Wie finde ich heraus, ob mein/ein Balun für die Anwendungen im jeweiligen KW-Amateurfunkband gut geeignet, oder evtl. kaputt ist ?
Beachte: das SWR sagt überhaupt nichts darüber aus !

Eine Minute 100 Watt auf 15m gesendet / Thermografiebilder sind viel weiter unten !
In den allermeisten Fällen werden Drahtantennen fertig mit Balun erworben und so gut es das QTH zuläßt gespannt/aufgehängt. Der Balun ist so nicht mehr messtechnisch zugänglich und aus der SWR-Anzeige sind auch keine weiteren Erkenntnisse abzuleiten. Man funkt eben drauf los und freut sich über zahlreiche QSOs auf den Bändern. Nur manchen OMs kommen mit der Zeit Zweifel auf, ob da auch alles ok ist mit der Antenne. Der Draht ist meistens unschuldig, der Balun gerät unter starken Verdacht.
Hat man evtl. auf einem Flohmarkt eine ältere, gebrauchte Antenne erworben und der Verkäufer lobte das Teil und sprach von "gutem VSWR", so bedeutet das überhaupt nichts. Man weiß nie was in Wahrheit auftritt, wenn die Antenne hängt. Der Balun könnte mit unzulässig hoher Sendeleistung überhitzt worden sein (siehe weiter unten), oder intern einen Wackelkontakt haben (siehe folgender Absatz), man sieht es ihm von aussen nicht an. Die Betrachtung des SWR liefert auch keine wahren Erkenntnisse, nur durch die richtige Messung (siehe weiter unten) kommt man wirklich dahinter.
Ein altersabhängiges Problem sind bei Fritzel-Baluns die innen fehlenden Zahnscheiben an den Kabelschuhen/Lötösen und die Art der Befestigung der 2 Schraubanschlüsse für die Antennenlitzen. Da wird das alternde Kunststoffgehäuse durch Materialschwund etwas dünner, der Kontaktdruck schwindet und es können Wackelkontakte und hochohmige Verbindungen entstehen. Die Baluns der Fa.Fritzel, Serie 70 und 83 neigen dazu. Da die Baluns fest verklebte 2 Gehäusehälften haben, kann man weder reinschauen, noch die Schrauben nachziehen. Dies ist ein uralter Mangel den andere OMs schon vor Jahrzehnten moniert hatten. Im Zuge meiner Messungen habe ich durch diese schlechten Kontakte und Übergangswiderstände die wildesten und widersprüchlichsten und instabilen Messwerte gesehen. Ein Balun im Einsatz mit diesem Problem ist zum Verzweifeln, denn ein Nachziehen der Muttern verbessert/löst das Problem selten dauerhaft! Vielleicht mag einer meiner Leser einen guten Balun selbst anfertigen mit dem wasserdichten (IP65) Industriegehäuse 100 x 100 x 57 BOPLA ET212, das einen FT240 Kern aufnehmen kann.
Dann ist da auch noch die Breitbandigkeit des Baluns, oft wird 1MHz bis 30MHz oder sogar 50MHz angegeben. Also ein sehr großer Frequenzbereich, der sechs Oktaven umfaßt. So breitbandig ist in der Realität eine echte Herausforderung, besonders bei Spannungsbaluns. Ein geeigneter Ringkern, mit dem richtigen Draht bewickelt, der evtl. richtig verdrillt wurde und so einen Wellenwiderstand um 50 Ohm aufweist, alles das ist notwendig. Man kann das mit dem NanoVNA und einem guten 2-Kanal Oszilloskop nachmessen, indem man den Balun mit einem induktivitätsarmen 50 Ohm Abschlusswiderstand versieht, die Tastköpfe an die beiden Schraubanschlüsse klemmt und zumindest eine Masseklemme aussen an den Koaxstecker klemmt.

Dazu gibt es noch eine weitere Überlegung zum Thema der Breitbandigkeit eines Baluns

Wozu muss z.B. ein Dipol, oder ein Beam, der ab dem 20m-Band resonant ist, mit einem Balun betrieben werden, der schon ab ca.1MHz gut funktioniert? Gute Werte der Symmetrie und Anpassung ab ca. 10MHz sind da doch völlig ausreichend. Dabei schadet die tiefe Nutzfrequengrenze doch nur, sie erfordert mehr Windungen, evtl. sogar einen höher permeablen Kern, also mehr Draht und das bedeutet mehr ohmschen Verlustwiderstand durch Kernverluste, durch den Skin-Effekt, was bis 98% aller Verluste verursacht. Es liegt doch eigentlich nur an den Händlern und Herstellern, die die Produktvielfalt wirtschaftlich bedingt klein halten wollen. Mit solch einem suboptimalen Balun verschenkt der OM wertvolle Zehntel dB beim S21. Siehe die Tabelle "Verlustleistungs-Rechner" weiter unten. Eigenbau mit weniger Draht/Windungen auf optimalem Kern, dafür aber mit 1,15mm CuL-Draht statt 0,8mm, lohnt sich sehr!

