Симметрирующий трансформатор для антенны. Симметрирующие трансформаторы (балуны) для антенн: принцип работы, виды и применение

Что такое симметрирующий трансформатор для антенны. Как работает балун. Какие виды балунов бывают. Зачем нужен балун в антенне. Как выбрать и установить балун.

Что такое симметрирующий трансформатор (балун) для антенны

Симметрирующий трансформатор, или балун (от англ. balanced-unbalanced) — это устройство, которое используется для согласования симметричных и несимметричных линий передачи или нагрузок в антенных системах. Основная задача балуна — обеспечить правильное и эффективное соединение между симметричной антенной (например, диполем) и несимметричным фидером (обычно коаксиальным кабелем).

Балуны выполняют несколько важных функций:

• Преобразуют симметричную линию в несимметричную и наоборот
• Подавляют токи оплетки коаксиального кабеля
• Согласуют импедансы антенны и фидера
• Улучшают диаграмму направленности антенны
• Снижают уровень помех и наводок

Как работает балун в антенне

Принцип работы балуна основан на электромагнитной индукции. В простейшем случае балун представляет собой трансформатор с двумя обмотками:

• Первичная обмотка подключается к несимметричному входу (коаксиальному кабелю)
• Вторичная обмотка имеет симметричный выход для подключения к антенне

За счет электромагнитной связи между обмотками происходит преобразование несимметричного сигнала в симметричный. При этом токи в плечах антенны выравниваются, а синфазные токи во внешней оплетке кабеля подавляются.

Основные виды балунов для антенн

Существует несколько основных типов балунов, применяемых в антенных системах:

1. Трансформаторный балун

Классический вариант на основе двух раздельных обмоток на ферритовом сердечнике. Обеспечивает гальваническую развязку входа и выхода. Позволяет реализовать различные коэффициенты трансформации импеданса.

2. Автотрансформаторный балун

Использует одну обмотку с отводами. Проще в изготовлении, но не имеет гальванической развязки. Позволяет получить широкий диапазон трансформации импеданса.

3. Коаксиальный балун

Выполняется из отрезка коаксиального кабеля определенной длины, намотанного на ферритовое кольцо. Прост, но имеет узкую полосу рабочих частот.

4. Токовый балун

Работает по принципу дросселя, создавая высокое сопротивление для синфазных токов. Эффективно подавляет токи оплетки кабеля.

Зачем нужен балун в антенне

Использование балуна в антенной системе дает ряд важных преимуществ:

• Улучшает согласование антенны с фидером, снижая КСВ
• Устраняет искажения диаграммы направленности антенны
• Уменьшает уровень помех и наводок на приемную аппаратуру
• Снижает потери в антенно-фидерном тракте
• Повышает эффективность излучения антенны

Без балуна возможно возникновение следующих проблем:

• Асимметрия токов в плечах антенны
• Излучение оплетки коаксиального кабеля
• Повышенный уровень помех
• Искажение диаграммы направленности

Как выбрать балун для антенны

При выборе балуна следует учитывать следующие параметры:

1. Диапазон рабочих частот — должен соответствовать диапазону антенны
2. Входное и выходное сопротивление — для согласования с фидером и антенной
3. Допустимая мощность — не менее мощности передатчика
4. Коэффициент трансформации — при необходимости согласования импедансов
5. Конструктивное исполнение — для наружной или внутренней установки

Важно правильно подобрать тип балуна под конкретную антенну и условия эксплуатации.

Как установить балун на антенну

Установка балуна на антенну производится следующим образом:

1. Балун размещается в точке питания антенны
2. Симметричный выход балуна подключается к плечам антенны
3. Несимметричный вход соединяется с коаксиальным кабелем
4. Корпус балуна надежно герметизируется
5. Обеспечивается механическая разгрузка соединений

При монтаже важно обеспечить влагозащиту и прочное крепление балуна, особенно для наружных антенн.

Самодельные балуны для антенн

Простейшие балуны для КВ антенн можно изготовить самостоятельно. Наиболее распространенные варианты:

• Коаксиальный балун из отрезка кабеля
• Трансформаторный балун на ферритовом кольце
• Токовый балун из ферритовых колец

При самостоятельном изготовлении важно правильно рассчитать параметры и качественно выполнить намотку. Готовые промышленные балуны обычно имеют лучшие характеристики.

Заключение

Применение балуна является важным условием эффективной работы многих типов антенн. Правильно подобранный и установленный симметрирующий трансформатор позволяет улучшить согласование, снизить потери и повысить помехозащищенность антенной системы. При выборе балуна следует учитывать параметры конкретной антенны и условия ее эксплуатации.

