Ved hjælp af en balun med en resonansdipol
On februar 18, 2021 by adminJeg forbereder mig på at konstruere en resonant, centerfodret, vandret dipol. Jeg har set folk bruge baluns ved antennens fødepunkt, og nogle sværger ved dem, men jeg har aldrig fået et tilfredsstillende svar på hvorfor du ville bruge / har brug for en balun. Alle de resonante dipolantenner, jeg tidligere har lavet, så ud til at fungere fint, når de blev brugt med 50 Ω coax og ingen balun. Dette bestod af at forbinde dipolets ene ben til midterlederen og det andet ben til coax-skjoldet.
Jeg ved, at den normale impedans af en centerfodret dipol ved resonans er omkring 75 Ω, så jeg kan se, at der ville være en impedansmatchende fordel ved en balun.
Hvilke fordele (og / eller ulemper) giver en balun i en resonant dipolantenne?
Kommentarer
- Jeg vil bemærke, at fordi dette er en godt spørgsmål, med gode svar, og jeg kan godt lide at linke til det, at dette problem gælder for næsten enhver hvilken som helst antenne, ikke kun dipoler. Det inkluderer lodrette og sløjfer.
Svar
Nå, det kanoniske svar er, at balun konverterer dipolen ( BAlanced) for at lokke (UNbalanced). Men hvad betyder det betyder ?
For at transmissionslinjer (dobbeltledning eller coax) ikke skal udstråle, skal hver leder bære lige og modsatte strømme. Det er disse lige og modsatte strømme, der annullerer hinanden, hvilket resulterer i nul nettofelt væk fra transmissionslinjen. Hvis strømmen ikke er ens og modsat, annullerer de ikke, og forskellen resulterer i et eksternt elektromagnetisk felt, og din transmissionslinje udstråler som en antenne.
Dette er generelt uønsket. Ved transmission kan det betyde høj RF i skuret, rod med højttalere, digital elektronik osv. Hvis det er fastgjort til en retningsbestemt antenne, forårsager det problemer med transmission og modtagelse, fordi det faktiske strålingsmønster er en kombination af den tilsigtede antenne og utilsigtet antenne dannet af fødelinjen, som sandsynligvis slet ikke er retningsbestemt. Hvis du har modelleret din antenne, antager modellen en fødelinje, der ikke stråler.
OK fint, du har brug for lige og modsatte strømme i coax for at gøre det ikke udstråler. Hvis du fastgør det til en dipol, skal du få det. Det ser ret symmetrisk ud, ikke?
Nå ja, dipolen er symmetrisk, men koakseret er ikke t. Normalt er skjoldet fastgjort til jorden et eller andet sted. Selvom det ikke er, er geometrien af skærm og midterleder er ikke identiske, så skjoldet vil have en anden impedans i forhold til dipolen end midterlederen.
Uanset coax er dipolen muligvis ikke rigtig symmetrisk alligevel. Overvej ikke kun antennen, men alt i dens nærmeste felt. Er det perfekt på jorden? Er den ene ende tættere på en metalrender?
Resultatet af alle disse asymmetrier er, at hver side af dipolen præsenterer forskellige impedanser til fødepunktet. Ideelt set ville antennen acceptere al den strøm, der sendes til den af senderen. De lige og modsatte strømme, som transmitteren lægger i coaxen, går hver især ned ad modsatte ben af dipolen, hvor EM-energien stråles væk. Men når dipolen ikke er afbalanceret, kan de strømme, der accepteres af hvert ben i dipolen, ikke være ens. Men al strømmen skal gå et eller andet sted, så forskellen i strøm mellem dipolbenene reflekteres tilbage ned i koaks, tilbage ved senderen. (Bemærk, dette adskiller sig fra refleksion fra impedansmatchninger, der forårsager høj SWR.) Denne strøm har dog ikke en lige og modsat strøm på midterlederen, så den udstråler koaksialet som en antenne. / p>
Hvis du betjener en dipol, der tilføres coax uden en balun, sker dette for dig, selvom du muligvis ikke bemærker det. Coax-skjoldet udstråler fint, og hvis dit signal stadig finder vej til den anden station, og du ikke giver dig selv RF-forbrændinger, er der ikke noget problem. En god RF-jord ved fødelinjens indgang til hytten kan reducere RF-genindgangen. Selv uden særlig opmærksomhed på jordforbindelse, ved 100W, vil RF i hytten sandsynligvis ikke gøre mere end at få nogle højttalere til at summende, hvilket kan betragtes som “normal”.