Welcher 1 zu 1 - Balun ist gut geeignet ?
Seine Symmetrier-Eigenschaften zuerst

Der Messaufbau für Baluns:
Da sich die Koaxzuleitung zum Balun als handempfindlich gezeigt hat, muss ein Mantelwellenfilter vorgeschaltet werden für stabile Messergebnisse!
Balun gut> Balun schlecht>
Der grüne Sinus steht rechts von L1 an, der gelbe rechts von L3. Bei ungenügendem Frequenzgang zeigt sich ein erheblicher Pegelunterschied und die Phasenbeziehung weicht deutlich von 180grd ab. Ein digitales Oszilloskop bietet auch einfache mathematische Funktionen aus den Messkanälen an, so auch die "A+B" Signaldarstellung, wie weiter unten in violett mit selbem Amplitudenmaßstab dargestellt.
Je kleiner die Phasendifferenz (im Extremfall = 0), je weniger Pegel gelangt zur Antenne, theoretisch wäre sie bei 0 grd vollkommen isoliert. Ein damit gespeister Dipol wäre trotz Balun falsch gespeist, (weiter unten findet sich so ein Exemplar) nämlich ungenügend angepaßt und kann erhebliche Mantelwellen auf der Koaxzuleitung verursachen. In der Messreihe wird jedes Objekt auch mit dem Netzwerkanalysator auf den Verlauf der Rückflußdämpfung (S11) von 1 bis 30MHz vermessen. Dabei hat sich gezeigt, dass selbst das Objekt mit der besten Anpassung leider beim hier oben gezeigten Test der beiden Pegel oberhalb von etwa 22MHz beginnt, deutliche Differenzen aufzuweisen.
Die im Schaltbild dargestellte Variante ist der "Spannungsbalun", so genannt, weil mit L2 und L3 ein 1:1-Trafo die Ausgangsspannung an den unteren Pin liefert. Läßt man nun L2 ersatzlos weg, so wird ein "Strombalun" daraus, die dämpfungsärmere Variante für höhere Leistung (QRO), bei welchem jedoch etwas mehr Windungen erforderlich sein können. Dafür ist die richtige Wahl des Ringkerns und Kern-Materials nicht so kritisch.
Eine Leiterplatte für Spannungsbaluns erlaubt einfaches und sicher reproduzierbares Balun-Design mit diversen Kernen, verschiedenen Drähten und Windungszahlen: das Design für kleinere Kerne FT140 und Rohrkerne: und für die großen Rohrkerne: trifilare Wicklung mit 3 x 1,12mm CuL, verdrillt
Hier ein Eigenbau-Balun mit FT140-Kern:
Wer keine PA betreibt und mit den üblichen gut 100Watt sendet, der kann auf die großen FT240-Kerne verzichten und setzt die wesentlich günstigeren FT140-Kerne ein. Damit wiegt der Balun auch deutlich weniger. Man verdrillt 3 CuL-Drähte d=0,8mm recht eng und stellt einen 40cm langen trifilaren Wickeldraht her. Die gezeigte Platine setzt diese Schaltung um: 4 Windungen aufwickeln, dann quer rüber und nochmal 4 Windungen wie abgebildet dazu wickeln. Mehr Windungen braucht der FT140-43 nicht, um von 160m bis 10m gute Daten der Symmetrie & Anpassung zu erhalten. Je nach Gehäuse und Zugentlastung der Dipolschenkel kostet dieser Balun-Eigenbau um 10Euro. Bilder der zwei Eigenbauten unten fast am Seitenende. Um die Baluns "auf Dauer" wasserdicht & wetterfest zu machen, füllt man ggf. etwas Vergussmasse (ca.50ml) ein.
Ein digitales Oszilloskop (DSO) kann einige mathematische Funktionen bieten, wie die Addition der Messkanäle A und B, die Summe ist in violett dargestellt. Hinweis: Dieses violette Signal (A+B) sollte bei einem guten Balun immer möglichst klein sein:

Kein digitales Oszilloskop (DSO) vorhanden, mit einem analogen Zweikanal-Oszilloskop geht es auch

Auch mit einem analogen Oszilloskop kann man die Phasenunterschiede zwischen den beiden symmetrischen Balun-Ausgängen gut darstellen, dazu verwendet man die altbekannten Lissajous-Figuren. Etwas zum Nachlesen dazu von Wikipedia: Klick Die Pegel der beiden Kanäle sollten genau gleich groß sein. Bei 180 Grad Phasenunterschied sieht man dann eine diagonale Linie von links oben nach rechts unten. Je mehr Abweichung vom Idealzustand besteht, je mehr entwickelt sich eine diagonale Ellipse aus der Linie.

