Usando un balun con un dipolo resonante
On febrero 18, 2021 by adminMe estoy preparando para construir un dipolo horizontal resonante, alimentado por el centro. He visto a personas usar balunes en el punto de alimentación de la antena, y algunas personas juran por ellos, pero nunca he obtenido una respuesta satisfactoria sobre por qué usarías / necesitarías un balun. Todas las antenas dipolo resonantes que hice anteriormente parecían funcionar bien cuando se usaban con coaxial de 50 Ω y sin balun. Este consistía en conectar una pata del dipolo al conductor central y la otra pata al blindaje coaxial.
Sé que la impedancia normal de un dipolo alimentado por el centro en resonancia es de aproximadamente 75 Ω, por lo que puedo ver que habría un beneficio de igualación de impedancia de un balun.
¿Qué beneficios (y / o inconvenientes) proporciona un balun en una antena dipolo resonante?
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- Quiero señalar que debido a que se trata de un buena pregunta, con buenas respuestas, y me gusta vincularla, que este problema es aplicable a casi cualquier antena, no solo a dipolos. Eso incluye verticales y bucles.
Respuesta
Bueno, la respuesta canónica es que el balun convierte el dipolo ( BAlanced) a coaxial (desequilibrado). Pero, ¿qué significa ?
Para que las líneas de transmisión (de dos conductores o coaxiales) no irradien, cada conductor debe transportar corrientes iguales y opuestas. Son estas corrientes iguales y opuestas que se cancelan entre sí lo que da como resultado un campo neto cero lejos de la línea de transmisión. Si las corrientes no son iguales y opuestas, entonces no se cancelan y la diferencia da como resultado un campo electromagnético externo, y su línea de transmisión irradia como una antena.
Esto generalmente no es deseable. Al transmitir, puede significar una alta RF en la cabaña, jugar con los parlantes, la electrónica digital, etc. Si se conecta a una antena direccional, causa problemas de transmisión y recepción porque el patrón de radiación real es una combinación de la antena prevista y el no intencional antena formada por la línea de alimentación, que probablemente no es direccional en absoluto. Si ha modelado su antena, el modelo asume una línea de alimentación que no irradia.
Está bien, necesita corrientes iguales y opuestas en persuadir para que no irradie. Si lo conecta a un dipolo, debería obtenerlo. Parece bastante simétrico, ¿verdad?
Bueno, sí, el dipolo es simétrico, pero el coaxial no lo es. Por lo general, el escudo está conectado a tierra en algún lugar. Incluso si no lo es, la geometría del El blindaje y el conductor central no son idénticos, por lo que el blindaje tendrá una impedancia diferente con respecto al dipolo que al conductor central.
Independientemente del cable coaxial, el dipolo puede no ser realmente simétrico de todos modos. Considere no solo la antena, sino todo lo que se encuentra en su campo cercano. ¿Está perfectamente nivelado con el suelo? ¿Hay un extremo más cerca de un canalón metálico?
El resultado de todas estas asimetrías es que cada lado del dipolo presenta impedancias diferentes al punto de alimentación. Idealmente, la antena aceptaría toda la potencia que le envía el transmisor. Las corrientes iguales y opuestas puestas en el cable coaxial por el transmisor bajan cada una de las patas opuestas del dipolo donde se irradia la energía EM. Pero cuando el dipolo no está equilibrado, las corrientes aceptadas por cada pata del dipolo no pueden ser iguales. Pero, toda la corriente debe ir a alguna parte, por lo que la diferencia de corriente entre las patas del dipolo se refleja en el cable coaxial, de vuelta en (Tenga en cuenta que esto es distinto de la reflexión de los desajustes de impedancia que causan una ROE alta). Sin embargo, esta corriente no tiene una corriente igual y opuesta en el conductor central, por lo que irradia del cable coaxial, como una antena. / p>
Si opera un dipolo alimentado con cable coaxial sin un balun, esto le está sucediendo, aunque es posible que no lo note. El blindaje coaxial irradia muy bien, y si su señal aún llega a la otra estación y no se quema de RF, entonces no hay problema. Una buena conexión a tierra de RF en la entrada de la línea de alimentación a la cabaña puede reducir la reentrada de RF. Incluso sin una atención especial a la conexión a tierra, a 100 W, la RF en la cabaña probablemente no hará más que hacer vibrar algunos altavoces, lo que podría considerarse «normal».
