Pomocí balunu s rezonančním dipólem
On 18 února, 2021 by adminpřipravuji konstrukci rezonančního horizontálního dipólu se středovým napájením. Viděl jsem, jak lidé používají baluny v napájecím bodě antény, a někteří lidé na ně přísahají, ale nikdy jsem nedostal uspokojivou odpověď na proč byste použili / potřebujete balun. Zdá se, že všechny rezonanční dipólové antény, které jsem dříve vytvořil, fungovaly dobře, když byly použity s koaxiálním kabelem 50 Ω a bez balunu. To spočívalo v připojení jedné nohy dipólu ke střednímu vodiči a druhé nohy ke koaxiálnímu štítu.
Vím, že normální impedance dipólu napájeného středem při rezonanci je asi 75 Ω, takže vidím, že by existovala výhoda impedance odpovídající balunu.
Jaké výhody (nebo nevýhody) poskytuje balun v rezonanční dipólové anténě?
Komentáře
- Chci si to povšimnout, protože se jedná o dobrá otázka, s dobrými odpověďmi a rád na ni odkazuji, že tento problém je použitelný téměř pro jakoukoli anténu, nejen pro dipóly. To zahrnuje vertikály a smyčky.
Odpověď
Kanonická odpověď je, že balun převádí dipól ( BAlanced) přemluvit (UNbalanced). Ale co to znamená ?
Aby přenosová vedení (dvojitá nebo koaxiální) nevyzařovala, musí každý vodič nést stejné a opačné proudy. Právě tyto stejné a opačné proudy se navzájem ruší, což má za následek nulové čisté pole od přenosového vedení. Pokud proudy nejsou stejné a opačné, pak se nezruší a rozdíl má za následek vnější elektromagnetické pole a vaše přenosové vedení vyzařuje jako anténa.
To je obecně nežádoucí. Při vysílání to může znamenat vysokou RF v chatrči, problémy s reproduktory, digitální elektronikou atd. Pokud je připojena k směrové anténě, způsobuje problémy s vysíláním a příjmem, protože skutečný vyzařovací diagram je kombinací zamýšlené antény a neúmyslného anténa tvořená napájecím vedením, které pravděpodobně vůbec není směrové. Pokud jste modelovali svoji anténu, model předpokládá napájecí vedení, které nevyzařuje.
Dobře, potřebujete stejné a opačné proudy koaxiální, aby nevyzařovala. Pokud jej připojíte k dipólu, měli byste to pochopit. Vypadá to docela symetricky, že?
Ano, dipól je symetrický, ale koaxiální kabel není t. Obvykle je štít někde připevněn k zemi. I když to není t, geometrie stínění a středový vodič nejsou totožné, takže stínění bude mít odlišnou impedanci vzhledem k dipólu než střední vodič.
Bez ohledu na koaxiální kabel nemusí být dipól stejně symetrický. Zvažte nejen anténu, ale vše v jejím blízkém poli. Je dokonale vyrovnaný se zemí? Je jeden konec blíže ke kovovému žlabu?
Výsledkem všech těchto asymetrií je to, že každá strana dipólu představuje různé napájecí impedance. V ideálním případě by anténa přijímala veškerou energii vyslanou vysílačem. Stejné a opačné proudy vnesené do koaxiálního kabelu vysílačem jdou dolů po protilehlých ramenech dipólu, kde je vyzařována EM energie. Ale když není dipól vyvážený, proudy přijímané každou nohou dipólu se nemohou rovnat. Ale veškerý proud musí někam jít, takže rozdíl proudu mezi nohami dipólu se odráží zpět dolů koaxiální kabel, zpět na vysílač. (Všimněte si, že se to liší od odrazu od nesouladu impedance, který způsobuje vysoké SWR.) Tento proud však nemá stejný a opačný proud na středním vodiči, takže vyzařuje z koaxiálního kabelu jako anténa.
Pokud provozujete dipól napájený koaxiálem bez balunu, děje se vám to, i když si toho možná nevšimnete. Koaxiální štít vyzařuje v pohodě, a pokud si váš signál stále najde cestu na druhou stanici a nedáte si RF popáleniny, pak není problém. Dobré vysokofrekvenční uzemnění u vstupu napájecího vedení do chatrče může snížit opětovný vstup vysokofrekvenčního záření. I bez zvláštní pozornosti k uzemnění pravděpodobně při 100 W nebude RF v chatrči dělat víc, než aby některé reproduktory bzučely, což lze považovat za „normální“.
