Om spolar och instrument för att mäta dem

Det var hokus-pokus som jag undvek i början av min radiobyggartid. Antingen fanns ingen information i kopplingsschemat eller så angavs data men jag hade inte rätt stomme, tråd och kärna. Det jag plockat ur skrotade radioapparater visste jag inte mycket om. Inte förrän jag byggt mig en transistordippa fick jag möjlighet att göra riktiga resonanskretsar. Jag parallellkopplar spolen med en kondensator på 50 eller 100 pF, dippar kombinationen och läser av induktansen i ett nomogram som finns i ELFA-katalogen eller en radiohandbok. Nu har jag en batteridriven Heathkit HD-1250 transistordippa som är bra för antennjobb, en Measurements 59 rördippa från 1952 för 1,4-420 MHz, en annan Measurements 59 för 420-940 MHz samt tre helt hemgjorda: en rördippa för 1-330 MHz, en för 360-490 MHz och en transistordippa för 78-400 MHz. Anslutning till frekvensräknare gör skala onödig, endast billigt instrument behövs.
Min enklaste impedansbrygga är Belco BR-8 från 1974 (pris 395 kr). Mer exakt mäter jag spolen i en brygga som nedanstående GR 1656 som dessutom anger förlustfaktorn vid 1 kHz och intressant är att använda Q-meter som nedanstående Boonton 260A, lanserad 1953 men tillgänglig i Sverige först 1956 (pris 6015 kr år 1962). Då ser jag dessutom hur bra spolen är på frekvenser mellan 50 kHz och 50 MHz så jag kan välja lämpligaste kärnmaterial. Läs gärna (på engelska) om Boonton-metern. 
Det senaste tillskottet till induktansmätarna är en LC-mätare med PIC-krets och teckenfönster, enkelheten i handhavandet är oslagbar och noggrannheten rent förbluffande. Läs mer om den på engelska.

Measurements 59 UHF-dippa	Fyra dippor	LC-meter med 16F84
Belco BR-8 RCL-brygga	General Radio GR 1656 RCL-brygga	Boonton 260A mäter  induktans och Q-värde

ELFA-katalogens formel för beräkning av en enkellagerspoles induktans stämmer bra. Längd och diameter i cm och induktans i uH, v=antal varv:
0,08  d²  v²
3d + 9l

Några fakta om spolar:
Stor diameter ger högt Q-värde, dvs låga förluster. Optimal form är när diameter=längd. Litztråd, som består av många tunna lackisolerade trådar, är överlägsen heldragen tråd vid frekvenser mellan 10 kHz och 3 MHz. Ju mer en spolkärna höjer induktansen, desto sämre högfrekvensegenskaper har den. Ändrar trimkärnan induktansen 3-4 ggr är den av ferrit, ändrar den mindre än 100 % är den av järnpulver. På VHF/UHF förekommer mässingkärna som sänker induktansen istället. Ju mindre kapacitans mellan varven/lagren, desto bättre. Spolar utan nämnvärt magnetiskt läckage, t ex på toroid- eller potcore-kärna har högre Q-värde än öppna, raka. Bifilärlindning, dvs med två parallella trådar, används när symmetri gentemot jord är viktig. Den används också när lindningsimpedansen ska stämma med kretsimpedansen. Tätt lagda parallelltrådar ger ca 30-60 ohm. Tvinning används för tunna trådar som lindas på små kärnor. För lägre impedans parallellkopplar man parallella eller tvinnade par.

Air Dux gjorde spolar, vars varv fixerades med plastribbor. Avsaknaden av stomme ger högt Q-värde. Datablad
Amidon har gjort ett bra info-blad om sina produkter. Där finns bl a tabeller om toroidkärnor:

En spolkärnas förmåga att öka spolinduktansen betecknas med konstanten AL. En okänd toroidkärna artbestäms genom att man lindar med förslagsvis 10 varv och mäter induktansen. Varvtalet i kvadrat x AL ger induktans i nH. Är spolen 1 uH (=1000 nH) är kärnans AL-faktor 10, dvs en järnpulvertyp för avstämda KV-kretsar. Är induktansen 100 uH är det en ferrittoroid med AL 1000, dvs lämplig för bredbandstrafo på MV- och KV-banden. Dippans spole sätts mellan kondensatorns anslutningstrådar, annars går toroiden inte att dippa.

Små luftlindade spolar med få varv är vanliga på VHF och det finns diagram som underlättar beräkningen av dessa. Följande är hämtade ur VHF/UHF Manual av G6JP.

Här finns en annan beräkningstabell.

Bredbandiga impedanstransformatorer för kortvåg beskrivs i detalj av W2FMI i boken Transmission line transformers, oumbärlig för den som t ex ska tillverka balunen mellan koax och dipolantenn. Här följer en sammanfattning av vad jag lärde mig:

• Impedansriktig transmissionsledning är en grundbult för god funktion och avgörande för bredbandigheten.
• Parallella trådar är bättre än tvinnade och för nedtransformering från 50 ohm är hemgjord koax bäst.
• Tvinning är bara att rekommendera för tunna trådar på små kärnor.
• En ferritstav från skrotad mellanvågsradio duger ofta lika bra som en mera svåråtkomlig toroidkärna.
• Centimetertjock stav klarar en kilowatt och induktansfaktorn är ovidkommande.
• Toroider ska vara av ferrit med låg induktansfaktor, bäst är 4C6- och Q1-material med verkningsgrad över 98%.
• En toroidkärna med 37 mm diameter klarar en kilowatt.
• 4-trådslindning används för impedanstransformering med mindre än 1:4.
• Baluner med impedanstransformering görs i två steg, först balun och därefter transformator.
• Bredbandsbaluner är i grunden lågimpediva, och impedanser över 200 ohm kräver komplicerad konstruktion.
• Hur man gör hemgjord koax och vilket inbördes avstånd parallelltrådar ska ha för en viss impedans.
  
  En nätverkstestare visar hur väl man har lyckats med impedansanpassningen.