Широкополосные симметрирующие трансформаторы на ферритовых трубках

Последние мои публикации, посвященные КВ антеннам, вызвали у многих читателей ряд вопросов о конструкции используемых в них трансформаторов и дросселей. Этот вопрос хорошо освещен в радиолюбительской литературе и многочисленных статьях и, казалось бы, не требует дальнейших комментариев. Но то ли наш народ разучился искать нужные сведения в море Интернета, то ли ему лень проводить самые простые расчеты по формулам из книг,… короче, руководство Московского городского радиоклуба попросило меня поделиться своим опытом изготовления этих изделий. Самодельные широкополосные симметрирующие дроссели и трансформаторы на ферритовых трубках Ферритовые трансформаторы на ферритовых трубках выполняют сразу несколько функций: трансформируют сопротивление, симметрируют токи в плечах антенны и подавляют синфазный ток в оплетке коаксиального фидера. Наилучшим отечественным ферритовым материалом для широкополосных трансформаторов является феррит марки 600НН, но из него не изготавливали трубчатых сердечников. ..

Сейчас в продаже появились ферритовые трубки зарубежных фирм с хорошими характеристиками,
в частности FRR-4,5 и FRR-9,5, имеющие размеры dxDxL 4,5x14x27 и 9,5х17,5х35 соответственно. Последние трубки использовались в качестве помехо-подавляющих дросселей на кабелях, соединяющих системные блоки компьютеров с мониторами на электронно-лучевых трубках. Сейчас их массово заменяют на матричные мониторы, а старые выбрасывают вместе с ферритами.

Рис.1. Ферритовые трубки FRR-9,5

Четыре таких трубки, сложенные рядом по две, образуют эквивалент «бинокля», на котором можно разместить обмотки трансформаторов, перекрывающих все КВ диапазоны от 160 до 10 м. Трубки имеют скругленные грани, что исключает повреждения изоляции проводов обмоток. Трубки удобно скрепить вместе, обмотав широким скотчем.

Из различных схем широкополосных трансформаторов я использовал простейшую, с раздельными обмотками, витки которых имеют дополнительную связь за счет плотной скрутки проводников между собой, что позволяет уменьшить индуктивность рассеяния и за счет этого повысить верхнюю границу рабочей полосы частот. Одним витком будем считать провод, продетый через отверстия обеих трубок «бинокля». Половиной витка — провод, продетый через отверстие одной трубки «бинокля». В таблицу
сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках.

В таблицу сведены варианты трансформаторов, выполнимых на этих трубках.

Как видим, получается весьма широкий выбор соотношения сопротивлений. Трансформатор с коэффициентом 1:1 — подобно дросселю симметрирует токи в плечах антенны и подавляет синфазный ток в оплетке кабеля питания. Прочие трансформаторы в дополнение к этому еще и трансформируют сопротивления. Чем руководствоваться при выборе числа витков? При прочих равных условиях трансформаторы с одновитковой первичной обмоткой имеют примерно в четыре раза более высокую нижнюю границу полосы пропускания по сравнению с двухвитковой, но и верхняя частота полосы пропускания и них значительно выше. Поэтому для трансформаторов, используемых от диапазонов 160 м и 80 м лучше использовать двухвитковые варианты, а от 40 м и выше — одновитковые. Использовать целочисленные значения числа витков предпочтительно, если желательно сохранить симметрию и разнести выводы обмоток на противоположные стороны «бинокля».

Чем выше коэффициент трансформации, тем труднее получить широкую полосу пропускания, поскольку возрастает индуктивность рассеяния обмоток. Компенсировать ее можно путем включения конденсатора параллельно первичной обмотке, подбирая его емкость по минимуму КСВ на верхней рабочей частоте.

Для обмоток я обычно использую провод МГТФ-0,5 или более тонкий, если нужное число витков не умещается в отверстии. Заранее рассчитываю нужную длину провода и отрезаю ее некоторым запасом. Провод первичной и вторичной обмоток плотно скручиваю до намотки на сердечник. Если отверстие феррита не заполнено обмотками, лучше продевать витки в подходящие по диаметру термоусаживаемые трубки, отрезанные по длине «бинокля», которые после завершения намотки усаживаются с помощью фена. Плотное прижатие витков обмоток друг к другу расширяет полосу трансформатора и часто позволяет исключить компенсирующий конденсатор.

Следует иметь в виду, что повышающий трансформатор может работать и как понижающий, с тем же коэффициентом трансформации, если его перевернуть. Обмотки, предназначенные для подключения к низкоомным сопротивлениям, нужно выполнять из экранной «плетёнки» или нескольких проводов, соединенных параллельно.

Проверку трансформатора можно проводить с помощью измерителя КСВ, нагрузив его выход на безиндуктивный резистор соответствующего номинала. Границы полосы определяются по допустимому уровню КСВ, например 1,1. Измерить потери, вносимые трансформатором, можно путем измерения ослабления, вносимого двумя одинаковыми трансформаторами, включенными последовательно, так, чтобы вход и выход имели сопротивление 50 Ом. Результат не забудьте поделить на 2.

