Sadržaj: 

  1.  Šta je "common-mode" struja?

  2.  Zašto common mode struja smeta na predaji?

  3.  Zašto common mode struja smeta na prijemu?

  4.  Kakve antene imaju najmanje/najviše problema sa c.m. strujom?

  5.  Na koji način rezonancija antene utiče na c.m. struju?

  6.  Koji su osnovni načini sprečavanja c.m. struja?

  7A. Da li se c.m. struje javljaju samo kod koaksijalnih vodova?

  7B. Da li su c.m. struje slabe "po svojoj prirodi"?

  7C. Moja omiljena knjiga o antenama uopšte ne pominje c.m. struje!

  7D. Moj omiljeni autor samo namota malo žice na prvo jezgro koje nadje!

  7E. Imam "kupovni" balun - da li je dobar?

  8.  Da li je "balun", "baloon" ili "balon"?

  9.  Da li je dobar balun uvek može da spreči common-mode struje?

 10.  Koja je "zanemarljiva" mera za potiskivanje c.m. struja?

 11.  Šta je "naponski" balun?

 12.  Šta je "strujni" balun?

 13.  Detaljnije o radu "strujnog" baluna

 14.  Rezonancija "strujnog" baluna

 15.  Neophodna veličina common-mode impedanse "strujnog" baluna

 16.  "Strujni" balun bez feritnog jezgra 

Uvek kada imamo prenosni vod od dve žice, struje I1 i I2 (kroz jednu i drugu žicu) treba, ali ne moraju da budu

jednake po intenzitetu i, naravno, suprotnog smera. 

Normalno je I1 = - I2, pa je zbir struja nula:  I1 + I2 = 0.

Medjutim ne mora uvek tako da bude, može njihov zbir i da ne bude nula i onda taj zbir zovemo "common mode",

 "sinfazna", "longitudinalna" ili "uzdužna" struja: 

  Icm = I1 + I2 

"Normalna" struja koja pobudjuje antenu na način kako je antena projektovana zove se "diferencijalna", "protivfazna",

 "transverzalna" ili "poprečna" struja: 

  Id = (I1 - I2) / 2 

Struje I1 i I2 mogu da se izraze preko struja Id i Icm: 

  I1 = Icm / 2 + Id

  I2 = Icm / 2 - Id 

  Ovo važi za simetričan vod sa simetričnom raspodelom Icm na obe žice. Kod (idealnog) koaksijalnog voda struja Icm

  teče po spoljnoj strani oklopa, a Id po unutrašnjoj strani oklopa i po srednjoj žici,pa za coax važi (opet je zbir jednak

  Icm): 

  I1 = Icm + Id   (struja kroz oklop)

  I2 =     - Id   (struja kroz unutrašnju žicu) 

  Icm = I1 + I2

  Id  =    - I2 

  * gubi se deo snage predajnika;

    ako je antena simetrična i rezonantna taj gubitak nije veliki,   ali ako je antena nesimetrična i/ili     

    nerezonantna,gubitak može da dostigne i desetak dB; 

  * "maskira" se i izobličava rezonancija antene:

    ono što se meri je u stvari rezonancija celog sistema  u kome i  oklop koaksijalnog voda radi kao deo antene; 

    rezonancija tog sistema ne mora da ima nikakve veze sa  rezonancijom same antene, tj.činjenica da smo podesili

    rezonanciju sistema uopšte ne znači da je antena bilo gde blizu rezonancije, što može izavati već  pomenute velike

    gubitke; 

  * common-mode struja teče od antene nazad u stanicu i ometa  rad uredjaja, kvari modulaciju, "pecka" pri dodiru

     metalnih delova uredjaja i, što je najgore, prosto preko žica za napajanje  teče u druge uredjaje u okolini izazivajuci

     smetnje (većina takvih smetnji nema veze sa "zračenjem", vec je izazvana prostim proticanjem common mode

    struje  kroz žice). 

Istim putem, samo u suprotnom smeru idu smetnje koje okolni televizori, računari i drugi uredjaji pričinjavaju VAMA! 

