroidov, čo znamená že sa to dá správne navinúť. Rozloženie závitov nemusí byť vždy len (2+6+7).

Zadanie EFHW transformátora:

Prevod impedancie                          p = Ra/50

Vyžarovacia impedancia                  Ra = 3200 Ω

Impedancia napájača                       50 Ω

Prevod závitov                                 z = Zcelk / Zprim

Základné typy EFHW transformátorov:                                                                                                                     

Pre  p = 3200/50      p = 64      z = √p      z = √64  je prevod závitov  z = 8  

pre p = 2800/50     p = 56       z = √p       z = √56   je prevod závitov  z = 7,5

 pre p = 2450/50     p = 49       z = √p       z = √49  je prevod závitov   z = 7

Stanovenie celkového počtu závitov transformátora je už jednoduché, počet závitov na primári krát prevod závitov z. Primár sú závity pripojené priamo na konektor SO239, alebo je to prvé číslo rozloženia závitov (2+6+7). Celkový počet závitov je súčet rozloženia závitov.

V literatúre sa uvádza:

Pre jeden toroid FT240-43 a pomer impedancií 1:64 je treba 2x8=16 závitov s rozložením (2+7+7), 

pre pomer impedancií 1:56 je treba 2x7,5=15 závitov s rozložením (2+6+7) 

a pre pomer impedancií 1:49 je treba 2x7=14 závitov s rozložením (2+6+6).    

Ale pre pomer impedancií 1:56 a 3 ks FT240-KB je treba 11,25 závitov s rozložením (1,5+4,5+5,25). Prečo ? Lebo meranie priebehu PSV tak ukázalo. Pozrite sa ako budeme ďalej postupovať.

Obr. 1 Navíjací predpis matchboxu 1:49 s rozložením závitov (2,6,6)

Pre kontrolu vášho feritového toroidu FT240-43, indukčnosť desiatich závitov drôtom 1 mm, závit vedľa závitu, je asi 100 μH a toroid AMIDON z hmoty 43 má šedočiernu farbu. 

Odporúčam trafo, ktoré má z=(2+6+7)/2=7,5 a prevod impedancií p=56. Vstupná impedancia zo strany antény je 2800 Ω. Firma Myantenas používa teraz práve toto rozloženie závitov. Skúste to aj vy.

Na obr. 1 je zľava pohľad na hotový transformátor, v strede je príprava vodičov na navíjanie a vpravo je schéma vinutí autotransformátora. Vinutia sú z teflónového, silikónového alebo zo smaltovaného drôtu 1,0-1,2 mm. Najskôr spravíme odbočku na jeden vodič AD smerom na B, potom od odbočky navíjame trafo jedným smerom ku bodu A a druhým smerom ku bodu D.

Postup navíjania transformátora EFHW

          Podľa obr. 1 si pripravíme potrebne dlhé vodiče, urobíme asi 3 cm dlhú odbočku  30 cm od začiatku. Pri použití viacerých toroidov si potrebnú dĺžku vodičov prepočítame. Na toroidy navinieme jednu vrstvu teflónovej pásky a pripravené vodiče navinieme takto: začíname navíjať od odbočky na bod B, na toroid priložíme odbočku ku bodu B tak, aby vývod B  išiel kolmo na obvod toroidu. Ďalej navinieme ľavotočivo (naspäť) dva závity /primár) smerom na začiatok celého vinutia. Zbývajúci dlhý vodič navinieme pravotočivo smerom na C a D podľa obr. 1 (6+6závitov). Vývody transformátora pripevníme zdrhovacími páskami, upravíme pri montáži do krabičky lebo musia byť čo najkratšie. Drôt po bod A je 30 cm dlhý, sú ním  navinuté prvé 2 závity a bod B je pripojený na živý vývod konektora SO239. Bod D je pripojený na ANT. Takto navinutý matchbox musíme ešte premerať na vstupné PSV na použitých  pásmach na konektore SO-239, či vyhovuje zadaniu.