Ved at tilføje en balun undgår du dette problem. Ved at isolere fødelinjen får du ikke RF i skuret, og din dipol opfører sig som en dipol, der er beskrevet i lærebøger. Din antennetuning og ydeevne bliver ikke ændret af andre objekter i nærheden af koaks, fordi koaks vinder ikke t være en del af antennen. Hvis din dipol er et godt sted for en antenne, og din koaks er ikke “t, har du generelt en bedre antenne.
Kommentarer
- Koncentrerer sig om coax og ” ubalanceret ” transmissionslinje forvirrer ting. Det virkelige problem er almindelige strømme.Disse kan bæres lige så let på åben ledning ” afbalanceret ” transmissionslinje. Hvis du ser på ledningerne til toroide baluner, er de afbalancerede enheder, hele vejen igennem. Fordelen er at kvæle de almindelige strømme.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Det ‘ er ret simpelt at lave en dipol, der ‘ s afbalanceret nok med twin-lead og ingen balun. Det kræver en vis omhu, helt sikkert. Det ‘ er ikke muligt at lave en dipol, der ‘ er endda eksternt afbalanceret med en coax feed, og at ‘ er den situation, spørgsmålet stillede om, og at ‘ er, hvad de fleste faktisk gør. Hvis du vil stille et andet spørgsmål om strømme i almindelig tilstand, er du velkommen, men dette svar er allerede over en side lang. Det kan ‘ t forklare alt .
Svar
En dipol er en bestemt maskine til oprettelse af EM-felter. Ideen er at oprette en spænding mellem dipolens to halvdele på en sådan måde, at et EM-felt oprettes og effektivt udstråles væk.
Husk, spænding er en forskel mellem to ting. Når vi kun tænker på en dipol uden fødelinje eller andet omkring den, er det meget simpelt at se, at dipolen er symmetrisk. Strømmene i det ene ben skaber spændinger mod det andet ben, fordi der ikke er noget andet.
Hvis vi fodrer dipolen med dobbeltledning , er det stadig let at se, hvordan dipolen kan være symmetrisk. Hvert ben fungerer nu mod fødelinjen, men da begge ledninger af fødelinjen er meget tæt på hinanden, påvirkes de lige meget af, hvad antennen gør, og der er ingen nettoeffekt. Naturligvis alt andet (Jorden, træer, tagrender, tårne osv. omkring antennen skulle også være symmetrisk, og dette er urealistisk.
Hvis vi fodrer dipolen med coax , situationen er meget anderledes. Skjoldet opfanger ethvert EM-felt og skjuler effektivt lederen fra eksterne felter. Du har ikke et symmetrisk arrangement længere: det ene ben af dipolen er forbundet til skjoldet, så virkelig, det er en L-form. Faktisk er skjoldet lige så meget en del af antennen som dipolen, den skal føde.
fra en fremragende artikel på antenne-theory.com
Så overvej nu hvad sker med de strømme, der bevæger sig ned ad koaksialet. Signalet fra senderen består af $ I_A $ og en lige og modsat $ I_B $. $ I_A $ skal strømme ned ad et ben af dipolen, fordi den ikke har andre steder at gå. på fødepunktet har $ I_B $ to muligheder: det kan strømme ned ad dipolens vedhæftede ben, eller det kan reflektere tilbage ned i koaksialskjoldet.
Således deles $ I_B $ med nogle af det ($ I_C $) returnerer på coax, og forskellen ($ I_B-I_C $), der går ned ad dipolen, som beregnet. Opdelingsgraden bestemmes af de relative impedanser for disse to muligheder.
Dette er ikke ofte et problem, fordi koaksialskærmen gør en antenne lige så fin som dipolen. Det forvrænger strålingsmønsteret forfærdeligt, men da en dipol ikke var en retningsbestemt antenne, begyndte det næppe noget. Det kan betyde, at du får meget RF i skuret, men hvis du sender med 100W, er det usandsynligt, at det medfører alvorlige problemer.
Der er dog nogle mere subtile problemer: hvis du sender RF i hytten, modtager du også RF fra hytten ( gensidighed ). Du kan muligvis få din antenne langt væk fra strømlinerne, skifte strømforsyning, computere og andre støjkilder i hytten, men hvis din feedline faktisk er en del af antennen, modtager du alt denne støj alligevel.
