#konstruktorelektrykamator znów będzie bawił się w wykładowcę z elektrotechniki i bedzie odprawiał to swoje elektryczne mambo jumbo.

Muszę was wprowadzić w historię po co, na co, dlaczego do tego doszło i co to za rysunki.

Jakiś czas temu zamontowałem sobie w końcu siłowniki do automatycznego otwierania i zamykania bramy. Fajna sprawa, ale jak się okazało już po montażu, że zasieg pilotów nie jest taki jaki bym sie spodziewał. 20m z za rogu domu i już nie łapie. Na drodze ze 100m i to z podniesionym pilotem. Ale oczywiście nie położyłem sobie przewodu antenowego między sterownikiem a samą bramą/słupkiem. A klientom zawsze to kładę bo wiem że warto.

Całe szczęście fotokomorki mam podlaczone za pomocą skrętki czyli 4 pary po 2x0,5mm (średnicy), więc mogę użyć wolnych żył.

Tyle że skrętka komputerowa jak to ma w nazwie są to dwa druty skrecone razem i ma impedancję falową 100Ω a antena i odbiornik w sterowniku mają 50Ω, pewnie by to zadziałało gdybym podpiął jedną żyłę jako GND a drugą jako sygnał, tyle że jest to linia symetryczna a antena i odbiornik są asymetryczne. Brak dopasowania impedancjnego i zły typ lini transmisyjnej dają marne szanse na poprawę sygnału.

Co trzeba zrobić?

Doprowadzic do symetryzacji i zmienić impedancję.

Jak to się robi?

Za pomocą elementów nazywanych BalUnami.

Od Balanced-Unbalanced, są jeszcze UnUny, i może BalBalny (to ostatnie to już niezłe słowotwórstwo, bo nie spotkałem takiej nazwy).

Impedancja jest to odpowiednik rezystancji w świecie prądów przemiennych. Przykład dla łatwiejszego zrozumienia, każda taka linia transmisyjna ma za zadanie przesłać jakąś moc, czasami są to μW a czasami MW.

Wzór na moc to P=U²/R (u nas R i Z [impedancja] mogą być stosowane zamiennie dla ułatwienia)

No to tak, mamy jakąś moc P przesłać przez linię o impedancji R, którą potem za pomocą baluna dopasowaliśmy do lini o impedancji 2R

Czyli U1²/R1=U2²/2R1, przekształcamy wzór na postać U1²*2R1=U2²/R1, pozbywamy się R1 i zostaje nam 2*U1²=U2².

Obie strony dajemy pod pierwiastek i wychodzi nam że U2=√2*U1.

Co zrobić żeby zwiększyć napiecie o √2 razy? No można np nawinąć transformator. Tylko transformator na 433MHz to nie taka prosta sprawa, rdzeń byłby mocno problematyczny, moce niewielkie to i gabaryty rdzenia i drutu mikroskopijne.

No to jak to zrobić inaczej?

Każdy kto mial styczność z #elektryka trójfazową to powinien wiedzieć że jest różnica czy są dwa czy trzy kabelki i że napięcie fazy względem ziemi to 230V ale już między dwoma fazami to 400V. Skąd to się bierze?

A no stąd że każda z faz ma szczyt sinusoidy w innym momencie, w innej fazie (czasie).

Zmieniamy punkt odniesienia z ziemi na inną fazę która już sama ma jakieś napięcie względem ziemi.

Czyli co musimy zrobic?

Przesunąć nasz sygnał w fazie tak by suma wektorów była o √2 razy większa od podstawowej wartości? Czyli o ile musimy przesunąć tą fazę? Z prostych obliczen sinusa wychodzi że o 270° czyli 3/4 pełnego koła, czyli okresu.

Tu dochodzimy do punktu gdzie zaczyna się dziwnie, i może trochę swędzieć was mózg.

Prędkość sygnału elektrycznego jest uwarunkowana szybkością ładowania dielektryka. Prędkość światła (sygnałów elektrycznych również) w próżni to blisko 300'000km/s. Prędkość sygnału elektrycznego w typowym przewodzie antenowym to 66% tej wartości czyli 200'000km/s. Wciąż są to wartości kosmiczne. Taki sygnał mógłby okrążyć ziemię 5x w sekundę. Ale dobra, idziemy dalej.

Okres (odwrotność częstotliwości T=1/f) sygnału 433MHz to 2,3ns, nanosekundy, czyli 0,0000000023s. 3/4 z tej wartości to 1,725ns, mnożymy tą wartość przez prędkość sygnału w przewodzie antenowym i daje nam to wartość 0,345m. Takiej długości przewód jest potrzebny żeby napięcie na jego końcach

było o √2 razy większe niż sygnał wejściowy.

Na rysunku zaznaczyłem przesunięcie o 3/4 lambda oraz sumę wektorów napięć powstałych z tego przesunięcia.

Skoro już mamy dopasowanie impedancyjne oraz jednoczesną symetryzację to można puścić sygnał w linię i mieć nadzieję że wszystko będzie działało.

Taki balun działa poprawnie tylko dla jednej konkretnej częstotliwości, każda odchyłka częstotliwości powoduje że sygnał słabnie, zmienia się impedancja, jest to wtedy taka forma filtra pasmowo przepustowego.

Naszukałem się w internecie długi czas informacji jak zbudować taki balun 1:2 na koncentryku. Brak informacji. Są w wersji 1:4 albo 1:9, albo wersja 1:2 ale z transformatorem do anten typu delta. Ale to nie te częstotliwości i nie te gabaryty transformatora. Ale żadnych informacji o budowie takiego z koncentryka.

Dopiero jeden filmik jakiegoś radioamatora z USA dał mi pomysł z przesunięciem fazowym. Skoro działa w wersji dla 1:4 i 1:9 to powinno działać dla 1:2.

Symulacje w LTSpice potwierdzają że będzie to działać.

Niestety nie mam sprzętu pomiarowego na takie częstotliwości. Więc jedyny sposób pomiaru to będą testy zasięgu.

Może by tak sobie kupić nanoVNA?