Transformátory FT140 a 2xFT140 navíjame teflónom alebo silikónom izolovaným, prinajhoršom smaltovaným vodičom s priemerom 1 mm, transformátory FT240 s vodičom 1,5 mm a transformátory FT340 s vodičom 1,8 mm. Transformátor navíjame len na toroidy AMIDON z hmoty -43, -61, -K alebo -KB, prípadne z hmoty 4C65. Toroidy FT240+FT140 používajte vždy od jedného výrobcu (AMIDON, RF-MICROWAVE ITALY, Čína), inak nemusia do seba pasovať. V dnešnej dobe sa dá trafo navinúť aj na 2xFT290-KB (1 kW) s dobrým výsledkom. 

 V žiadnom prípade nepoužívajte dobre vyzerajúce toroidy z neznámej hmoty, toroidy zo spínaných zdrojov, či toroidy AMIDON žlté FT240-6 alebo červené FT240-2.

Voľba počtu závitov transformátora

      1. Chceme si navinúť širokopásmový transformátor s Ra=2800 Ω a z=7,5 na toroide Amidon FT240, z hmoty -43, -61 alebo -KB prípadne máme podobný toroid z hmoty 4C65.

      2.  Podľa literatúry pri použití jedného toroidu FT240-43 začíname s dvomi závitmi na primári a tak máme celkový počet 2x7,5=15 závitov. Celkový počet závitov mínus dva závity na primári vydelíme dvomi a dostaneme približne toto rozloženie závitov. Medzi bodmi A a B je primárne vinutie, medzi bodmi BC a CD sú dve polovice sekundárneho vinutia zapojené v protifáze. Teda podľa obr. 1 bude rozloženie závitov 2+6+7. Transformátor navíjame smaltovaným drôtom s priemerom 1.0 až 1,5 mm. Ale .....

      3. Medzi body A a D  z obr. 1 zapojíme rezistory 2K7+100R a na 50 Ω konektore zmeriame anténnym analyzátorom priebeh PSV. Na hraničných frekvenciách môže byť  maximálne PSV menšie ako 1:2. Pri  toroide z hmoty -43 sú hraničné frekvencie 1,8 a 29 MHz a pri hmote -62, -KB prípadne 4C65 sú 3,5 a 29 MHz.  

      4.    Pokiaľ máme PSV na spodnej alebo hornej hraničnej frekvencii väčšie ako 1:3, napríklad na fd je PSV 1:1 a na fh je PSV 1:6, tak musíme riešiť problém.

      5 .  Pamätajme si: Pokiaľ máme PSV  >3 na spodnej frekvencii, tak máme malú indukčnosť transformátora. Pokiaľ máme väčšie PSV >3 na strane 29 MHz, máme veľkú indukčnosť transformátora. Vždy treba nájsť optimálny počet závitov pre dané toroidy tak, aby bolo maximálne PSV=2 rovnako na 29 MHz aj na 1,8 MHz. Reaktancia vinutia by mala byť 88 – 200 Ω, čo je asi 4-9 uH na 3,5 MHz.  S dvomi toroidmi sa dosiahne vyššia indukčnosť a s tromi ešte väčšia. Treba ju kompenzovať znížením počtu závitov, ale Ra=2800 Ω a p=56 musíme dodržať.  

 Príklad, zmerali sme na fd=1,8 MHz PSV=1:1,5 a na fh=29 MHz PSV=1:6. Znamená to, že máme veľkú indukčnosť transformátora a skúsime navinúť na primár len 1,5 závitov.   Celkový počet závitov  bude 1,5x7,5=11,25. Teda o 3 závity menej, ako sme pôvodne navinuli. Rozloženie závitov bude  1,5+4,5+5,5.  

        6. Transformátor poskladáme a zmerané PSV je na fd=1,8 MHz aj na fh=29 MHz menšie ako 1:2. Znamená to, že sa nám zmena počtu závitov podarila a transformátor bude dobre pracovať.