Al agregar un balun, evita este problema. Al aislar la línea de alimentación, no obtendrá RF en la cabaña y su dipolo se comportará como un dipolo descrito en los libros de texto. La sintonización y el rendimiento de su antena no serán alterados por otros objetos cerca del cable coaxial, porque el coaxial no Sea parte de la antena. Si su dipolo está en una buena ubicación para una antena y su cable coaxial no lo está, entonces tendrá una mejor antena en general.
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- Concentrarse en la línea de transmisión coaxial y » no balanceada » confunde las cosas. El problema real son las corrientes de modo común.Estos se pueden transportar con la misma facilidad en una línea de transmisión » balanceada » de cable abierto. Si observa el cableado de los baluns toroidales, son dispositivos equilibrados, hasta el final. El beneficio es sofocar las corrientes de modo común.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Es ‘ bastante simple hacer un dipolo que ‘ s suficientemente equilibrado con doble derivación y sin balun. Requiere un poco de cuidado, seguro. ‘ no es posible hacer un dipolo que ‘ esté equilibrado de forma remota con una alimentación coaxial, y ‘ es la situación sobre la que se planteó la pregunta, y ‘ es lo que la mayoría de la gente realmente hace. Si desea hacer otra pregunta sobre las corrientes en modo común, no dude en hacerlo, pero esta respuesta ya tiene más de una página. Puede ‘ t explicar todo .
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Un dipolo es una máquina particular para crear campos EM. La idea es establecer un voltaje entre las dos mitades del dipolo de tal manera que se cree un campo EM y se irradie de manera eficiente.
Recuerde, voltaje es una diferencia entre dos cosas. Cuando consideramos solo un dipolo, sin línea de alimentación o cualquier otra cosa a su alrededor, es muy simple ver que el dipolo es simétrico. Las corrientes en una pierna crean voltajes contra la otra pierna, porque no hay nada más.
Si alimentamos el dipolo con derivación gemela , aún es fácil ver cómo el dipolo puede ser simétrico. Cada pata ahora está funcionando contra la línea de alimentación, pero dado que ambos cables de la línea de alimentación están muy cerca uno del otro, se ven afectados por igual por lo que sea que esté haciendo la antena y no hay ningún efecto neto. Por supuesto, todo lo demás (la Tierra, árboles, canalones, torres , etc.) alrededor de la antena también debería ser simétrico, y esto no es realista.
Si alimentamos el dipolo con coaxial , el La situación es muy diferente. El blindaje intercepta cualquier campo EM, ocultando efectivamente el conductor central de cualquier campo externo. Ya no tiene una disposición simétrica: una pata del dipolo está conectada al escudo, así que realmente, tiene forma de L. De hecho, el escudo es una parte tan importante de la antena como el dipolo que está destinado a alimentar.
de un excelente artículo en antenna-theory.com
Así que ahora considere lo que sucede con las corrientes que viajan por el cable coaxial. La señal del transmisor consta de $ I_A $ y un $ I_B $ igual y opuesto. $ I_A $ debe fluir por una rama del dipolo, porque no tiene a dónde ir. Sin embargo, en el punto de alimentación, $ I_B $ tiene dos opciones: puede fluir por la rama adjunta del dipolo, o puede reflejarse hacia abajo por el escudo coaxial.
Por lo tanto, $ I_B $ se dividirá, con algunos de it ($ I_C $) regresando por el cable coaxial, y la diferencia ($ I_B-I_C $) bajando por el dipolo, como se pretendía. El grado de división será determinado por las impedancias relativas de estas dos opciones.