Dakle, od televizora, kroz mrežu za napajanje do "mase" radio uredjaja, zatim po oklopu koaksijalnog voda do antene,

gde "ulaze u unutrašnjost" koaksijalnog voda i idu pravo u ulaz vašeg prijemnika. 

Ako slabljenje common mode struje poboljšamo, recimo, 10 puta, to ne mora da ima poseban značaj na predaji gde

će se gubici snage smanjiti 100 puta sa, recimo, 10 % na 0.1 %, sto čini svega 0.45 dB.

Medjutim, smetnje koje vaš TX pravi okolnim uredjajima, KAO I SMETNJE KOJE TI UREDJAJI ČINE VAŠEM PRIJEMU

smanjuju se 100 puta, tj. za 20 dB! 

Najmanje problema imamo kod simetričnih antena, simetrično postavljenih u odnosu na okolinu, koje su podešene u

rezonanciju i imaju malu impedansu u tački napajanja, tj. napon napajanja je mali.

Tu spadaju: polutalasni dipoli, Yagi antene sa simetričnim napajanjem (ne gamma-match!), simetrične petlje (koje su

malo teži slučaj od prethodnih zbog više impedanse napajanja).

Najviše problema imamo kod asimetričnim antena (a la FD4), antena nesimetrično postavljenih u odnosu na

okolinu, ground plane antena (vrlo ozbiljno!), uopšte antena van rezonancije i antena sa visokom impedansom

napajanja (zbog visokog napona napajanja). 

Vrlo jednostavno - van rezonancije se naglo povećava impedansa antene (samo reaktivni deo, dok se otpornost

 zračenja menja sporo). Zbog toga se van rezonancije naglo povećava i napon napajanja antene (pri konstantnoj

 snazi), a taj napon (ili deo tog napona) po Omovom zakonu proizvodi srazmerno jaču common-mode struju. 

Postoje dva osnovna načina: 

  * simetrijom - c.m. struja se poništava strujom iste jačine u suprotnom smeru; 

    primer: simetrični polutalasni dipol napajan simetričnim (paralelnim)  vodom

             koji je priključen na simetrični izlaz predajnika, pri čemu antena,

             vod i predajnik imaju simetričan položaj medjusobno i u odnosu na okolinu; 

    primer: simetrični polutalasni dipol napajan koaksijalnim vodom

             koji je priključen na antenu preko "naponskog" baluna

             (transformatora, vidi tačku 11), pri čemu antena i vod

             imaju simetrican polozaj uzajamno i u odnosu na okolinu; 

          * izolacijom - na "put" common mode struje ubacuje se dovoljno visoka

             impedansa koja tu struju smanjuje na zanemarljivu meru; 

    primer: simetrični polutalasni dipol napajan koaksijalnim vodom

             koji je priključen na antenu preko "strujnog" baluna

             (prigušnice, vidi tacku 12), pri čemu antena i vod

             imaju simetričan položaj medjusobno i u odnosu na okolinu; 

Ne, tome su jednako podložni i koaksijalni i simetrični vodovi.

Vidi tačku 1.

Sama činjenica da koristimo "simetrični" vod uopšte ne mora da znači da imamo bilo šta simetrično u električnom

smislu: impedanse, napone, struje. 

Za električnu simetriju se moramo pobrinuti posebno. 

Što se tiče c.m. struja, simetrija je sredstvo za njihovo potiskivanje, a ne cilj po sebi. Iz tog razloga je prilično

 neodgovarajući termin "simetriranje". Zvuči smešno govoriti o "simetriranju" pri napajanju FD4 antene koaksijalnim

 vodom jer ni antena ni vod nisu simetrični. Ali u pogledu common mode struja to je vrlo ozbiljan slučaj. 

Nisu.

Naprotiv, "po svojoj prirodi" mogu biti vrlo jake. U načelu su te struje istog reda veličine kao i "normalna" struja u

 anteni. 

Da, mnoge knjige o antenama zanemaruju problem napajanja, sto uopste ne znači da je to zanemarljivo.

Popunite prazninu citajuci ovaj tekst.

Dobar je koliko i hirurg koji vam prosto izvadi prvi organ na koji naidje, bez obzira na dijagnozu. 

Može biti, ali i ne mora.