Несколько труднее оценить мощностные характеристики трансформатора. Для этого потребуется усилитель и эквивалент нагрузки, способный выдерживать необходимую мощность. Используется та же схема с двумя трансформаторами. Измерение проводится на нижней рабочей частоте. Постепенно поднимая мощность CW и поддерживая ее примерно с минуту, определяем рукой температуру феррита. Уровень, при котором феррит за минуту начинает чуть заметно нагреваться, можно считать максимально допустимым для данного трансформатора. Дело в том, что при работе не на эквивалент нагрузки, а на реальную антенну, имеющую реактивную составляющую входного импеданса, трансформатор передает еще и реактивную мощность, которая может насыщать магнитный сердечник и вызывать дополнительный нагрев.

На рисунках показаны примеры практических конструкций. На рис.5 — трансформатор, имеющий два выхода: на 200 и 300 Ом.

Рис.2. Трансформатор 50:110

Рис.3. Трансформатор 50:200

Рис.4. Трансформатор 50:300

Рис.5. Трансформатор 50:200/300

Трансформаторы можно разместить на подходящего размера печатной плате, защитив ее от осадков любым практическим способом.

Владислав Щербаков, RU3ARJ

Интегральные пассивные компоненты

1. Главная
2. Продукция
3. ВЧ/СВЧ компоненты
4. Интегральные пассивные компоненты

Подробнее на сайте:

www. wless.ru

 Керамические интегральные пассивные компоненты выполнены из  керамики низко-температурного обжига (LTCC). Линейка продукции включает в себя симметрирующие трансформаторы, фильтры, диплексеры, триплексеры, ответвители, антенны.

 Для удобства разработчиков компания Johanson Technologies объединила в один миниатюрный корпус симметрирующий трансформатор и фильтр. Некоторые модели разработаны компанией для популярных чипсетов таких известных производителей, как Atmel, Silabs, Analog Devices, CEL, CSR, Infineon/Intel, MediaTek (MTK), Nordic Semiconductor, Qualcomm-Atheros, Texas Instruments ( T.I.).

 

Новости

09 Февраля 2021    wless.ru  

Новые полосовые фильтры для устройств 5G от компании Johanson Technology

13 Августа 2020    wless.

ru  

Компания Johanson Technology разработала новый интегральный пассивный компонент 0900FM15D0039E, оптимизированный для приемопередатчиков LoRa SX1261, SX1262, LLCC68 (Semtech).

07 Ноября 2019    wless.ru  

Линейка полосовых фильтров компании Johanson Technology пополнилась новым сверхширокополосным фильтром 7000BP15A1600E-AEC для диапазона 6200 — 7800 МГц, соответствующим стандарту AEC-Q200 и рекомендованным для применения в автомобильных приложениях.

06 Ноября 2019    wless.ru  

Компания Johanson Technology выпустила новый гибридный ответвитель 1585Ch25A0070 для диапазонов GPS/ГЛОНАСС/Beidou/Galileo.

06 Июня 2019    wless.ru  

Компания Johanson Technology выпустила миниатюрный симметрирующий трансформатор 0845BL05A0100 для частотного диапазона 729 — 960 МГц.

30 Мая 2018    wless.ru  

Компания Johanson Technology анонсировала новый полосовой фильтр 2450FM07D0034E, оптимизированный для приемопередатчиков LoRa SX1280 и SX1281(Semtech)

01 Мая 2017    wless.ru  

ВЧ- компоненты 0900PC15J0013E, позволяющие упростить разработку и повысить качество ВЧ-тракта приемопередатчиков CC112x, CC117x & CC12xx (TI), поступили на склад в Санкт-Петербурге.

Ваш заказ

Наверх

Радиочастотный антенный балун » Electronics Notes

Балуны

используются во многих областях для перехода между сбалансированными и несбалансированными сценариями: одна из ключевых областей — это радиочастоты, радиочастотные приложения для антенн.

---

РЧ антенные балуны и антенные балуны Включает:
Антенные балуны основы Текущий балун Унун основы

---

ВЧ-балуны используются со многими антеннами и их фидерами для преобразования симметричного питания или линии в несимметричное.

Возникают проблемы, когда симметричная антенна, такая как диполь или антенна аналогичной формы, напрямую питается от несимметричного фидера, такого как коаксиальный кабель.

Коаксиальный фидер

имеет много преимуществ перед симметричным фидером при использовании на УКВ и выше, а также при прокладке фидера через здание или вблизи других объектов.

Для достижения наилучших общих характеристик и удобства необходимо преобразовать симметричный фидер или точку питания антенны в несимметричную систему с использованием симметрирующего устройства.

Что такое балун: определение

Балуны

широко используются с антеннами и антенными системами для радиосвязи, вещания и многих других приложений. Они позволяют получить наилучшие характеристики от многих форм антенн.