Esto no suele ser un problema, porque el blindaje coaxial es una antena tan fina como el dipolo. Distorsiona horriblemente el patrón de radiación, pero dado que un dipolo no era una antena direccional para empezar, poco importa. Podría significar que obtienes una gran cantidad de RF en la cabaña, pero si estás transmitiendo con 100W, es poco probable que esto cause alguna problemas serios.
Sin embargo, existen algunos problemas más sutiles: si está transmitiendo RF en la choza, también está recibiendo RF de la choza ( reciprocidad ). Es posible que pueda alejar su antena de las líneas eléctricas, fuentes de alimentación conmutadas, computadoras y otras fuentes de ruido en la cabaña, pero si su línea de alimentación es en realidad parte de la antena, entonces está recibiendo todos este ruido de todos modos.
Al emplear un balun, de alguna manera está obligando a que las corrientes en cada pata del dipolo sean iguales, de modo que no regrese corriente por el cable coaxial, de modo que el cable coaxial no irradie y actúe como parte de la antena. Hay muchos diseños, pero uno de los más comunes y efectivos es un simple c estrangulador de modo ommon , también conocido como balun de corriente 1: 1. Este inteligente dispositivo tiene el efecto de insertar una gran impedancia entre el punto de alimentación y el exterior del escudo ($ I_B $ y $ I_C $ en la imagen de arriba), lo que hace que sea relativamente más atractivo que la corriente baje por el dipolo:
de Wikipedia
Tenga en cuenta que la falta de coincidencia entre el cable coaxial de 50Ω y una antena de 75Ω no es relevante para nada de esto.Si su línea de alimentación y su antena no coinciden, obtendrá algunos reflejos de potencia, pero esos reflejos estarán dentro de la línea de alimentación y no harán que la línea de alimentación se convierta en parte de la antena. Hay diseños de balun que también realizan transformación de impedancia, pero esta no es la función indicada por balun . En una nota práctica, 75Ω es una coincidencia suficientemente buena con 50Ω, y las pérdidas típicas de la línea de alimentación en HF lo suficientemente bajas, que en mi opinión la mayoría de los intentos de igualación de impedancia en esta situación son innecesarios y probablemente desperdicien más energía a través de ineficiencias de la que obtienen al obtener una mejor coincidencia.
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- Esto es engañoso, porque asume un dipolo ideal y porque sugiere que la línea de transmisión balanceada fuerza el equilibrio en una antena . Lo último es simplemente incorrecto y lo primero es falso para casi todas las antenas reales. Una antena está equilibrada cuando las impedancias de los dos elementos son iguales. Período. El entorno de una antena casi siempre los hace desiguales y, por lo tanto, desequilibra la antena. Podrías recortar los elementos para hacerlos más iguales, pero luego llovería o un pájaro aterrizaría en un extremo. Es por eso que usamos baluns.
- @ WalterUnderwoodK6WRU No estás ‘ t equivocado … lo que quise decir es que con un alimentador balanceado ‘ s al menos posible en teoría hacer un dipolo balanceado, mientras que con un alimentador coaxial se garantiza que tendrá un balance muy pobre. ¿Puede decirme qué podría mejorarse específicamente en la respuesta?
- El artículo de antenna-theory.com parece ser correcto, pero es muy confuso. Eso, y esta respuesta, implican que el cable coaxial es » desequilibrado «. Ese término tiene sentido en audio, pero no en RF. El cable coaxial está equilibrado. Pero … es un sistema de tres conductores. Hay corrientes equilibradas en el exterior del conductor interior y en el interior del conductor exterior. La física asegura esto. Las corrientes de modo común fluyen por el exterior del conductor exterior. Los baluns reducen las corrientes de modo común de las antenas no balanceadas, pero otras fuentes pueden inducir corrientes en el exterior del blindaje.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Creo que está combinando un línea desequilibrada , que significa impedancias desiguales a tierra, con corrientes desequilibradas, es decir, corrientes de modo común.
- Usted dice que Ia debe entrar en el dipolo, mientras que algunos de Ib puede reflexionar en su lugar. ¿Por qué ‘ t Ia también puede reflexionar?
