I BALUN
Molto si è scritto sui balun ma
nonostante cio' rimane uno degli argomenti più oscuri per i radioamatori; credo che prima
bisogna avere chiari i concetti fondamentali (che cos'è, a cosa serve ecc.), con chiari
esempi pratici, e poi ci si puo' sbizzarrire con nozioni storiche, matematiche ecc.
La parola balun deriva dall'inglese balanced-unbalanced (bilanciato e sbilanciato) per
indicare appunto la sua funzione principale, quella cioè di adattare dispostivi
bilanciati a quelli sbilanciati (e viceversa); per ora diciamo solamente che un
dispositivo è bilanciato (come la maggior parte delle antenne) quando su ciascuno dei
suoi terminali d'ingresso esistono tensioni identiche rispetto a terra (se così non fosse
sarebbe sbilanciato);
un dipolo alimentato direttamente è bilanciato, un cavo coassiale invece è sbilanciato.
E qui viene il bello: quando mettiamo insieme un dispositivo bilanciato con uno
sbilanciato avvengono alcune cose che rendono "consigliabile" l'uso di un balun
(consigliabile significa che si puo' fare anche a meno, ma accadrà quello che sto per
descrivere).
Ora bisogna fare un po' di
attenzione, perché capito questo, sarà chiaro perché è meglio usare un balun (o
perché con un balun il dipolo ha una curva di R.O.S. più normale mentre senza sembra
impazzita ecc.).
Abbiamo un dipolo alimentato direttamente con linea coassiale (per esempio il classico
RG213); in condizioni normali, trasmettendo, abbiamo due correnti nella linea:
I1, che scorre nel conduttore centrale del cavo e che dal trasmettitore giunge all'antenna;
I2, che scorre (per effetto pelle, quello per il quale le correnti RF viaggiano sulla superficie dei conduttori e non in profondità) al contrario sulla superficie interna della calza del cavo;
Le due correnti, uguali ed
opposte, si annullano a vicenda e non si ha alcuna irradiazione di RF da parte della linea
coassiale.
Le due correnti giungono ai due bracci del dipolo per essere irradiate; ma una parte di
queste torna indietro; parte della corrente tornerà indietro attraverso la superficie
esterna della calza (non più interna); l'intensità di questa corrente (che chiameremo
I3) dipenderà dal valore di impedenza che la parte esterna della calza presenterà
rispetto a terra (cioè se incontrerà poca o molta resistenza al suo passaggio);
se l'impedenza della superficie esterna della calza sarà alta, la corrente incontrerà
grande resistenza e quindi la sua intensità sarà bassa (e quindi trascurabile); se
invece l'impedenza sarà bassa, questa corrente non troverà nessun "ostacolo"
al suo passaggio e sarà di valore abbastanza alto; in questo caso I3 provocherà un campo
RF e quindi la superficie esterna della calza irradierà come un braccio del dipolo: in
pratica è come se avessimo un dipolo a 3 bracci (vedi fig 1); la conseguenza di tutto cio'
è una distorsione del lobo di irradiazione (vedi fig 2);
in più questo "nuovo" braccio del dipolo (cioè il cavo di alimentazione),
spesso scorre (per arrivare in stazione) accanto a cavi ed antenne TV, fili elettrici ed
altro irradiando direttamente su questi; questo significa maggior probabilità di
provocare TVI.
Infine questo braccio "indesiderato" del dipolo (la linea di discesa), quando la
sua impedenza è bassa, influirà non poco sull'impedenza del dipolo (e quindi su R.O.S.);
ecco perché (senza un balun) variando la lunghezza della linea di discesa si modificherà
anche il R.O.S. dell'antenna.
Vediamo ora perché usare un balun; per eliminare questa corrente I3 indesiderata, bisogna
far si che la superficie esterna della calza presenti alta impedenza per la RF; questo
potrebbe aversi casualmente per certe lunghezze di cavo (in genere multipli dispari di
quarto d'onda) oppure attraverso un balun: la funzione principale del balun è quindi
EVITARE CHE SULLA SUPERFICIE ESTERNA DEL CAVO COASSIALE SCORRA LA CORRENTE I3 DI DISTURBO.
Il balun più semplice si ottiene appunto avvolgendo il cavo coassiale in più spire
proprio sotto il punto di alimentazione: questo realizza una semplice induttanza che fa
aumentare la resistenza (e quindi l'impedenza) della superficie esterna della calza al
passaggio di correnti RF (questo non influisce sulla corrente che scorre sulla superficie
interna della calza).