Přidáním balunu se tomuto problému vyhnete. Izolováním napájecího vedení nezískáte RF v chatrči a váš dipól se bude chovat jako dipól popsaný v učebnicích. Vaše ladění a výkon antény nebudou změněny jinými objekty poblíž koaxiálního kabelu, protože koaxiální kabel nebude být součástí antény. Pokud je váš dipól na dobrém místě pro anténu a váš koaxiální kabel není, budete mít celkově lepší anténu.
Komentáře
- Soustředění na koaxiální a “ nevyvážené “ přenosové vedení to plete. Skutečným problémem jsou proudy v běžném režimu.Ty lze přepravovat stejně snadno na přenosovém vedení “ vyváženého “ s otevřeným drátem. Pokud se podíváte na zapojení toroidních balunů, jedná se o vyvážená zařízení po celou cestu. Výhodou je udušení proudů v běžném režimu.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Je ‚ celkem snadné vytvořit dipól, který ‚ s dostatečně vyvážený s dvojitým vedením a bez balunu. Vyžaduje to jistou opatrnost. ‚ není možné vytvořit dipól, který by ‚ byl dokonce vzdáleně vyvážen koaxiálním napájením, a to ‚ Je situace, na kterou se otázka zeptala, a to ‚ je to, co většina lidí vlastně dělá. Pokud se chcete zeptat na další otázku týkající se proudů v běžném režimu, neváhejte, ale tato odpověď je již přes stránku dlouhá. Nemůže ‚ vysvětlit všechno .
Odpovědět
Dipól je konkrétní stroj pro vytváření EM polí. Cílem je nastavit napětí mezi dvěma polovinami dipólu takovým způsobem, aby bylo vytvořeno a efektivně vyzařováno EM pole.
Nezapomeňte, napětí je rozdíl mezi dvěma věcmi. Když vezmeme v úvahu pouze dipól, bez napájecího vedení nebo čehokoli jiného kolem něj, je velmi jednoduché vidět, že je dipól symetrický. Proudy v jedné noze vytvářejí napětí proti druhé noze, protože nic jiného neexistuje.
Pokud napájíme dipól pomocí koaxiálního kabelu , situace je velmi odlišná. Štít zachycuje všechna pole EM a účinně skrývá středový vodič před jakýmikoli vnějšími poli. Už nemáte symetrické uspořádání: jedna noha dipólu je připojena na štít, takže opravdu, má tvar písmene L. Ve skutečnosti je štít stejnou částí antény jako dipól, který má napájet.
z vynikajícího článku na antenna-theory.com
Takže teď zvažte, co stane se s proudy cestujícími po koaxiálním kabelu. Signál z vysílače se skládá z $ I_A $ a rovného a protilehlého $ I_B $. $ I_A $ musí proudit dolů po jedné noze dipólu, protože nemá kam jinam jít. na feedpointu má $ I_B $ dvě možnosti: může proudit dolů připojenou nohou dipólu nebo může odrážet zpět dolů koaxiální štít.
Tak se $ I_B $ rozdělí, s některými z to ($ I_C $) se vrací na koaxiálním kabelu a rozdíl ($ I_B-I_C $) jde dolů podle dipólu. Míra rozdělení bude určena relativními impedancemi těchto dvou možností.
To často není problém, protože koaxiální štít dělá anténu stejně jemnou jako dipól. Strašně to narušuje vyzařovací diagram, ale protože dipólová směrovou anténu nezačala, těžko na tom záleží. Mohlo by to znamenat, že v chatrči dostanete hodně RF, ale pokud přenášíte 100 W, je nepravděpodobné, že by vážné problémy.
Existují však i další jemné problémy: pokud přenášíte RF v chatrči, přijímáte také RF z chatrče ( reciprocita ). Vaši anténu byste mohli dostat daleko od vedení, přepínání napájecích zdrojů, počítačů a jiných zdrojů hluku v chatrči, ale pokud je vaše napájecí linka ve skutečnosti součástí antény, přijímáte všechny tento hluk stejně.