Полезно точно определить, что такое балун.

Balun определение:

Balun: bal anced to un balun — это электрическое устройство, которое преобразует симметричный сигнал в несимметричный или фидерную линию. Балун может принимать различные формы и может включать в себя устройства, которые также преобразуют импедансы, но не обязаны это делать.

Хотя балуны широко используются с радиочастотными антеннами, они также могут использоваться в различных приложениях, включая: связь по линиям электропередач; преобразование передачи данных между Cat 5, Cat 6 и т. д. и Twinax; видео, где происходит преобразование между витой парой и коаксиальным кабелем и т. д. Есть много других применений балунов, но это одни из основных.

Для использования с РЧ-антеннами необходимы балуны, если используется симметричная антенна, такая как диполь. Наиболее удобной формой фидера является коаксиальный кабель, поскольку его гораздо удобнее прокладывать вдоль антенных мачт или столбов, вдоль земли, сквозь здания и т. д., не беспокоясь о том, что это повлияет на характеристики коаксиального кабеля.

Сбалансированный фидер очень хорош, обычно имеет очень низкий уровень потерь, но его работа основана на том факте, что в двух проводах протекают равные и противоположные токи, что позволяет полям гасить и передавать сигнал с очень низкими потерями. . Близлежащие объекты вызывают нарушение баланса и увеличение уровней потерь в результате излучения сигнала, а также увеличение уровней паразитных наводок вдоль кабеля, что может привести к нежелательным помехам.

Двойной фидер — форма сбалансированного фидера

Чтобы сделать возможным переход между симметричной точкой питания антенны или симметричным фидером и несимметричным фидером, таким как коаксиальный кабель, требуется балун.

Одной из основных форм сбалансированных антенн является дипольная антенна. Эта форма радиоантенны используется во многих приложениях радиосвязи сама по себе, а также с другими формами антенн, такими как антенна Яги (Яги-Уда) и многие другие типы радиоантенн. Чтобы эти симметричные антенны питались по коаксиальному кабелю, в точку питания часто включают антенный балун.

Дипольная антенна с балуном в точке питания

Есть несколько причин, по которым балуны могут понадобиться для антенной системы:

• Предотвращение излучения/наводки от внешнего проводника коаксиального кабеля:  Если используется симметричная антенна и запитывается напрямую через коаксиальный фидер, то обнаруживается, что внешний экран или экран коаксиального кабеля может излучать и принимать радиочастотные сигналы. . Для приема это может означать, что помехи от электрических устройств и т. д. в доме, здании или просто рядом с фидером могут быть уловлены. Для передачи это может означать, что фидер будет излучать сигнал, который может вызвать помехи и привести к потере фидера.

  Использование балуна обеспечивает правильную работу коаксиального фидера и достижение наилучших общих характеристик антенной системы.

  Иногда можно обойтись без балуна. Часто одним контрольным признаком является изменение КСВ антенной системы при перемещении или касании фидера, но на самом деле единственный реальный способ определить, нужен ли балун, — это измерить синфазные токи в фидерной линии.

• Там, где важна диаграмма направленности антенны:   Если излучение или наводка происходит от внешнего проводника несимметричного кабеля (коаксиального фидера), это повлияет на общую диаграмму направленности антенны. В случаях, когда это важно, например. при проверке диаграммы направленности важно, чтобы излучение и прием исходили только от антенны. В этих случаях балун необходим.

• Там, где необходимо минимизировать излучение вблизи передатчика:   Если часть радиочастотного сигнала, предназначенного для излучения антенны, также излучается фидером, то вокруг передатчика будут более высокие уровни РЧ. Это может повлиять на передачу различными способами. Это может нарушить передачу в режиме данных, когда РЧ попадет на интерфейс между передатчиком и компьютером, что приведет к сбою системы. Если используется аналоговая аудиопередача, она может попасть на линии аудиовхода и вызвать странные эффекты обратной связи. Решение подобных проблем может заключаться в использовании балуна при переходе от сбалансированного к несбалансированному. Даже если проблема не устранена, скорее всего, ситуация улучшится.

Основы балуна

Основная концепция балуна обычно заключается в использовании трансформатора. Несмотря на то, что существует множество различных типов балунов, базовый тип трансформатора является хорошей отправной точкой для иллюстрации основных операций.

Концепция балуна основана на трансформаторе, и его основная функция как балуна состоит в том, чтобы изолировать прямое соединение между симметричной антенной или фидером и несимметричным коаксиальным фидером. Таким образом, заземление несимметричного кабеля не подключается напрямую к симметричной системе и остается сбалансированным.