Ved at anvende en balun tvinger du på en eller anden måde strømmen på hvert ben af dipolen til at være ens, så ingen strøm returnerer på koaks, så koaks ikke udstråler og virker som en del af antennen. Der er mange designs, men en af de mest almindelige og effektive er en simpel c ommon mode choke , også kendt som en 1: 1 nuværende balun. Denne smarte enhed har den effekt, at der indsættes en stor impedans mellem fødepunktet og ydersiden af skjoldet ($ I_B $ og $ I_C $ i billedet ovenfor), hvilket gør det relativt mere tiltalende for strømmen at gå ned i dipolen:
fra Wikipedia
Bemærk, at misforholdet mellem 50Ω coax og en 75Ω antenne ikke er relevant for noget af dette.Hvis din feedline og antenne ikke stemmer overens, får du nogle strømrefleksioner, men disse refleksioner ville være inde feedline og ikke få feedline til at blive en del af antennen. Der er balun-design, der også udfører impedans-transformation, men dette er ikke den funktion, der er angivet med balun . På en praktisk note er 75Ω et godt nok match til 50Ω, og typiske fødeledningstab ved HF lavt nok til, at de fleste forsøg på impedanstilpasning i denne situation efter min mening er unødvendige og sandsynligvis spilder mere energi gennem ineffektivitet, end de opnår ved at opnå et bedre match.
Kommentarer
- Dette er vildledende, fordi det antager en ideel dipol, og fordi det antyder, at afbalanceret transmissionslinje styrker balance i en antenne . Sidstnævnte er bare forkert, og den førstnævnte er falsk for næsten alle ægte antenner. En antenne er afbalanceret, når impedanserne for de to elementer er ens. Periode. Omgivelserne ved en antenne gør dem næsten altid ulige og dermed gør antennen ubalanceret. Du kunne trimme elementerne for at gøre dem mere lige, men så ville det regne eller en fugl ville lande i den ene ende. Derfor bruger vi baluns.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Du er ikke ‘ t forkert … hvad jeg mente at sige er, at det med en afbalanceret føder ‘ er i det mindste i teorien muligt at fremstille en afbalanceret dipol, mens du med en coax-føder er garanteret meget dårlig balance. Kan du fortælle mig, hvad der specifikt i svaret kunne forbedres?
- Artiklen på antenna-theory.com synes at være korrekt, men den er meget forvirrende. Dette og dette svar antyder, at coax er ” ubalanceret “. Dette udtryk giver mening ved lyd, men ikke ved RF. Coax er afbalanceret. Men … det er et treledersystem. Der er afbalancerede strømme på ydersiden af den indre leder og indersiden af den ydre leder. Fysik sikrer dette. Common-mode strømme strømmer på ydersiden af den ydre leder. Baluns reducerer common-mode strømme fra ubalancerede antenner, men andre kilder kan inducere strømme i ydersiden af skjoldet.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Jeg tror, du samler en ubalanceret linje , hvilket betyder ulige impedanser til jorden med ubalancerede strømme, hvilket betyder common-mode strømme.
- Du siger Ia skal gå ind i dipolen, mens nogle af Ib kan reflektere tilbage i stedet. Hvorfor kan ‘ t Ia også reflektere?
Svar
Et andet svar nævner papiret fra K9YC, Jim Brown. Dette er den bedste reference på baluns i amatørradio. Se: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Kapitel 6 handler om baluns og antenner. Han siger, “Den primære funktion af de fleste baluns, i det mindste i vores skinke-stationer, er at minimere interaktionen mellem vores antenner og de transmissionslinjer, der forbinder dem til vores radioer.”
De interaktioner, vi minimerer. er to, “RF i skuret” og støj i almindelig tilstand.
Reelle antenner er ubalancerede af deres omgivelser: træer, bygninger, jordledningsevne osv. Dette medfører ulige impedanser, der præsenteres for de to terminaler i transmissionslinjen, og problemer med RF, der går andre steder. Enhver ubalance bliver til en common-mode spænding på begge ledere af transmissionsledningen. Dette kan udstråle og forårsage problemer med transmitteret RF i dine radioer og andre elektroniske enheder i dit hjem og dine naboer “.
Common-mode-signaler kan også modtages. Næsten alle nærliggende støjkilder vil blive afhentet ligeligt af de to elementer (og transmissionslinjen) og dukker op ved radioen opsummeret med det ønskede signal.
En aktuel balun (den eneste slags, du vil have) vil præsentere en høj impedans til common-mode signaler og en lav impedans til differentielle signaler. Hvis de to er 5000Ω og 50Ω, er det en 100X dæmpning af de almindelige signaler.
Jeg har en dipol på ca. 30 “, spændt mellem to træer og derover vores hus. Huset har en stålbjælke lige uden for midten under dipolen. Dette er åbenlyst ubalanceret, selvom elementerne (adskilte til 40m og 20m) er ens længde. Tilføjelse af en balun faldt den modtagne støj med ca. 6 dB.
