Kabelbalun 1:4, 1:1 und 1:2

Wie funktioniert ein Kabelbalun?

Ein Kabelbalun 1:4 dürfte gehobenes Prüfungswissen Amateurfunkprüfung sein.
Anbei ein Bild vom Prinzipaufbau, stammt aus Rothammel S. 130, 11. Auflage.
Das "Geheimnis" ist die Umwegleitung mit einer elektrischen Länge von 1/2 Lambda.
Die bewirkt eine Phasenverschiebung von 180°, also selbe Spannung mit umgekehrtem Vorzeichen.
Damit erhalten wir erdsymmetrisch zu GND Koaxkabel die doppelte Spannung.
Da die Leistung konstant bleibt, muss sich daher der Strom halbieren, P = U x I.
Man erhält somit eine Widerstandstransformation 1:4 bei doppelter Spannung und halbem Strom.
Mit konstanter Leistung ergibt sich dann Pin = Pout = (0,5 x I)² x 4R = (2 x U)²/4R.
Dieser Balun 1:4 ist bestens geeignet, eine üblichen Schleifendipol zu speisen.
Eigentlich haben Schleifendipole 240 Ω, auf Kurzwelle erdnah sind es eher 200 Ω.
Ähnlich ist es, wenn man dem Schleifendipol nicht zu nah einen Reflektor gönnt.

Das Prinzip des Kabelbaluns ist natürlich nicht nur auf 50 Ω beschränkt.
Es wird immer schwieriger, Symmetrierglieder 240/300 Ω für alte Radios zu kaufen.
Das funktioniert natürlich auch mit 75 Ω bei Rundfunk, um auf symmetrische 300 Ω zu kommen.
So ein Beispiel sieht man unten im angehängten Bild.
Der Balun ist direkt an einer Yagi, dem Faltdipol, für Rundfunk UKW FM.

Vor- und Nachteile des Kabelbaluns
Nachteile gibt es kaum, sie können jedoch auf den langen Bändern unhandlich groß werden.
Eine kleine Einschränkung gibt es, funktionieren nur auf einem Band oder dreifacher Frequenz.
Der größte Vorteil, so ein Balun ist sehr nachbausicher, auch bestens für Anfänger geeignet.
Man kann fast nichts falsch machen, sofern man den Verkürzungsfaktor des Kabels beachtet.
Auch benötigt man außer Antennenkabel kein spezielles Material oder besondere Werkzeuge.
Je nach verwendetem Antennenkabel taugt ein Kabelbalun auch für ernsthaft QRO >> 100 Watt.

In der Überschrift mit Kabelbalun 1:2 schummelte ich etwas.
Der Balun transformiert von 50 Ω Koax auf 112,5 Ω symmetrisch, nicht exakt auf 100 Ω.
Dieser Balun ist prima geeignet für Quadschleifen, sind im Lehrbuch mit 117 Ω angegeben.
Halbwegs erdnah, also nicht Freiraum, haben diese 112 Ω, also perfekte Anpassung.

Transformationsleitung 1/4 Lambda 25 Ω und 37,5 Ω
Die Transformationsleitungen werden für die Varianten 50 Ω und 112 Ω zusätzlich benötigt.
Auf die gehe ich im zweiten Teil mit den Simulationen ein, entfällt bei 50 Ω auf 200 Ω.
Man kann die platzsparend aufrollen oder als Zuleitung zwischen TRX und Antenne nutzen.
Letzteres ist für die untere Kurzwelle interessant, man spart einige Meter Koaxialkabel 50 Ω.

Fortsetzung mit Simulationen folgt bald!

73 de Andreas

Simulationen und Bauvarianten

Betrachten wir zunächst den einfachsten Fall, Balun 50 Ω auf symmetrisch 200 Ω.
Eigentlich eher aus Simulationsgründen nahm ich zweimal 100 Ω in Serie statt direkt 200 Ω.
In der Mitte die Verbindung zu GND muss nicht sein, ist aber zulässig.
Das kann interessant sein, wenn man einen Schleifendipol auf Erdpotential bringen will, Blitzschutz.
Für die Umwegleitung 1/2 Lambda nahm ich Koaxkabel 75 Ω, welche mit 50 Ω funktionieren auch.
Kabel 75 Ω sind Massenware, auch hochwertige bekommt man meist deutlich günstiger als welche mit 50 Ω.
Da allerdings aufpassen, vermehrt werden welche vom Typ StaCu angeboten, gerade die für Sat.
Das ist dann Stahldraht, der dünn verkupfert ist, eine Kupferschicht um die 3 µm reicht ab 1 GHz.
Anders bei Kurzwelle, bei 7 MHz beträgt die mittlere Eindringtiefe (Skineffekt) 25 µm.
Netter Nebeneffekt, wenn man Kabel 75 Ω gegenüber 50 Ω nimmt, wird der Balun breitbandiger.

In der Simulation interessiert uns eigentlich nur die Anpassung, perfekt auf Sollfrequenz.
Zusätzlich sieht man den Phasengang, meist unwichtig, macht um die Sollfrequenz einen Sprung.
Wie man sieht, ist im ganzen Amateurfunkband eine gute Anpassung gegeben.