Gut zu wissen:

Ein Spannungsbalun, wenn der Kern und die Wicklung passt, bekommt am oberen Ende des Nutzfrequenzbereichs Probleme mit unterschiedlichen Amplituden und Abweichung vom 180grd.Phasenunterschied, auch wenn die Anpassung noch relativ akzeptabel ist, Das SWR sagt wenig aus über seine Tauglichkeit!
Ein Strombalun hingegen, bekommt am unteren Ende des Nutzfrequenzbereichs die Amplituden- und Phasen-Probleme, was auf zu geringen induktiven Blindwiderstand zurückzuführen ist. Seine Funktion ergibt sich aus zwei gekoppelten Wicklungen im gleichen Wickelsinn, die oft mit Zwillingsdraht, Doppellitze, zwei eng verdrillte CuL-Drähte >1mm stark, oder Koaxialkabel RG316 auf einem gemeinsamen Kern hergestellt wird. Da sich so die Magnetfelder im Kern quasi aufheben, kann ein Strombalun hohe Leistungen verarbeiten. Zum oberen Ende hin, wird der Blindwiderstand immer hochohmiger, bis ihn schließlich die Resonanz der Wicklung unbrauchbar macht.
Ein schier unendlicher Fundus an Wissen über Ferrit-Ringkerne und mehr bietet amidon-Deutschland unter dem Link: Klick zu amidon
Wer bei Amidon einen Balun-Kit erwirbt, bekommt die Daten als 3 PDF-Dateien auf CD/DVD. Dort ist nachzulesen, dass überlastete Ferrit-Ringkerne in einem Spannungsbalun sich regelrecht zerlegen können bei zu großer Sendeleistung. Für normale Transceiver der 100W-Klasse genügt ein FT140-Kern, ein FT240-Kern soll um die 500W aushalten können, für ein echtes Kilowatt soll man 2 FT240 aufeinander kleben. Die Leistungsangaben der Hersteller sind oft etwas nebulös, da wird gern mit Spitzenwerten und PEP -Angaben usw. operiert, um größer erscheinende Sendeleistungen dem Produkt nachzusagen. Der Kern geht dann einfach kaputt bei Überlastung (siehe weiter unten das zweite Testobjekt). Da ich keine PA/Linear-Endstufe betreibe, habe ich jedoch keine eigenen PA-Betriebs-Erfahrungen aus der Praxis.
Ein Kern ist dann echt gut geeignet, wenn man mit ihm einen 1:1-Balun mit guter Anpassung + niedriger Durchgangsdämpfung bauen kann, der auch die 180grd.-Phasendifferenz am Ausgang im Nutzfrequenzbereich einhalten kann, sein violettes Summensignal eine möglichst niedrige Amplitude aufweist.
Ein Balun bestimmt die Qualität einer Antenne maßgeblich. Man sollte ihn nach Jahren in Wind und Wetter hereinholen und wie hier beschrieben messen, natürlich ohne die Dipolschenkel, statt dessen zwei 100 Ohm/1% Metallfilm-Widerstände parallel geschaltet.
Ein sehr gutes Fachbuch von Jerry Sevick W2FMI: "Transmission Line Transformers" gab es beim ARRL, vielleicht noch aus dem Antiquariat zu bekommen: ISBN 0-87259-296-0 Als PDF zu lesen unter: (den Link kopieren)
https://pdfroom.com/books/sevicks-transmission-line-transformers-theory-and-practice/qjb5q6EMdxQ
Auffallend bei den bisherigen Messungen an käuflichen Baluns ist, dass sie oft bereits bei 100kHz einwandfrei symmetrieren, im 10m-Band jedoch schlecht symmetrieren. Dies fällt leider überhaupt nicht so auf, wenn man nur das SWR betrachtet. Die Ursache sehe ich weniger im verwendeten Ringkern, sondern viel mehr in der zu hohen Anzahl der Windungen auf dem Kern und wohl auch im falschen Wellenwiderstand des aufgewickelten Drahts. Manche Exemplare werden auch mit steigender Frequenz so ab 19MHz im Betrag-[Z] immer abweichender von 50 Ohm mit deutlichem induktivem oder kapazitivem Blindanteil, wieder andere schwächeln eher im Bereich 17 bis 24MHz und symmetrieren bei 28MHz wieder besser. Wenn ein und der selbe Typ Balun, sowohl bei Drahtantennen im 160, 80, 40m-Band und in Beams im Bereich 14 bis >29MHz Verwendung findet, so ist doch zu vermuten, dass dies nicht optimal sein könnte. Also Grund genug, um diese Sache weiter zu untersuchen, wofür ich weitere Messobjekte benötige. Wenn jemand einen alten Beam abbaut, bitte ich um Zusendung des Baluns daraus.