Все трансформаторы имеют ограниченную полосу пропускания, поэтому полоса пропускания балуна должна быть больше, чем полоса пропускания антенны или другой системы, с которой он будет использоваться. Концепция антенного балуна

Самый очевидный метод создания балуна — это создание трансформатора с двумя обмотками — одна сторона заземлена, а другая сторона имеет дифференциальные выходы. При необходимости можно заземлить центральный ответвитель балуна, но для антенных систем это обычно не делается.

Так же стоит отметить, что балун двунаправленный, входа или выхода как такового нет, только балансные и небалансные наборы оконечных устройств.

Типовой балун антенны для радиолюбителей КВ для преобразования симметричной линии в несимметричную для измерительных приложений

Балун тока и напряжения

Существует два основных класса балунов, которые могут быть реализованы:

• Балун тока:   Балун тока пропускает равный ток через две стороны сбалансированной нагрузки. Токовый балун 1:1 фактически представляет собой простую линию передачи, такую ​​как бифилярная обмотка или коаксиальный кабель, намотанный на ферритовый сердечник.

• Балун напряжения:   Балун напряжения обеспечивает одинаковое напряжение на двух сторонах сбалансированной нагрузки. Балуны напряжения немного сложнее, чем балуны тока, и оказываются очень неэффективными в предотвращении того, чтобы экран коаксиального кабеля, а также открытая лестничная линия пропускали синфазные токи и излучали энергию. Соответственно, балуны напряжения не используются в большинстве антенных приложений.

Типы антенных балунов

Хотя сущностью многих балунов является трансформатор, существует несколько различных типов балунов, которые можно использовать. Некоторые используют разные методы схем, в то время как другие используют разные концепции. Однако все они образуют основную функцию перехода от сбалансированной системы к несбалансированной.

• Классический балун-трансформер:   Традиционным балуном является использование трансформатора. Он состоит из двух электрически отдельных обмоток, обычно намотанных на сердечнике — обычно тороидальном ферритовом сердечнике. Наличие двух отдельных обмоток таким образом означает, что две цепи электрически изолированы, что может иметь преимущества для некоторых приложений.

  Балун антенны трансформатора

  Сердечник, на который намотан трансформатор, может быть либо воздушным сердечником, обычно с каркасом, который может быть фарфоровым, чтобы удерживать две катушки на месте, либо может быть изготовлен из магнитопровода, такого как феррит. Феррит необходимо выбирать таким образом, чтобы он мог работать с задействованными частотами и уровнями мощности.

  Отношение витков между первичной и вторичной обмотками определяет соотношение уровней входного и выходного импеданса. Таким образом, балун можно использовать не только для преобразования между симметричным и несимметричным, но и при необходимости действовать как согласующий трансформатор. Это может быть очень полезно, когда антенна или другой фидер имеет высокий уровень импеданса, который необходимо преобразовать в более низкий уровень для использования со стандартным 50-омным коаксиальным кабелем и т. д. . В некоторых случаях может потребоваться увеличить импеданс коаксиального фидера.

  Также следует помнить, что в балуне будут потери. Хотя они обычно малы, их все же необходимо учитывать в некоторых приложениях.

  Одна из проблем этой формы балуна заключается в том, что две половины полностью электрически изолированы. Обнаружено, что внешние антенны могут улавливать статические заряды и накапливаться заряд. Чтобы преодолеть это, можно использовать балун с центральным отводом на уравновешенной обмотке. Центральный отвод заземлен для рассеивания заряда.

• Балун с автотрансформатором:   Как следует из названия, в этой форме балуна используется автотрансформатор, т. е. одна обмотка, обеспечивающая переход от симметричного к несимметричному.

  Автотрансформаторный антенный балун

  Одним из преимуществ автотрансформаторного типа балуна является то, что он по своей сути обеспечивает путь постоянного тока к земле для всех соединений, как на несимметричном коаксиальном входе, так и на симметричном входе. Как описано выше, это позволяет снимать статический заряд.

• РЧ-дроссель в качестве балуна:  Одной из основных проблем при подаче питания на симметричную антенну с несимметричным фидером, таким как коаксиальный кабель, является то, что РЧ проходит по внешней стороне коаксиального кабеля, что может привести к нежелательному излучению и наводке.

  Принцип дроссельного балуна заключается в увеличении индуктивности на внешнем проводнике несимметричного проводника, чтобы предотвратить распространение сигналов только по этому проводнику.

  Одно из применений дросселирующего балуна состоит в том, чтобы намотать несколько витков фидера вверх в точке питания антенны, чтобы он действовал как дроссель фидерной линии. Хотя это очень простая реализация, она не всегда работает хорошо. Коэффициент подавления синфазного сигнала балуна зависит от импеданса системы в точке, где используется балун. Кроме того, индуктивности нескольких витков коаксиального кабеля может быть недостаточно для обеспечения адекватного подавления на частотах ниже 10 МГц или около того.