Balun 50 Ω auf symmetrisch 112 Ω
Der Balun funktioniert so wie zuvor, es ist jedoch eine Transformation mit 1/4 Lambda hinzugekommen.
Manche Leser werden sich jetzt wundern, Kabel mit 37,5 Ω ist höchstens als Sonderanfertigung erhältlich.
Die Sache ist ganz einfach, zweimal 75 Ω parallel, identische Kabel, ergibt unsere gewünschten 37,5 Ω.
Transformiert man damit, kommt man von 50 Ω auf 28,1 Ω.
Da der eigentliche Balun ja weiterhin 1:4 macht, landet man so bei 112 Ω für z.B. eine Quad.

Wie man in der Simulation sieht, setzte ich den Marker etwas oberhalb der Mittenfrequenz auf 14,34 MHz.
Auch da ist prima Anpassung gegeben, -33 dB ist praktisch nichts, weniger als 1/1000 Reflexion.
Zur Orientierung, ein Teilstrich auf der Y-Achse beträgt bei allen Diagrammen -5 dB.

Balun 50 Ω Koax auf 50 Ω symmetrisch funktioniert natürlich auch!
Ist wieder das gleiche Prinzip wie bei 50 Ω auf 112 Ω symmetrisch.
Nur hier transformieren wir von 12,5 Ω auf 50 Ω symmetrisch mit dem anschließenden Balun 1:4.
Unsere Transformationsleitung muss dann 25 Ω haben, man nimmt zwei identische Kabel 50 Ω parallel.

Diesmal setzte ich den Marker links unterhalb des Resonanzpunkts auf 13,57 MHz.
Auch -20 dB Reflexion ist ein guter Wert, es kommt 1/100 der hineingeschickten Leistung zurück.
Übliche einfachere analoge SWR-Meter mit Zeiger werden annähernd ein SWR = 1 anzeigen.

In den Simulationen nahm ich immer glatt 14 MHz als Mittenfreqenz des Baluns, Bandanfang CW.
Meist ist es sinnvoller, bei der Dimensionierung Bandmitte zu nehmen, ganz nach Vorliebe.
Bitte nicht die Kabellängen, die in den Schaltbildern zu sehen sind, übernehmen!
Bei den Simulationen nahm ich die reine Wellenlänge, also Verkürzungsfaktor nicht berücksichtigt.
Wie bekannt haben Kabel wie RG58 und RG213 sowie RG59 (75 Ω) einen Verkürzungsfaktor von 0,66.
Als Beispiel, rechnet man für 14,1 MHz, kommt eine Kabellänge von 351 cm für 1/4 Lambda heraus.
Bei Sat-Kabeln muss man in die Datenblätter schauen, haben meist um die 0,84 als Verkürzungsfaktor.
Für andere Bänder rechnet man entsprechend mit der einfachen Formel <Lambda = 300/Frequenz> um.

73, Andreas

Welche Rundfunkkabel 75 Ω sind empfehlenswert?

Ich schlage vor, wir sammeln hier ein paar Vorschläge.
Mein Favorit ist seit vielen Jahren LCD111 von Kathrein.
Das ist ein Kabel mit echtem Kupferinnenleiter 1,13 mm, kein StaCu.
Anbei im Bild ein Datenblattauszug, Kabel mit prima Werten.
Das Kabel ist recht brauchbar erhältlich, auch bei Elektrohändlern.
Nimmt man eine ganze Rolle 100 m ab, kann man mit ca. 100 Euro rechnen.
Ob es von dem Kabel auch Plagiate Bambushütte gibt, weiß ich nicht.

73, Andreas

Aufbau LCD115

Letztens bestellte ich bei einem großen Elektrohändler eine Rolle LCD115 von Kathrein.
Demnächst ist etwas Abänderung beim Sat-Empfang TV geplant, Arbeiten auf dem Dach.
Die Kabel LCD111 und LCD115 sind elektrisch gleich, das schwarze LCD115 ist UV-beständig.
Das weiße LCD111 ist eher für den Innenbereich gedacht, gängiger und etwas günstiger.
Beide Kabel sind für feste Verlegung, bitte beachten, keine Alternative zu Litzenkabeln.

Wie man im Bild sieht, ist es recht hochwertig aufgebaut, nicht nur Innenleiter echt Kupfer.
Ab Dielektrikum eine dünne Folienschirmung, dann eher üppig Kupfergeflecht verzinnt.
Abschließend wieder Folienschirm Alu und dann außen recht starr der schwarze Kunststoff.
Das mittige Kupfergeflecht sieht vertrauenserweckend aus, nicht so wie bei Billigkabeln.

Zuvor schrieb Günter was zu einem von den Daten her recht ähnlichen Antennenkabel.
Auch das ist schwarz und UV-beständig, deutlich günstiger, nicht ca. 1 Euro pro Meter.
Bei dem ist jedoch der Nachteil, daß es nur Schirm aus Alu hat, kein Kupfergeflecht.
LCD115 und LCD11 sollten auch für brauchbar Leistung taugen, nicht nur etwas über QRP.
Beide Kabel haben eine Vodafone-Freigabe, werden vermutlich auch für Sendezwecke benutzt.

73, Andreas