        7.  Ešte raz. Pokiaľ zmeriame veľké   PSV na spodnej frekvencii, tak musíme zväčšiť počet závitov, keď máme veľké PSV na hornej frekvencii musíme zmenšiť počet závitov trafa.

        8.  Podľa literatúry vieme, že transformátor s jedným toroidom FT240-43 má mať na primári 2 závity a rozloženie závitov je 2+6+7, ale mne opakovane vyšlo, že takto navinutý transformátor má veľkú indukčnosť. Potom som dal na primár 1,5 závitov s rozložením 1,5+4,5+5. Dosiahol som takýto priebeh PSV transformátora - 7,1/2,4 10,1/1,8 14,1/1,6 21,1/1,45 28,5/1,5 (MHz/PSV). Zlepšila sa činnosť transformátora.

        9.  Transformátor s dvomi toroidmi FT240-KB má na primári 1,75 závitov a rozloženie závitov 1,75+5,5+6,5. 

     10 .  Transformátor s tromi toroidmi FT240-KB má na primári 1,5 závitov a rozloženie závitov 1,5+4,5+5,5. PSV na hraničných frekvenciách sú na 3,5 MHz/1,9 a na 28,5/2,4, so 100 pF na vstupe.

     11.   Z toho vyplýva, že na všetkých navinutých transformátoroch musíme najskôr premerať priebeh PSV. Potom zapojíme na vstup kondenzátor 100 pF a na frekvencii 28,5 MHz zmeriame PSV, či po pripojení kondenzátora PSV kleslo. Až po vyhovujúcom výsledku merania môžeme transformátor použiť na EFHW anténu. Horšie je, keď nemáme dobrý anténny analyzátor. Ja používam nemecký FA-VA4, v dnešnej dobe odporúčam FA-VA6.

   12. Pohľad na hotovú jednotku transformátora EFHW.

Obr. 2 Transformátor EFHW 3xFT240-KB

    13. Posledný problém transformátora EFHW je jeho oteplenie pri vysielaní. Základný parameter transformátora sú straty vo feritovom toroide. Z meraní fy Myantennas vyplýva, že straty toroidu FT240-43 sú pod 0,5 dB, čo znamená že 10 % privedeného výkonu sa premení na teplo. Napríklad pri privádzanom výkone 100 W sú straty 10 W. To je vysvetlenie, prečo uzavretá umelohmotná krabička pre EFHW transformátor nie je  vhodné riešenie. Z fyziky vieme, že čím je väčší prierez feritového jadra, tým je jeho teplota pri danom výkone menšia. Čo je potrebné spraviť aby straty vo ferite boli čo najmenšie ? Prierez feritového toroidu by mal byť čo najväčší, vyberieme si feritový toroid s najmenšími stratami a  krabičku EFHW transformátora musíme vetrať. Najjednoduchšie je zabudovať do skrinky, pozri obr. 2,  do horného malého krytu,  malý ventilátor na 12 Vss. Sériovým rezistorom si nastavíme vhodné otáčky ventilátora. Ventilátor nám pomôže udržať teplotu feritu pod 100 stupňov aj pri väčšom výkone. Napájanie 13,8 V zoberieme zo zdroja pre transceiver a keď ho vypneme automaticky sa vypne aj ventilátor. Prípadne ho pošleme po koaxiálnom kábli spolu s vysokofrekvenčným signálom.   

Poznámka: Takmer všetky amatérske podklady na výrobu transformátora udávajú na primárnom vinutí dva závity a to nie je pravda. Na všetkých mojich transformátoroch z poslednej doby s toroidmi FT240-43 a FT240-KB bolo treba na primárnom vinutí len 1,5 závitov s rozložením závitov 1,5+4,5+5,5, teda spolu len 11,5 závitov, lebo 15 závitov už bolo veľa. Bez merania impedancie, prípadne PSV nespravíme dobrý EFHW transformátor.

Ostatné podmienky použitia širokopásmového transformátora nájdeme v článku „EFHW anténa dlhá 40, 20 a 10 metrov“ v tomto blogu. Oba články si dôkladne prečítajte.