  Другим вариантом является намотка коаксиального кабеля вокруг тороидального каркаса. Очевидно, что необходимо учитывать радиус изгиба коаксиального кабеля, а это означает, что обычно требуются тороиды большего размера. Также необходимо учитывать свойства тороидального феррита, чтобы обеспечить наилучшее затухание на частотах использования.

Балун ВЧ-антенны с указанием креплений и того, как антенный провод и соединения не воспринимают натяжение антенного провода

Монтаж балуна

Хотя балуны бывают разных форм, они часто используются с внешними антеннами и требуют также внимания к механическим устройствам.

Необходимо учитывать ряд факторов:

• Защита от непогоды:   Поскольку многие балуны используются снаружи, они должны быть изготовлены таким образом, чтобы выдерживать суровые погодные условия. Жара, солнце, дождь, отрицательные температуры и многое другое сказывается на любом объекте в удаленном месте. В то время как проникновение воды является серьезной проблемой, которая может позволить влаге попасть в любой коаксиальный фидер, солнце также может вызвать деградацию пластика с течением времени, тепло может привести к деградации любого уплотнения коробки или другого уплотнения, а отрицательные температуры также могут вызвать деградацию.

  Любой коаксиальный кабель должен быть надлежащим образом герметизирован, возможно, путем покрытия любого разъема самоклеящейся лентой и т. д.

• Механические крепления:   Важно, чтобы любой балун можно было механически встроить в антенную систему. Если балун сопрягается между коаксиальным кабелем и лестничной линией, дополнительные способы его фиксации могут не потребоваться. Однако многие балуны также образуют центральную или Т-образную часть проволочной дипольной антенны, например, для проволочных ВЧ-антенн.

  Типовой балун КВ антенны

  Здесь натяжение провода не должно удерживаться соединениями. Вместо этого в балун должна быть встроена какая-либо форма разгрузки от натяжения, или должен использоваться дипольный тройник, а балун прикреплен к центральной части с помощью петлевых проводов к соединениям балуна. Также часто помогает наличие крепления для центральной опоры. Это особенно полезно, когда балун используется с перевернутым V-образным диполем, где центр диполя прикреплен к центральному высокому шесту, мачте или другой точке крепления.

Балуны являются важным элементом многих антенных систем. Они позволяют правильно преобразовать симметричную антенну или фидер в несимметричную, такую ​​как коаксиальный кабель, который можно легко провести через здание и т. д. туда, где это необходимо.

Балуны

могут принимать различные формы, что позволяет выбрать наиболее подходящий формат для любой конкретной ситуации.

Другие темы об антеннах и распространении:
ЭМ волны Распространение радио Ионосферное распространение Грунтовая волна Разброс метеоров Тропосферное распространение Основы антенны Кубический четырехугольник Диполь Отключить Ферритовый стержень Логопериодическая антенна Антенна с параболическим отражателем Антенны с фазированной решеткой Вертикальные антенны Яги Заземление антенны телевизионные антенны Коаксиальный кабель Волновод КСВ Антенные балуны MIMO
    Вернитесь в меню «Антенны и распространение». . .

BalUn и трансформатор импеданса

BalUn и трансформатор импеданса Что конкретно?

Что такое BalUn

Во-первых, всегда существует много путаницы между BalUn и трансформатором импеданса. BalUn расшифровывается как Balanced — Unbalanced. Например, вы используете BalUn для адаптации несбалансированной системы подачи (коаксиальный кабель) к сбалансированной (симметричной) антенной системе (например, дипольной антенне). Здесь не происходит согласования импедансов, потому что и антенна, и фидерная система будут иметь сопротивление около 50 Ом. Так что это явно о BalUn. Например, вы часто читаете статьи о BalUn 1:4. Это будет означать, что BalUn 1:4 выполняет две функции, а именно преобразовывает импеданс в 4 раза и формирует переход между сбалансированной и несбалансированной системой. В большинстве случаев такая комбинированная система, построенная всего на одном ферритовом сердечнике, работает не очень хорошо. Преобразование импеданса часто приятно, но функция Balanced – Unbalanced во многих случаях оставляет желать лучшего.

Почему БалУн?

Основной причиной использования BalUn является обеспечение того, чтобы коаксиальный кабель не стал частью антенной системы и, следовательно, не излучал вместе с ней. Это имеет всевозможные неприятные последствия, подумайте: проблемы с помехами, нарушенная диаграмма направленности антенны и более высокий уровень шума. Последний пункт связан с тем, что экран коаксиального кабеля не только излучает при передаче, но и работает как приемная антенна. Достаточно причин, чтобы использовать BalUn. Изображения ниже показывают, что часть тока антенны не выбирает правую ногу диполя, а выбирает внешнюю часть коаксиального кабеля. Необходимо следить за тем, чтобы ток в обеих половинах диполя был одинаковым, а также чтобы блокировать путь к земле через оболочку коаксиального кабеля.