Seine Anpassung, der Impedanzverlauf im SmithChart, die Rückflußdämpfung

Wie bereits mehrfach erwähnt, ist das VSWR eine äußerst unzureichende Messgröße, zur Beurteilung von Baluns gilt das in besonderem Maße. Es wird durch die Rückflußdämpfung ersetzt und zusätzlich wollen wir die komplexe Impedanz im SmithChart betrachten. Für eine vergrößerte Darstellung verwende ich Smith 0.1FS oder 0.2FS, also um Faktor 10 oder 5 "hineingezoomt". Dazu legen wir im NanoVNA einen Frequenzbereich 1-30MHz an und führen die Dreipunkt-Kalibration mit einem am Port S11 angeschlossenen SMA-Kabel durch und speichern es ab. Jetzt ist die Messebene am Ende des Kabels, es darf jetzt nur noch der kurze Adapter von SMA auf PL259-Stecker hinzugefügt werden. Da wir auf KW sind, ist so der Messfehler gering.
Ein erster Balun (ähnlich Fritzel Serie 70) am NanoVNA zeigt relativ gute Anpassung (gelbe Kurve) von -28,7dB im 20m-Band (Marke1)) und ein durchweg induktives Verhalten im um den Faktor 10 vergrößerten SmithChart (grüne Kurve) um den Impedanzverlauf besser sehen zu können. Den induktiven Anteil kann man auch noch mit einem parallel geschalteten, geeigneten Kondensator (2kV-Typ), kompensieren. Die angezeigten Ohmwerte real und imaginär sind nur etwas zu groß, aber absolut akzeptabel.
Nach der für gut befundenen Netzwerkanalyse folgt nun der Blick auf die Symmetrie von 160m bis 10m

Leider beginnt ab etwa 20MHz der bei vielen Baluns so typische Symmetriefehler, sich zunehmend bemerkbar zu machen.
Die Tabelle der dB-Werte der S11-Rückflußdämpfung ins VSWR übersetzt hier klicken Ein EXCEL-Rechenblatt dazu: Klick
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Blick auf einen Balun, der durch QRO zu Schrott gefahren wurde

Erst bei genauerem Hinsehen, wird der Defekt deutlich! Ein zweites Exemplar (ähnlich Fritzel Serie 83/Typenschild fehlt) zeigt scheinbar wunderbare Anpassungswerte: überraschend jedoch, dass so ab 14MHz die Symmetrierung schlecht wird, auf 28MHz ist der Phasenunterschied bei Null ! Somit ist dieser Balun unbrauchbar geworden. Ein weiterer Beleg dafür, dass mit der SWR-Anzeige nichts fehlerhaftes erkennbar ist. Vielleicht wurde er mal unzulässig betrieben (QRO-Betrieb, Kern oder Draht überhitzt), so dass es zu ireversiblen Schaden gekommen ist. Ich wollte es genauer wissen und habe ihn jetzt aufgemacht und festgestellt, dass der FT240-Ringkern mehrfach gebrochen, ja regelrecht zerbröselt ist, die Bruchstücke werden durch das Wickelband noch ein wenig zusammengehalten. Die trifilare Wicklung ist ok. Das ist ein weiterer Beweis, dass die Betrachtung des VSWRs oft sehr wenig nützt.
Fehlerbild ist eindeutig: Totalausfall, absolut keine Symmetrierung auf 28MHz !

Fazit: Dieses Exemplar ist schon auf 20m schlecht und auf 10m mit Phase Null absolut unbrauchbar, kein Wunder bei dem kaputten Kern !

So sollte es bei einem Balun Baureihe 83, der ok ist, aussehen:
auf 28,5MHz: und auf 50MHz:
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Dieses gleichartige Exemplar (Typenschild Fritzel Serie 83, Leistung CW 700W, SSB 1,4kW), bewickelt mit CuL-0,8mm. Diese Leistungsangaben sind für den eingesetzten Kern und den 0,8er-Draht viel zu hoch! Das Exemplar ist hingegen auf 10m noch ganz ok. Dem Typenschild ist zu entnehmen, dass der Nutzfrequenzbereich 1 bis 50MHz sein soll, was durch Nachmessen bestätigt ist. Auch die Symmetrierung ist noch ausreichend. (siehe Bild oben)

ein Messbericht zu einem geöffneten Balun

An einem Exemplar der Baureihe 70 fiel schon eingangs die unbefriedigende Anpassung ab 14MHz aufwärts () auf:klick
Die Symmetrierung war eingangs schlecht, nur etwas Druck auf die Lötösen hat schon geholfen:klick
Ein Beispiel, wo man leicht staunen kann, ist diese Messung am geöffneten Balun:
Der Kringel (linkes Bild) zeigt an, dass eine Resonanz vorliegt (hier in der Wicklung) und kaum ist da ein 50 Ohm Abschluss dran, Kringel bei 3,7MHz ist weg (rechtes Bild) und man sieht den wahren Frequenzgang des bewickelten Ringkerns. Ein evtl.schadhafter Kern fällt dabei sofort auf! Hier ist der Kern ok, aber seine Wicklung ist wohl die Fehler-Ursache für ().
Am Bild erkennt man, dass hier einfach 3 Drähte parallel aufgewickelt wurden, die ein Z weit ab vom Wellenwiderstand 50 Ohm haben.