Ulemper ved en balun? Omkostninger og dæmpning. Min balun (fra Balun Designs) kostede $ 55, hvilket er en betydelig tilføjelse til prisen på en trådantenne. En veldesignet toroidbalun har et indsættelsestab på 0,1 db (se http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). En balun lavet af coiled coax kan have betydelig dæmpning på grund af mængden af coax.
Jeg anbefaler stærkt at læse kapitel 6 i K9YCs papir.
Svar
En såkaldt “nuværende balun” består af en flok ferritkerner med den koaksiale fødeledning, der løber gennem deres centre. Dette reducerer RF-strømstrømmen på ydersiden af skærmen i høj grad , hvilket igen reducerer RF-tab.Det påvirker ikke impedansoverensstemmelsen, men det er mindre.
Kommentarer
- Du kan opbygge en aktuel balun / choke med en masse ferritkerner på coaxen (som du beskriver) eller med en coax coax eller med en toroidetransformator.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – ja tak. Den, jeg gjorde, bruger ferritkerner.
Svar
Phil gjorde et godt stykke arbejde med at forklare, hvad der går med strømmen på arbejdspladsen.
Hvad angår hvorfor du har brug for at passe, ruller, som du bemærker i spørgsmålet, fødepunktimpedensen er 75Ω, og du fodrer den med 50Ω koaks. Hvis strømmen ikke er perfekt afbalanceret, vil noget af den RF se den fødelinje som en lavere impedensvej og bruge den.
Vil den stadig fungere? Ja, ikke noget problem. Feedstrålingsstråling vil påvirke antennens mønster, men lad os være ærlige her, en dipol, der alligevel ikke er retningsbestemt, så du vil næsten helt sikkert ikke mærke det.
RF, der kommer tilbage, har måske ikke noget at gøre . Det afhænger af det effektniveau, du bruger, og frekvensen. Hvis du kører QRP på 80 m, er der ikke noget problem. Hvis du skruer op for 1500w, næsten på hvilken som helst frekvens, har du nu et problem.
Løsningen er at tilføje impedens til ydersiden af coax tilstrækkeligt til at overbevise RF om at blive i antennen. Hvordan impedens afhænger af, hvem du spørger? Jeg har set referencer angive så lidt som 500Ω for at være tilstrækkelige (ARRL-håndbog), andre siger 1000Ω (W1HIS) og har læst et langt og overbevisende papir, der siger, at målet skal være 5000Ω (K9YC).
Bemærk, at impedensen præsenteret af ferritkerner varierer med frekvens (og temperatur). de to vigtigste variabler ved valg af ferrit er formfaktor og “blanding” (hvad de er lavet af). Du skal vælge dem, der er målrettet mod dit driftsområde (typisk mix 43 eller 31) og store nok til at håndtere strømmen uden at varme op for meget. Al ferrit har en magisk temperatur, når den først er krydset, impedensen falder til intet andet end modstanden går OP, hvilket resulterer i en termisk løbebane, der smelter din koaks.
Kommentarer
- Jeg synes, det er virkelig forkert. En impedansoverensstemmelse vil medføre, at strømmen reflekteres ved uoverensstemmelsen (i dette tilfælde fødepunktet), men dette er ikke relateret til strømme i almindelig tilstand. En perfekt afbalanceret antenne, der ikke stemmer overens, vil stadig have reflekteret strøm, og en perfekt matchet antenne kan have strøm i fælles tilstand.
Svar
Alle gode svar. De fleste rfi er forårsaget af alvorligt uoverensstemmende antenner udsat for høj effekt. Jeg er enig i, at en 1 til 1 balun vil hjælpe i visse dipolinstallationer tæt på jorden, eller når coax feedline er konfigureret i et ikke-symetrisk layout, når man forlader antennen. En 1 til 1 balun påvirker ikke matchningen, 75 til 50 ohm eller hvad som helst, ikke hvad den er designet til.
Jeg bruger ikke en balun på nogen af mine forskellige trådbjælker og vil seriøst overveje centervægt tilføjet af en balun og prisen i forhold til de fleste ikke-problemer på enkle dipoler ved 1 / 4wl og højere vil vise, at tilføjelsen af en nuværende balun ikke er nødvendig.
Svar
Til SWL-modtagelse har jeg aldrig brugt en balun. Det kunne faktisk reducere uønsket RF, men selv tilfældige svingninger i coax kan producere nok positive resultater på kun modtaget brug. Til transmission er det naturligvis et helt andet scenario, og jeg bruger altid 1: 1 baluns på halvbølgedipoler og Yagis.
Skriv et svar