Ток экрана через коаксиальный кабель

 

 

Ток антенны при дисбалансе

Все еще не уверены?

Взгляните на схематические изображения дипольной антенны ниже. Слева мы видим схему того, как должна выглядеть идеальная антенна. Нагрузка 50 Ом, независимая от земли. На самом деле связь с землей действительно существует. Учтите, что дипольная антенна, висящая низко над землей, имеет более низкий импеданс, чем дипольная антенна, висящая высоко над землей.

Учитывая это явление, средняя диаграмма больше соответствует действительности. Теперь, если мы посмотрим на эту среднюю схему, мы заметим, что резистор справа на самом деле подключен к земле с двух сторон! Так почему бы тока все же выбрать этот резистор? Это связано с тем, что ток выбирает путь с наименьшим сопротивлением. На практике часть тока будет течь через правую половину диполя, а часть — по внешней стороне коаксиального кабеля обратно на землю.

Распределение тока сильно зависит от длины коаксиального кабеля. Дипольная антенна имеет наибольший риск дисбаланса с коаксиальным кабелем половинной длины волны. Так возникает дисбаланс, что приводит ко всем вышеупомянутым страданиям. Необходимо найти решение, как показано на схеме справа, и мы рассмотрим это более подробно.

Чему должен соответствовать BalUn?

Хороший BalUn должен гарантировать, что ток в обеих половинах антенны одинаков (сбалансирован) и что никакой ток не может стекать через внешнюю часть коаксиального кабеля на землю. При параллельном прокладывании двух проводников вокруг тороидального сердечника оба тока становятся равными. Пока входящие и исходящие токи обоих проводников равны друг другу, магнитный поток в сердечнике также будет вести себя противоположно и компенсировать друг друга. В результате BalUn не влияет на сигнальный ток. Любой синфазный ток течет в том же направлении, что и один из двух проводников, поэтому поток в сердечнике также имеет то же направление. Этот поток накапливается и создает высокое сопротивление синфазному току, препятствуя его протеканию.

Обмотки из двух проводников, параллельных друг другу, также называют бифилярными обмотками. Важно, чтобы оба проводника были уложены плотно рядом, потому что волновое сопротивление в этом случае составляет около 50 Ом. Так что это работает только с, скажем, эмалированным медным проводом, который плотно прилегает друг к другу. Если используется изолированный провод, расстояние немного больше, что повышает вероятность того, что волновое сопротивление приблизится к 100 Ом. Также можно намотать коаксиальный кабель на тороидальный сердечник, тогда, конечно, импеданс останется всего 50 Ом.

К сожалению, существуют ограничения на использование эмалированного медного провода в бифилярных обмотках. Изоляция минимальна и поэтому может легко продуться.

Как решить эту проблему?

Провод лучше использовать изолированный. В комплектах HF используется посеребренная медная проволока с изоляцией из ПТФЭ. Этот обмоточный провод имеет низкое сопротивление, может выдерживать высокие температуры и имеет значение изоляции 600 Вольт. Однако полное сопротивление двух параллельных проводов с изоляцией составляет около 100 Ом. Конечно, BalUn не должен мешать импедансу антенны. Таким образом, BalUn также должен иметь импеданс 50 Ом. На рисунке ниже показано, как два набора бифилярных обмоток соединены параллельно вокруг одного и того же тороидального сердечника. Дважды параллельные 100 Ом дают 50 Ом. Это вернет импеданс BalUn к тому, каким он должен быть.

Практически это выглядит так, как показано на рисунке ниже.

 

Какой кольцевой сердечник

Для хорошего трансформатора BalUn или импеданса лучше всего использовать феррит. Материал железного порошка имеет слишком низкое значение AL, поэтому для достижения хорошего результата требуется огромное количество обмоток (я вернусь к этому позже). Большое количество обмоток, особенно в трансформаторе импеданса, создает большую емкость между обмотками. Это влияет на импеданс, особенно на высоких частотах. Поэтому необходимо использовать ферритовый материал, обеспечивающий достаточную собственную индуктивность при небольшом числе обмоток. Диапазон частот, в котором хорошо работает ферритовый сердечник, зависит от выбранного ферритового материала; это тоже, конечно, надо учитывать.

Несколько примеров хорошего материала сердечника для широкополосных приложений:

Amidon-43 (1/30 МГц)

Amidon-61 (10/100 МГц)

Ferroxcube 4C65 (2/30 МГц)

Для чего нужен трансформатор импеданса ?