folgendes Fazit: Ein Ratschlag von mir, betreffend alte Baluns

Nachdem ich zwischenzeitlich einige Exemplare der Baureihen 70 und 83 untersucht, vermessen und das Gehäuse geöffnet habe, kann ich einen Weiterbetrieb dieser Teile, aber auch deren Kauf auf Flohmärkten, Hambörsen usw. nicht mehr empfehlen. Innen mangelnde Zahnscheiben bei den M4-Schrauben verursachen schlechte Kontakte zur Antenne. Die als Schwingungsdämpfer eingelegten "TesaMoll Streifen" oder auch die Kleckse aus Bauschaum sind längst verwittert und zerbröselt. Damit wackelt sich der Kern mit der Zeit im Wind frei und Lötstellen können brechen. Ein Balun wird im Betrieb immer warm, der Kern genauso wie der Wickeldraht, das auch schon mit den üblichen 100W Sendeleistung. Er altert also! Hinzu kommt bei "gebraucht" Angeboten noch die Gefahr, dass der Kern durch QRO-Betrieb kaputt gemacht wurde, was man mittels einfachen SWR-Messungen überhaupt nicht erkennen kann. Also FINGER WEG !
Zu den bei ebay angebotenen Baluns, meist chinesischer Herkunft, viele Angebote nur QRP-geeignet, oder mit Produktbeschreibungen zum Schmunzeln, nur für Mess- oder Empfangs-zwecke geeignet, wenn überhaupt brauchbar und auch mehrheitlich Strombaluns, kann ich keine nennenswerten Erfahrungen beitragen.
Hat jemand Interesse seinen Balun auf die hier gezeigte Art vermessen zu lassen ? Ist er vielleicht auch durch zu viel Leistung geschädigt worden ? Dann bitte ich um Kontaktaufnahme per Email für die Details.

Noch eine weitere Messung am Balun ist möglich

Siehe Ringkerntest wie in CQDL 01/2024 beschrieben. Wenn man die beiden Mess-Schlaufen durch den Ringkern eines beiderseits unbeschalteten, oder nur am symmetrischen Ausgang mit 50 Ohm abgeschlossenen Baluns fädelt, sieht man genauso den Frequenzgang des Kerns und eventuelle Hinweise auf irreversible Schäden am Kern. Ist der Balun im Kunststoffgehäuse verpackt, sind dazu allerdings 6mm-Löcher so zu fräsen/bohren, dass die Schlaufen durch die innere Öffnung des Ringkerns gefädelt werden können. Weiter unten ist so eine Messung und die dabei gefundenen Ergebnisse beschrieben. Stellt sich der Balun dann als noch ok heraus, verschließt man die Löcher wetterfest mit geeigneten Stöpseln.
Wird fortgesetzt...

Strombaluns bauen mit Ringkernen, Rohrkernen bzw. Ferrithülsen

Einen Strombalun zu bauen ist so einfach, man wickelt knapp ein Dutzend Windungen eines Koaxkabels vom Typ RG316 (guter Schirm, Teflon-Dielektrikum und ca.3mm dünn, somit leicht zu verarbeiten) auf einen amidon Ringkern FT140-43, steckt das in ein Kunststoffgehäuse und gießt es mit Vergussmasse aus. Geschätzte Kosten um 25Euro. Die maximale Sendeleistung im KW-Bereich von >400W bis ca.1kW (CW) wird durch das Koaxkabel limitiert, nicht durch den Ringkern.
Ein Strombalun sollte immer eine HF-Drossel, die auf der symmetrischen Seite die beiden Dipolschenkel gleichstrom-mäßig verbindet, zusätzlich haben. Damit wird die statische Ladung sicher zur Masse abgeleitet.
Die Schaltung: L1&2 Wertangabe für 160m-Band, für 10m genügen schon 6µH.
Wer kein RG316 hat, kann auch 2 CuL-Drähte mit d=0,8mm eng verdrillen und so eine paarige 50 Ohm-Leitung herstellen, diese wird auf den Kern gewickelt, je höher die Nutzfrequenz, je weniger Windungen genügen bereits. Die max.erlaubte Sendeleistung ergibt sich aus der Isolation des CuL-Drahts, sie darf nicht durchschlagen.
Es geht auch noch einfacher, allerdings mit gewissen Einschränkungen: Ein Strombalun mit einem einfachen Rohrkern WE74270044, bewickelt mit 2,5Wdg. Doppellitze ist von 30m- bis 20m-Band mit guten Daten nutzbar, extrem einfach, leicht und sehr preisgünstig noch dazu. Für die tieferen Bänder muss die Windungszahl erhöht werden, entsprechend erreicht man mit 1,5Wdg. die höheren Bänder. Dann sieht es so aus: Nutzbereich 18 bis 29,7MHz.
Die hier verwendete Doppellitze hat leider >>50 Ohm Wellenwiderstand, wie sich bei der Messung zeigte ist Z=100 Ohm. Optimal statt dessen wäre ein verdrillter CuL-Draht (0,8mm stark) zu verwenden. Wäre die Leitung mit einem Wellenwiderstand nahe bei 50 Ohm, bekommt man bessere Ergebnisse so ab ca.14MHz aufwärts ( Ausprobieren! ). Eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Wellenwiderstands von Doppellitzen flach oder verdrillt, sowie verdrilltem CuL-Draht habe ich gebaut und untersucht. Das Messverfahren nutzt wieder mal das NanoVNA mit einer speziellen, 1 m langen Messaufnahme auf Basis einer Hutschiene zum Spannen der zu messenden symmetrischen Leitung. Über die Realisierung gibt es mehr Infos unter diesem download-Link als word-Datei herunterladen

Wer die Theorie beachtet und entsprechendes Material verwendet, wird mit einem sehr guten Balun belohnt!