Použitím balunu nějak vynucujete, aby byly proudy na každé noze dipólu stejné, aby se na koaxiálu nevracel žádný proud, aby koaxiální kabel nevyzařoval a nepůsobil jako součást antény. Existuje mnoho návrhů, ale jedním z nejběžnějších a nejúčinnějších je jednoduchá c tlumivka ommon mode , známá také jako proudový balun 1: 1. Toto chytré zařízení má za následek vložení velké impedance mezi napájecí bod a vnější stranu štítu ($ I_B $ a $ I_C $ na obrázku výše), takže je relativně atraktivnější, aby proud klesl po dipólu:
Upozorňujeme, že nesoulad koaxiálního kabelu 50Ω s anténou 75Ω není pro nic z toho relevantní.Pokud je vaše napájecí šňůra a anténa neodpovídají, získáte určité energetické odrazy, ale tyto odrazy by byly uvnitř napájecí šňůry a nezpůsobily by se napájecí šňůra součástí antény. Existují balunové návrhy, které také provádějí impedanční transformaci, ale nejde o funkci označenou balun . Z praktického hlediska je 75 Ω dostatečně dobrá shoda s 50 Ω a typické ztráty v napájecím vedení při HF dostatečně nízké, takže podle mého názoru je většina pokusů o přizpůsobení impedance v této situaci zbytečná a pravděpodobně ztrácí více energie neefektivitou, než jakou získají při získávání lepší shoda.
Komentáře
- To je zavádějící, protože předpokládá ideální dipól a protože naznačuje, že vyvážená síla přenosového vedení je vyvážena v anténě . Ten druhý je prostě špatný a ten první je falešný pro téměř všechny skutečné antény. Anténa je vyvážená, když jsou impedance obou prvků stejné. Doba. Okolí antény je téměř vždy nerovnoměrné, a tím způsobí nevyváženost antény. Mohli byste prvky oříznout, aby byly vyrovnanější, ale pak by pršelo nebo by na jednom konci přistál pták. Proto používáme baluny.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Nemáte ‚ chybu … co jsem tím chtěl říct je, že s vyváženým podavačem to ‚ je alespoň teoreticky možné vytvořit vyvážený dipól, zatímco u koaxiálního napáječe máte zaručeno velmi špatné vyvážení. Můžete mi říci, co konkrétně v odpovědi lze zlepšit?
- Článek na anténní-theory.com se zdá být správný, ale je velmi matoucí. To a z této odpovědi vyplývá, že koaxiální kabel je “ nevyvážený „. Tento výraz má smysl pro zvuk, ale ne pro RF. Koaxiální kabel je vyvážený. Ale … je to třívodičový systém. Na vnější straně vnitřního vodiče a na vnitřní straně vnějšího vodiče jsou vyvážené proudy. Fyzika to zajišťuje. Proudy v běžném režimu proudí na vnější straně vnějšího vodiče. Baluns redukuje proudy v běžném režimu z nevyvážených antén, ale jiné zdroje mohou indukovat proudy vně štítu.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Myslím, že spojujete nevyvážené vedení , což znamená nerovné impedance vůči zemi, s nevyváženými proudy, což znamená proudy v běžném režimu.
- Říkáte, že Ia musí jít do dipólu, zatímco některé z Ib se místo toho může odrazit zpět. Proč nemůže ‚ t Ia odrážet také?
Odpovědět
Další odpověď zmiňuje článek K9YC, Jim Brown. Toto je nejlepší reference na balunech v amatérském rádiu. Viz: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Kapitola 6 je o balunách a anténách. Říká: „Primární funkcí většiny balunů, přinejmenším v našich stanicích, je minimalizovat interakci našich antén s přenosovými linkami, které je spojují s našimi rádii.“
Interakce, které minimalizujeme jsou dva, „RF v chatrči“ a šum v běžném režimu.
Skutečné antény jsou nevyvážené podle svého okolí: stromy, budovy, vodivost země atd. To způsobí nerovné impedance prezentované dvěma terminálům přenosového vedení a problémy s RF přechodem na jiná místa. Jakákoli nevyváženost se změní na napětí v běžném režimu na obou vodičích přenosového vedení. To může vyzařovat a způsobit problémy s přenášeným RF ve vašich rádiích a v jiných elektronických zařízeních ve vaší domácnosti a u vašich sousedů. “
Lze také přijímat signály v běžném režimu. Zachyceny budou téměř všechny zdroje okolního hluku rovnoměrně dvěma prvky (a přenosovým vedením) a zobrazí se na rádiu sečteném s požadovaným signálem.
Aktuální balun (jediný druh, který chcete) bude mít pro signály v běžném režimu vysokou impedanci a nízká impedance k diferenciálním signálům. Pokud jsou ty dva 5 000 Ω a 50 Ω, jedná se o stokrát útlum signálů v běžném režimu.
Mám dipól asi 30 palců, natažený mezi dvěma stromy a více náš dům. Dům má ocelový nosník těsně mimo střed pod dipólem. To je samozřejmě nevyvážené, i když prvky (oddělené pro 40m a 20m) mají stejnou délku. Přidání balunu snížilo přijímaný šum přibližně o 6 dB.