Sama činjenica da je balun "kupovni" ne govori mnogo više od toga da je vaš novac sada u tudjem džepu.

Pročitajte ovaj tekst da bi ste shvatili šta je bitno, a zatim izmerite vaš balun i saznaćete istinu. 

Ne, nije balon (ni dečiji, ni Cepelin, niti onaj za rakiju  :-)  

"Bal-un" (izgovor "bal-an") je skraćenica od "balanced-to-unbalanced", takodje poznat i kao "član za simetriranje,

što je takodje nesrećan termin, vidi tačku 7A. 

Ne, balun samo sprečava proticanje common-mode struje na spoju antene i napojnog voda. Medjutim, ako napojni

vod ne stoji simetrično u odnosu na antenu, u vodu će se indukovati izvesna common-mode struja bez obzira na

postojanje baluna. 

Dakle, balun sprečava da common-mode struja poteče preko "galvanske" veze antene i voda, a njihov uzajamni

 simetrični položaj sprečava indukovanje dodatne common-mode struje. 

U kritičnim situacijama mogu se dodati još jedan ili više "strujnih" baluna (prigušnica) na pogodnim tačkama voda,

dalje od priključka na antenu. Time će se oslabiti i indukovane common-mode struje, ali SAMO da delu voda dalje ka

 predajniku. 

Zavisi od situacije, tj. od toga koliko te struje mogu da naprave problema pomenutih u tačkama 2 i 3. 

U radioamaterskim uslovima se može smatrati da je "dovoljno" potisnuti common-mode struju na 1/20 deo od struje

 same antene, mereno na antenskom kraju napojnog voda.

Iako je to pravilo dovoljno za rezonantne i simetrične antene, kod simetričnih se mogu javiti dodatni problemi, pa

svaku takvu situaciju treba u načelu posebno razmotriti. 

"Naponski" balun je vrsta transformatora kojim se koaksijalni vod spaja sa antenom. Naponi na priključcima za antenu

su jednake veličine (mereno u odnosu na oklop na kraju voda), ali suprotnih znakova. 

Ako je antena simetrična, i ako ona i napojni vod imaju simetričan položaj medjusobno i u odnosu na okolinu,common-

mode struja koju izaziva galvanska" veza oklopa voda sa jednim priključkom antene biće poništena common-mode

 strujom koju izaziva "galvanska" veza oklopa sa drugim priključkom antene. 

Obratite pažnju na to da se ovde govori o "galvanskim" vezama, a ne o indukciji. 

Ovakvi transformatori obicno imaju vrlo malu impedansu izmedju ulaznih i zlaznih priključaka - kod nekih sam izmerio i

 samo 1 Om!  Zbog toga i prilično mala nesimetrija može da pokvari "balans", tj. pomenute struje se više neće

 poništavati i kao rezultat toga teći će značajna common-mode struja. To je VRLO OZBILJNA praktična mana

 "naponskih" baluna! 

Primeri "naponskih" baluna:

  * balun 1:1 sa trifilarnim namotajem;

  * balun 1:4 sa dva redno vezana namotaja;

  * balun 1:4 načinjen od voda duzine lambda/2. 

"Strujni" balun je prigušnica sa dovoljno visokom impedansom koja se ubacuje na "put" common-mode struje, cime

se ta struja slabi na zanemarljivu meru;

Prigušnica treba da ima visoku impedansu SAMO za common-mode struju, dok za diferencijalnu ("normalnu") struju

 treba da se ponasa kao napojni vod, tj. ne sme uopste da remeti proticanje diferencijalne struje.

Ovakve prigušnice se prave tako što se deo napojnog voda namota u oblika kalema, najćešce na feritnom toroidu.

Ako je vod koaksijalni, namotaji mogu biti jedan do drugoga bez uticaja na diferencijalni način rada voda, tj. ne menja

 se karakteristična impedansa voda.

Ako je vod paralelan, blizina namotaja može da izazove promenu karakteristične imepdanse tog dela voda, što može,

ali i ne mora da ima štetne posledice, tj. to treba proveriti u konkretnom slucaju.

Ovde ćemo koristiti oznake Icm i Id iz tačke 1.