Ein Strombalun mit Kern WE74270044, 2,5 Wdg. paarige 50 Ohm-Leitung aus 2 Stück CuL 0,8mm-Draht ca. 40cm lang, mit dem Akkuschrauber eng verdrillt und heraus kommt ein extrem guter Balun mit Nutzfrequenz 24MHz bis >70MHz + guter Anpassung >30dB + geringer Betriebsdämpfung <0,28dB.
was für eine super Symmetrierung bei 70MHz bei so geringem Aufwand
Mit 1 oder 2 mehr Windungen, verschiebt sich der Nutzfrequenzbereich nach unten. Bei 3,5 Wdg. beginnt der Nutzfrequenzbereich schon etwas unterhalb 14MHz.
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Spannungsbalun 1-30MHz: Strombalun mit 2,5Wdg. paarig CuL 0,8mm zu 50 Ohm verdrillt:24-71MHz
Einsatzbereite Baluns, voll ausgegossen, wiegen ca,215g:
Ein Blick nach USA: zu UNADILLA W2DU-Baluns alles reine Strombaluns mit Ferrit- Rohrkernen auf dem Koax, für QRO-Betrieb

Auch interessant ist noch dieses Teil:

a) Variante Strombalun

Der Rohrkern WE74270057 erlaubt mit seinem Innendurchmesser von 11,5mm ihn direkt auf ein RG213-Kabel zu stecken, nimmt man 5 Stück wie eine Perlenkette, bekommt man ab 26MHz einen quasi verlustlosen und dazu auch "Kilowatt-fähigen" Strombalun (200 Ohm pro Kern, also 1000 Ohm die Symmetrie isolierende Impedanz). 200 Ohm bei 26MHz gemessen und auch in etwas soviel laut Datenblatt von WE. Der Kern hat aussen einen Durchmesser von ca.19mm und ist ca.51mm lang. Mehr dieser Rohrkerne senken die untere Grenzfrequenz weiter, zumindest bei 40m ist das noch gut praktikabel. Beachte: Diese Rohrkerne vor der Montage des Koaxsteckers aufs Kabel stecken!
Alternativ dazu mit 3 Rohrkernen (1xWE74270044 und 2xWE74270057, bewickelt mit dünnem RG316U Koaxkabel, mehrmals durch jeden Kern gezogen, liefert einen 1:1-Strombalun, der ebenfalls QRO-Betrieb erlaubt, wobei das Koaxkabel das limitierende Bauteil ist (Formel zur Leistungsberechnung von P(max) im RG316-Datenblatt). Die gute Anpassung sagt noch nichts zum Nutzfrequenzbereich aus, denn die wichtigen Symmetrieeigenschaften legen die Grenzen fest.
Diese liegen hier etwa bei: 20MHz bis >55MHz
Ein Strombalun, speziell nur für das jetzt interessante 10m-Band. Zwei kurze Ferrit-Hülsen (WE742700752) mit je 2 Windungen durch den Kern mit Koax RG174A/U, das insgesamt 32cm lang ist und eine HF-Drossel 22µH zur Ableitung von statischer Ladung über das Kabel. Leistung >100W, gute Symmetrie auf 10m: sowie gute Anpassung S11 min.-20dB.
Im Wärmebild sieht man das dünne Koax RG174A/U "aufleuchten" wegen seiner Dämpfung auf 10m, die Kerne bleiben aber "cool". Am Nachbau interessiert ? Bitte Teilesatz anfragen.-

