EA1DDO, HK1H, M0HAO, Dubus, amateur radio, ham equipment, ham radio, ham radio antennas, ham radio equipment, ham radio receivers, radio equipment, radioaficion, antenas, antena cubica, quad antenna, yaesu, ft dx9000, drake, tr4, tr7

Máximo Martín
QTH Locator IN53ui
EA1DDO@HoTMaiL.com

Como medir un Balun o choque

Medir Balun

Introducción

En la página anterior vimos como construir un balun 4:1 tipo Guanella con doble toroide.
Como ya expliqué antes, yo nunca había construído un balun de ese tipo, y como disponía de un analizador VNA, quería medir el balun a ver como funciona.
Lo más sencillo es poner una resistencia del valor adecuado, en este caso al ser un balun 4:1 sería una resistencia de 200 Ohm, y medir ROE, pero me di cuenta que esa medida no nos dice mucho de como está funcionando el balun. Esa prueba solo nos dice si la transformación está bien, pero no dice si el balun está equilibrando bien, ni cuántas pérdidas tiene, ni ninguna otra cosa. Entonces empecé a investigar que medidas se pueden hacer a un balun, y como hacerlas con un VNA. Tengo que decir que solo encontré dos o tres documentos donde comentaban el tema, pero no lo explicaban claramente, así que tuve que ir sobre la marcha, investigando y aprendiendo según descubría.
Donde sí encontré ayuda fue en Paco EB3DMR y Francisco EB3DYO. Los tres estubimos intercambiando muchos datos y pruebas tal como quedó reflejado en el siguiente hilo del foro de URE.

Encontré un documento de Anaren donde enumera las medidas más comunes:

  • Atenuación total
  • Pérdidas de retorno o ROE
  • Equilibrio o desequlibrio de Fase
  • Equilibrio de Amplitud
  • Rechazo al modo común - CMRR

Llegados a este punto, unas cosas llevan a otras, y todo se va complicando cuando es la primera vez.
Todas esas medidas se hacen con números complejos, y los VNA exportan todos esos datos en un formato estándar llamado Touchstone.

Archivos Touchstone

Solo voy a comentar el tema para saber de que estamos hablando.
Si a alguno le interesa este tema, puede profundizar en él con la documentación y enlaces que hay al final de esta página.

En el año 1984 una empresa llamada EEsoft creó un formato para exportar datos de su programa Circuit Simulator, y lo llamó Touchstone.
Posteriormente, Hewlet Packard (hoy Keysight) compró esa empresa, y el formato Touchstone quedó como estandar.

Hoy en día, todos los VNA exportan sus medidas en ese formato.

El formato Touchstone es un archivo de texto, que se puede abrir y editar con cualquier programa de edición de texto.
La extensión del archivo es SnP, siendo n el número de puertos usados, por ejemplo, *.s1p *.s2p *.s4p, etc.

El archivo puede tener los datos en diferentes formatos; parámetros-S, Real-Imaginaria, Fase-Amplitud, etc.
No todos los programas son capaces de importar todos los formatos. Hay que asegurarse antes.

A modo de ejemplo, un archivo .s2p puede tener el siguiente aspecto.
Si se omiten los ceros, puede distinguirse la frecuencia en Hercios, y los valores Real e Imaginaria (RI).

# Hz S RI R 50
1500000 0 0 0.006442 -0.000195 0 0 0 0
1563333 0 0 0.006421 -0.000132 0 0 0 0
1626666 0 0 0.006369 -0.000183 0 0 0 0
1690000 0 0 0.006350 -0.000164 0 0 0 0
...

La mayoría de los VNA sencillos que podemos conseguir actualmente (2017) son de dos puertos, así que nosotros vamos a trabajar con archivos Touchstone, bien *.s1p para mediciones de un solo puerto (S11, pérdidas de retorno, ROE, etc.), o archivos *s2p para mediciones sobre dos puertos simultáneos (S21, S31, pérdidas, etc).

Parámetros de dispersión S

Aquí tampoco voy a profundizar en el tema, tan solo comentar lo mínimo que necesitamos saber para poder realizar las medidas.
Como dije antes, los datos de la mediciones que el VNA va a realizar se denominan Parámetros S.
Según donde se conecte el VNA al balun, será una medición S diferente.

Un balun se dice que tiene tres puertos;

  • Puerto 1, toma desbalanceada (donde se conecta el coaxial)
  • Puerto 2, una de las entradas balanceadas, y masa
  • Puerto 3, la otra entreda balanceada, y masa

Para explicarlo de manera sencilla, las mediciones se las nombra con la letra S, seguida de dos números.
El primer número es el puerto de salida, y el segundo número es el puerto de entrada, del balun.
Y como con el VNA podemos hacer mediciones usando un solo puerto, o dos puertos, podemos medir; S11, S22, S33, S21, S31, S32, S23, etc.

Parametros S

Choques de RF

Los llamados Choques de RF son la forma más sencilla de balun.
Al ser simplemente un arrollamiento de un cable coaxial (o bifiliar) sobre sí mismo o sobre una ferrita, se consigue una determinada impedancia que impide pasar la I3, con lo cual fuerza a que I1 se iguale a I2.
Aquí no hay relación de transformación, solo impedancia de choque, por lo tanto lo que nos interesa saber de un choque de RF es cuánta impedancia produce y dónde la produce (sobre qué rango de frecuencias).

Probar un choque de RF midiendo ROE con una carga NO sirve para nada.
Se da por supuesto que las soldaduras están bien y que todo está bien, por lo que medir ROE sirve para muy poco, no nos dice ni cuánta impedancia presenta, ni donde la presenta, ni pérdidas, ni ancho de banda, nada. Solo sirve para comprobar las soldaduras y poco más.

Para saber cuánta impedancia presenta y dónde, tenemos que poner el VNA en modo S21, usando dos puertos, para medir atenuación.
Seguidamente hay que preparar unos latiguillos lo más cortos posibles (unos 10cm) para los puertos Tx y Rx del VNA.
Esos latiguillos se pueden hacer con cable o hilo de cobre forrado. No necesita coaxial, un solo conductor.
Para facilitar la prueba en los balun se le puede colocar un cocodrilo en cada punta, como en la siguiente imagen.

Puntas Choque

Con el VNA calibrado inyectaremos la señal por el puerto desbalanceado o coaxial y la toma Rx del VNA la colocaremos en uno de los dos puertos balanceados. Hacemos un barrido desde 1 hasta 30 MHz, por ejemplo, y veremos que atenuación presenta a lo ancho de todo ese espectro.