Kada se prenosni vod namota na ferit, onda magnetno polje pravi samo struja Icm. Struja Id ne pravi magnetno polje

 zato ona teče u jednoj žici na jednu stranu, a u drugoj na drugu stranu, pa se ta magnetna polja potiru.

Iz ovoga sledi da impedansa namotaja utiče samo na struju Icm. Ako je impedansa dovoljno velika, ona će smanjiti

 struju Icm na zanemarljivu vrednost, potpuno isto kao što bi uradila svaka prigušnica sa istim brojem namotaja na

 istom feritu. Zato tu impedansu nazivamo "common mode impedansa baluna".

Namotaji na feritu ne utiču na struju Id, pod uslovom da obe žice zajedno čine prenosni vod sa istom

karakterističnom impedansom kao i ostatak sistema (da se ne kvari SWR). Kao i kod svakog voda, karakteristična

impedansa zavisi od prečnika žica i njihovog rastojanja. 

Pošto je ovakav balun u stvari prigušnica (samo za struju Icm), on se i ponaša kao prigušnica, posebno u sledećem.

Induktivnost namotaja zajedno sa parazitnim kapacitivnostima čini paralelno oscilatorno kolo koje ima najveću

impedansu na rezonantnoj frekvenciji f0. 

To znači da ćemo najbolju izolaciju za struju Icm postići ako podesimo broj namotaja i način motanja tako da

sopstvena rezonantna frekvencija bude približno jednaka geometrijskoj sredini frekventnog opsega. Na primer,

za opseg od 3.5 do 30 MHz treba podesiti f0 na 10 MHz, a za opseg od 14 do 29 MHz treba podesiti f0 na 20 MHz.

Na taj način se dobija najbolja izolacija na rezonantnoj frekvenciji, a na donjoj i gornjoj granici opsega se izolacija

kvari u podjednakoj meri. 

Obično se zadovoljavamo da Icm smanjimo na 5 % od Id.

Kod simetrične i rezonantne antene to znači da common mode impedansa baluna bude bar 10 puta veća od

impedanse antene, što za obične antene izadje na najmanje 500 Oma. Kupovni baluni retko kada imaju toliko, a

često sam sretao i one sa par desetina Oma.

Ako antene nije rezonantna, uslovi rada za balun se naglo pogoršavaju (struja kroz antenu ostaje skoro ista, a

napon se znatno povećava) i vrlo je teško potisnuti struju Icm pomoću prigušnice (vidi tačku 5). U takvom slučaju

 jedino rešenje je napajanje simetričnim vodom uz strogu simetriju celog sistema (vidi tačku 6). 

Jačinu common mode struje kod simetrične i rezonantne antene može se proceniti na sledeći način. 

Dato je:  Ptx = snaga predajnika

            Ra  = impedansa antene (realna jer je u rezonanciji)

            Zcm = common-mode impedansa strujnog baluna 

Računamo: Ua  = SQRT (Ptx * Ra)   napon napajanja antene

                Ucm ~ Ua / 2      common-mode napon izmedju priključka antene i oklopa voda

               Icm = Ucm / Zcm   common mode struja na spoju oklopa voda i antene 

Ako antena nije rezonantna, napon Ua ce biti znatno veći: 

Dato je:  Ptx = snaga predajnika

            Za  = Ra + i * Xa    impedansa antene

           Zcm = common-mode impedansa strujnog baluna 

Računamo: Ia  = SQRT (Ptx / Ra)                     struja napajanja antene

               Ua  = Ia * SQRT (Ra ^ 2 + Xa ^ 2)   napon napajanja antene

               Ucm ~ Ua / 2            common-mode napon izmedju priključka antene i oklopa voda

               Icm = Ucm / Zcm         common mode struja na spoju oklopa voda i antene 

Balun može sasvim lepo da se napravi i samo od koaksijanog voda, bez feritnog jezgra. Treba namotati nekoliko namotaja jednoslojno i podesiti rezonantnu frekvenciju kao u tacki 14. 

Izolacija i radni opseg takvog baluna su prilicno lošiji nego kod feritnog, ali ako se pažljivo napravi (čitaj: podesi rezonancija), može lepo da posluži za jedan ili par susednih opsega.