b) Variante Spannungsbalun

Einen breitbandigen 1:1-Spannungsbalun (1 bis 63MHz) mit guten Symmetrieeigenschaften bekommt man durch Aufwickeln von 9 bis 11 Wdg. des trifilaren CuL-Drahts 0,8mm auf den Rohrkern WE74270057. Das ist viel einfacher als das Bewickeln eines Ringkerns und der Rohrkern ist auch erheblich preiswerter.
Man nehme 3 Stück CuL 0,8mm und 70cm lang, spanne das eine Ende in den Schraubstock ein und stecke eine Aderendhülse für 2,5qmm auf das andere Bündel-Ende. Dieses spannt man ins Bohrfutter des Akkuschraubers, so dass die 3 Drähte genau gleichlang sind. Jetzt unter anhaltend leichtem Zug eng verdrillen. Danach die Aderendhülse wegzwicken. Auf den Rohrkern aufwickeln und die 6 Enden gut vom Lack befreien, sie richtig verdrahten, nachmessen auf Durchgang und verlöten. Dazu verwende ich die weiter oben abgebildete kleine Leiterplatte.
Die Messungen zu Anpassung und Durchgangsdämpfung und 1 Minute Träger mit ca. 100W auf die Dummy-Load gesendet (Kern-/Draht-Erwärmung). Zur Messung von S21 im 50 Ohm-System, werden 2 identische Baluns gegeneinander in Reihe geschaltet.
Die Ergebnisse: Es zeigte sich, dass der trifilare Wickel aus CuL 0,8mm-Draht, ab 15m aufwärts, sich deutlich mehr erwärmt, als der Kern. Schon bei 100Watt tritt das ein. Der Draht und nicht der Kern ist hier die limitierende Komponente mit Blick auf die Sendeleistung. Das wird weiter unten mit thermografischen Aufnahmen gezeigt.
Eines macht nachdenklich: ein viel verbreiteter Balun der Baureihe 83 mit Leistungsangabe von ca.1kW hat auch nur einen CuL-Draht 0,8mm auf einem FT240-Ringkern, wie heiß mag's da wohl innen werden bei regem DX-Betrieb mit einer PA? Es gibt vielleicht viele schadhafte "Leistungsbaluns" im Einsatz und die Dunkelziffer könnte recht groß sein. Man sollte besser nicht glauben, was da auf dem Typenschild steht!
Bisher noch nicht betrachtet wurde eine Oberwellen-Entstehung durch Nichtlinearitäten als Folge der magnetischen Sättigung des Kerns eines Baluns bei zu hoher Sendeleistung. Dazu dient wieder der vorherige Messaufbau mit dem bereits die Erwärmung durch Verlustwiderstände festgestellt wurde. Von der Dummy-Load wird das Signal abgegriffen und ausreichend gedämpft mit einem Spektrum-Analyzer gemessen. Ergebnisse : Von 160m bis ins 20m-Band sind keine Harmonischen zu erkennen, der Transceiver YAESU FT-747GX2 liefert auf 18MHz und 24MHz selbst Harmonische (x2 x3 x4, ca.>40dB unter Nutzsignal) ab, die zum Teil sogar von den Baluns gedämpft werden. Im 10m-Band sind keine Harmonische erkennbar. (Betriebsart CW, Träger-Tastung, Sendeleistung >=80W) Somit ist davon auszugehen, dass bei dieser Sendeleistung keine Kernsättigung vorliegt.

Das von mir beschriebene Ringkern-Messverfahren (siehe Link 21), liefert bei unbewickeltem/leerem Rohrkern, etwa die selben Ergebnisse, wie bewickelt (hier am oben gezeigten Beispiel Spannungsbalun im beidseitig unbeschalteten Zustand). Voraussetzung ist allerdings eine möglichst geringe Wicklungskapazität
Es eignet sich also hervorragend auch zum Messen und Prüfen von fertigen Baluns, wenn man die Mess-Schlaufen durch den Kern fädeln kann. Man kann somit leicht erkennen, ob ein Balun durch zu hohe Sendeleistung, einen Schaden am Kern erlitten hat, oder nicht.
Zu den bei ebay angebotenen Baluns, meist chinesischer Herkunft, viele Angebote nur QRP-geeignet, oder mit Produktbeschreibungen zum Schmunzeln, nur für Mess- oder Empfangs-zwecke geeignet, wenn überhaupt brauchbar und auch mehrheitlich Strombaluns, kann ich keine nennenswerten Erfahrungen beitragen.

Auf die richtigen Schrauben, Unterlagscheiben, Zahnscheiben kommt es an beim Balunbau !

Die Kontaktprobleme bei den alten Baluns im Kunststoffgehäuse wurden oben ja bereits angesprochen. Hier nun meine Bauempfehlung um langfristig Kontaktprobleme zu vermeiden. Alle mechanischen Bauteile sollen aus Edelstahl A2 sein, einzige Ausnahme die Lötöse. Schraube M4x20 DIN912 mit Kopf für Imbusschlüssel. Der Kopf sitzt innen im Gehäuse. So kann die Schraube bequem gekontert werden mit einem einfachen Imbusschlüssel. Da Kunststoff dem Druck fest angezogener Schrauben nachgibt, egal wie fest man sie anzieht, der Kontaktdruck wird immer mit der Zeit geringer und der Kontakt hochohmiger. Unterlagscheiben (11,8/4,3mm) müssen innen und außen am Kunststoff anliegen, dann folgen Zahnscheiben aus Edelstahl, die sich jetzt nicht mehr in den Kunststoff "eingraben" können. Sie speichern eine gewisse Druckreserve für die Kontakte. Die Muttern sitzen außen, um sie leicht festziehen zu können.