Вот вам и BalUn, но когда в дело вступает трансформатор импеданса? преобразование импеданса необходимо, если импеданс антенны не совпадает с импедансом приемопередатчика и фидерной линии. Во многих случаях желательно работать с приемопередатчиком 50 Ом и коаксиальным кабелем 50 Ом до антенны, тогда, если антенна также показывает 50 Ом, BalUn будет достаточно. Предположим, что вы работаете с «Полноволновой четверной антенной» или «Полноволновой дельта-петлевой антенной», тогда импеданс антенны будет около 100 Ом. В этом случае для преобразования 100 Ом в 50 Ом потребуется трансформатор импеданса 1:2. Если используется «антенна центрального питания:» (антенна Windom), импеданс будет между 200 и 300 Ом. Теперь выбирается трансформатор импеданса 1:4 или 1:6.

Коэффициент обмоток регулировочного трансформатора определяет регулировку импеданса. Если выбрано соотношение обмотки 1:2, напряжение удвоится, а ток уменьшится вдвое. Это приводит к согласованию импедансов 1:4.

Пример: Соотношение обмоток 1:2 дает согласование импедансов 1:4:

На практике

Ниже приведена иллюстрация сбалансированного трансформатора импеданса 1:4 с соотношением обмоток 1:2. Здесь используется 6 первичных обмоток и 12 вторичных обмоток. Конечно, можно выбрать и другое количество витков, лишь бы соотношение оставалось правильным.

Количество витков

Соотношение витков может определять согласование импедансов, но с этим соотношением существует множество возможностей витков. В приведенном выше примере можно буквально выбрать одну первичную обмотку и две вторичные обмотки. Наконец, это дает соотношение 1:2. Другая возможность — 10 первичных обмоток и 20 вторичных обмоток. Чтобы определить количество обмоток, нам нужно немного углубиться.

Практическое правило, с которым вы сталкиваетесь повсюду, заключается в следующем: Реактивное сопротивление XL (сопротивление переменному току) трансформатора должно быть как минимум в 5 раз больше, чем импеданс, который необходимо согласовать. Это необходимо, чтобы свести к минимуму влияние трансформатора, чтобы была достигнута разумная эффективность. Реактивное сопротивление зависит от материала сердечника, количества обмоток и частоты работы. Так что количество обмоток здесь очень важно. Регулировочный трансформатор 1:4 должен быть рассчитан на вторичной обмотке на нагрузку 200 Ом. Теперь, согласно ранее упомянутому эмпирическому правилу, реактивное сопротивление (сопротивление переменному току) вторичной обмотки трансформатора должно быть не менее (200 x 5) 1000 Ом.

Как это вычислить?

Каждому типу ядра соответствует значение AL. Это значение кое-что говорит о соотношении между количеством обмоток и результирующей собственной индуктивностью трансформатора. Величина AL зависит не только от материала сердечника, но и от размеров сердечника.

 L(nH) = (N²) × AL 

В приведенной выше формуле L — это собственная индуктивность в нГн (нано-Генри), N — количество витков, а AL — относительная собственная индуктивность сердечника. 9-6 ) * 2 * π * 3.600.000 = 1280 Ом

Также можно использовать «Mini Ringkern Rechner». Эта удобная программа автоматически вычисляет приведенные выше расчеты. В этой программе достаточно просто выбрать тор, после чего сразу становится известно значение AL. Если вводятся дополнительные данные, то также определяется реактивное сопротивление на заданной частоте.

Ссылка для скачивания Mini Ringker Rechner: Нажмите здесь!!!

Тогда еще несколько обмоток?

В случае 80-метрового диапазона будет достаточно 8 вторичных обмоток. В конце концов, 1280 Ом намного выше 1000 Ом. Если мы захотим использовать этот трансформатор для 160-метрового диапазона, у нас возникнут проблемы. Очевидная вещь, о которой следует подумать сейчас, это использовать как можно больше обмоток, потому что реактивное сопротивление всегда будет полностью удовлетворено.

Ненужные обмотки, к сожалению, тоже несут с собой недостатки. Это связано с тем, что обмотки также ведут себя как небольшие конденсаторы по отношению друг к другу. Больше обмоток означает большую непреднамеренную емкость в трансформаторе. Это нежелательный эффект, который возникает в основном на частотах выше 15 МГц. В результате плохой КСВ на высоких частотах. Так что в этом вопросе придется искать компромисс. Больше обмоток означает более высокое реактивное сопротивление на более низких частотах, но менее благоприятное значение КСВ на более высоких частотах.

Когда я использую BalUn и когда я использую трансформатор импеданса?

В случае переключения с несимметричной фидерной линии (коаксиальный) на симметричную антенну (диполь) вам потребуется балун. Обе системы около 50 Ом. В результате преобразование импеданса не требуется, требуется только BalUn.

Когда одного BalUn недостаточно? В случае, когда несимметричная фидерная линия (коаксиальный кабель) используется для питания симметричной антенны с другим импедансом. На самом деле должен быть не только переход от несимметричного к симметричному, но и импеданс должен быть согласован. Наилучший метод в этом случае — использовать оба, то есть сначала BalUn, а затем симметричный трансформатор импеданса. Таким образом, используются два тороида.