Nevýhody balunu? Náklady a útlum. Můj balun (od Balun Designs) stál 55 $, což je významný přírůstek ceny drátové antény. Dobře navržený toroidní balun bude mít vložnou ztrátu 0,1 dB (viz http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). Balun vyrobený ze svinutého koaxiálního kabelu může mít značný útlum kvůli množství koaxiálního napětí.
Důrazně doporučuji přečíst si kapitolu 6 článku K9YC.
Odpověď
Takzvaný „current balun“ se skládá z řady feritových jader s koaxiálním napájecím vedením protékajícími jejich středy. To výrazně snižuje tok RF proudu na vnější straně stínění , což zase snižuje ztráty RF.Nemá to vliv na nesoulad impedance, ale to je menší.
Komentáře
- Můžete vytvořit aktuální balun / sytič se spoustou feritová jádra na koaxiálním kabelu (jak popisujete), nebo s koaxiální cívkou nebo s toroidním transformátorem.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – ano, díky. Ten, který jsem udělal, používá feritová jádra.
Odpověď
Phil odvedl dobrou práci s vysvětlením, co se děje proudy v práci.
Pokud jde o důvod, proč vám záleží na tom, jak je uvedeno v otázce, impedance napájecího bodu je 75 Ω a napájíte ji koaxiálním kabelem 50 Ω. Pokud proudy nejsou dokonale vyvážené, některé z těchto RF uvidí tuto napájecí linku jako cestu s nižší impedancí a použije ji.
Bude to stále fungovat? Ano, žádný problém. Vyzařování napájecího vedení ovlivní strukturu antény, ale buďme upřímní, dipól stejně není směrový, takže si to téměř jistě nevšimnete.
Návrat RF může nebo nemusí být důležitý . Závisí to na používané úrovni výkonu a frekvenci. Pokud používáte QRP na 80 m, žádný problém. Pokud spouštíte 1 500 W, na téměř jakékoli frekvenci, máte nyní problém.
Řešením je přidat na vnější stranu koaxiálního kabelu dostatečnou dostatečnou přesvědčení, aby přesvědčil RF, aby zůstal v anténě. Jak překážka závisí na tom, koho se ptáte? Viděl jsem, že odkazy uvádějí pouhých 500 Ω, aby byly dostatečné (příručka ARRL), jiní říkají 1000 Ω (W1HIS) a přečetli si dlouhý a přesvědčivý dokument, který uvádí, že cíl by měl být 5 000 Ω (K9YC).
Pamatujte, že impedance feritových jader se mění s frekvencí (a teplotou). dvě hlavní proměnné při výběru feritu jsou tvarový faktor a „mix“ (z čeho jsou vyrobeny). Musíte vybrat ty, které jsou zacíleny na váš provozní rozsah (obvykle mix 43 nebo 31) a dostatečně velké, aby zvládly energii, aniž by se příliš zahřívaly. Celý ferit má po překročení magickou teplotu, impedance klesá na nic, ale odpor stoupá, což vede k tepelnému úniku, který roztaví váš koaxiální kabel.
Komentáře
- Myslím, že je to opravdu špatně. Neshoda impedance způsobí, že se síla projeví při nesouladu (v tomto případě feedpoint), ale to nesouvisí s proudy v běžném režimu. Dokonale vyvážená anténa, která je neodpovídající, bude mít stále odražený výkon a dokonale sladěná anténa může mít proud v běžném režimu.
Odpovědět
Všechny skvělé odpovědi, většina RFI je způsobena silně nesouladnými anténami vystavenými vysokému výkonu. Souhlasím s tím, že balun 1: 1 pomůže v určitých dipólových instalacích blízko země nebo když je koaxiální napájecí vedení nakonfigurováno v nesymetrickém rozložení při opuštění antény. Balun 1: 1 neovlivňuje shodu, 75 až 50 ohmů nebo cokoli jiného, ne pro co je určen.
Balun nepoužívám na žádném ze svých různých drátových paprsků a vážně bych uvažoval o váha středu přidaná balunem a cena vs většina problémů na jednoduchých dipólech na 1 / 4wl a vyšších ukáže, že přidání aktuálního balunu není nutné.
Odpověď
Pro příjem SWL jsem nikdy nepoužíval balun. Mohlo by to ve skutečnosti snížit nežádoucí RF, ale i náhodné otočení koaxiálního kabelu může přinést dostatek pozitivních výsledků při použití pouze pro příjem. Pro vysílání je to zjevně úplně jiný scénář a vždy používám balun 1: 1 na půlvlnných dipólech a Yagis.
Napsat komentář