Wichtiges Thema: Bauteile-Erwärmung durch verlustbehaftete Komponenten

Bei den BALUNs kann sich sowohl der aufgewickelte Draht, als auch der Kern selbst aufheizen. Der im Transceiver eingebaute Tuner ist oft kompakt aufgebaut und erwärmt sich ebenfalls, je extremer die anzupassende Impedanz (von real 50 Ohm abweichend) ist, je mehr Erwärmung entsteht. Der eingebaute Tuner erscheint mir das schwächere Glied in der Kette.
Die gängigen Drahtstärken für Baluns sind 0,8 / 1,0 / 1,12 / 1,15 / 1,2mm. Durch den Skin-Effekt steigt mit der Nutzfrequenz auch der Verlust und damit die Durchgangsdämpfung S21 an. Anhand des EXCEL-Formulars Klick kann je nach Frequenz, Stärke, Werkstoff und Drahtlänge der Widerstand ermittelt werden.
Ein Balun-Paar mit einem bis 220grd.C nach IEC60317-13 spezifizierten, doppelt beschichteten, CuL-Draht (Stärke 1,15mm AWG17 Bezug:amazon Emtel 1.15 mm (17 AWG) - 500 gr (1 LB) - 53 Meter Emaillierter Kupferdraht - Wärmeklasse 220grd.C - Doppelt isolierter Wickeldraht für Elektromotoren, Transformatoren und Magnetspulen ), soll jetzt zum Vergleich auf dem selben Typ Rohrkern gewickelt und die Daten gemessen werden. Erwartet wird eine Verbesserung um ca.30%. Das Drahtstärken-Verhältnis 1,15/0,8 = 1,4375 spornt an.
Trifilarer Wickeldraht aus 3 x 1,15mm eng verdrillt für ein 50 Ohm - System.
Beachte auch diese Tabelle: kleine dB-Werte aber großer Effekt
Zu einigen Datenblättern der hier eingesetzten Produkte: klick

Thermografie - Test

Die weiter oben abgebildeten Eigenbau-BALUNs mit Rohrkern und trifilar bewickelt mit CuL 0,8mm, wurden mit 100W (CW Dauerstrich, 1 Minute) belastet um die Erwärmung von Kern und Wicklung zu prüfen. Der selbe Messaufbau:
Jetzt wird das abgebildete Balunpaar mit dem stärkeren CuL 1,15mm gegen 1,12mm / 0,8mm Draht zum Vergleich auf 21,1MHz vermessen
Kurze Erklärung zum Wärmebild: dunkle Farben an kalten Teilen, helle Farben an erwärmten Teilen. Die helle "Wolke" ist aufsteigende warme Luft
TESTERGEBNISSE CuL 0,8 > <48grd.C CuL 1.12 > <44grd.C CuL 1,15 > <51,4grd.C
Beurteilung: der Kern bleibt "cool", der Draht heizt sich auf, Ursache: SKIN-Effekt - Verluste. Der doppelt beschichtete 1,15er Draht kann die Wärme nicht so gut abgeben wie der normale 1,12er Draht und bringt aus Thermo-Sicht keine Vorteile. Alle Tests wurden ausgehend von Zimmertemperatur 24grd.C begonnen. Ein Effekt, mit dem ich so eingangs nicht gerechnet habe.
Der doppelt beschichtete CuL 1,15mm hat dennoch folgenden Vorteil: Erhöhte Sicherheit vor Adern-Kurzschluss aufgeheizter Drähte bei eng verdrillter Ausführung (für einen 50 Ohm Wellenwiderstand). Man kann ferner erkennen, dass bei engem Windungsabstand höhere Temperaturen auftreten. Demnach sollte der Kern mit ausreichendem Windungsabstand bewickelt werden.
Wird fortgesetzt...

Ein Hinweis zu QRO-Betrieb mit Baluns

Ein Ringkern der üblichen Größe FT240 wird bei 400Watt schon heiß. Leistungsangaben bei Spannungsbaluns von ab etwa 1kW können demnach nur PEP und für kurze Zeit sein. Ein heißer Kern verändert seinen AL-Wert und kann Schaden nehmen, weil er stark überhitzt Risse im Kernmaterial bekommen kann und dann regelrecht zerbröselt. Wer häufig FT8 mit 100W (eigentlich zu viel !) betreibt, sollte besser Strombaluns verwenden.
Allgemeine Empfehlung : bei QRO-Betrieb, Betriebsarten mit Dauerstrich-Sendung (FT8, FM, SSTV, usw.) sollte man oberhalb 20m-Band keinen Spannungsbalun mehr verwenden ! Ein Strombalun ist da besser geeignet. Auf den Bändern 20m / 30m und tiefer bleibt der Spannungsbalun im Vorteil, jedoch mit 2 oder sogar 3 FT240-Kernen als Stapel-Paket. Vorsicht mit Klebstoffen die bei Erwärmung wieder weich werden und "loslassen".(keine Heißkleber verwenden!)
Bei DX-Wire gibt es auch alle Teile zum Balun-Eigenbau. schau mal rein

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Stand dieser Seite: 15.10.2024
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