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Otra respuesta menciona el artículo de K9YC, Jim Brown. Esta es la mejor referencia sobre baluns en radioaficionados. Ver: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
El capítulo 6 trata sobre balunes y antenas. Él dice: «La función principal de la mayoría de los baluns, al menos en nuestras estaciones de radioaficionado, es minimizar la interacción de nuestras antenas con las líneas de transmisión que las conectan a nuestras radios».
Las interacciones que estamos minimizando son dos, «RF en la cabaña» y ruido de modo común.
Las antenas reales están desequilibradas por su entorno: árboles, edificios, conductividad del suelo, etc. Esto provoca impedancias desiguales presentadas en los dos terminales de la línea de transmisión y problemas con la RF que va a otros lugares. Cualquier desequilibrio se convierte en un voltaje de modo común en ambos conductores de la línea de transmisión. Esto puede irradiar y causar problemas con la RF transmitida en sus radios y en otros dispositivos electrónicos de su hogar y sus vecinos «.
También se pueden recibir señales de modo común. Se captarán casi todas las fuentes de ruido cercanas igualmente por los dos elementos (y la línea de transmisión) y aparecerán en la radio sumados con la señal deseada.
Un balun actual (el único tipo que desea) presentará una alta impedancia a las señales de modo común y una baja impedancia a las señales diferenciales. Si las dos son 5000Ω y 50Ω, eso es una atenuación de 100X de las señales de modo común.
Tengo un dipolo de aproximadamente 30 «, colgado entre dos árboles y más nuestra casa. La casa tiene una viga de acero descentrada debajo del dipolo. Obviamente, esto está desequilibrado, aunque los elementos (separados para 40 my 20 m) tienen la misma longitud. Agregar un balun redujo el ruido recibido en aproximadamente 6 dB.
¿Desventajas de un balun? Costo y atenuación. Mi balun (de Balun Designs) costó $ 55, una adición significativa al costo de una antena de cable. Un balun toroidal bien diseñado tendrá una pérdida de inserción de 0.1db (consulte http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). Un balun hecho de cable coaxial enrollado puede tener una atenuación significativa debido a la cantidad de cable coaxial.
Recomiendo encarecidamente leer el capítulo 6 del artículo de K9YC.
Respuesta
Un llamado «balun de corriente» consiste en un grupo de núcleos de ferrita con la línea de alimentación coaxial atravesando sus centros. Esto reduce en gran medida el flujo de corriente de RF en el exterior del escudo , lo que, a su vez, reduce las pérdidas de RF.No afecta la falta de coincidencia de impedancia, pero eso es menor.
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- Puede construir un balun / choke actual con una gran cantidad de núcleos de ferrita en el cable coaxial (como usted describe), o con una bobina de cable coaxial, o con un transformador toroidal.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – sí, gracias. El que hice usa núcleos de ferrita.
Respuesta
Phil hizo un buen trabajo al explicar lo que sucede las corrientes en el trabajo.
En cuanto al por qué debe preocuparse, bueno, como señala en la pregunta, la impedancia del punto de alimentación es de 75Ω y lo está alimentando con un cable coaxial de 50Ω. Si las corrientes no están perfectamente equilibradas, parte de esa RF verá esa línea de alimentación como una ruta de menor impedancia y la utilizará.
¿Seguirá funcionando? Sí, no hay problema. La radiación de la línea de alimentación afectará el patrón de la antena, pero seamos honestos aquí, un dipolo no direccional de todos modos, por lo que es casi seguro que no lo notará.
La RF que regresa puede o no importar . Depende del nivel de potencia que esté utilizando y de la frecuencia. Si está ejecutando QRP en 80 m, no hay problema. Si está girando 1500w, a casi cualquier frecuencia, ahora tiene un problema.
La solución es agregar impedancia al exterior del cable coaxial suficiente para convencer a la RF de que se quede en la antena. ¿Cómo depende la impedancia de a quién le preguntes? He visto referencias que indican que tan solo 500Ω es suficiente (Manual ARRL), otros dicen 1000Ω (W1HIS) y he leído un artículo extenso y convincente que establece que el objetivo debería ser 5000Ω (K9YC).
Tenga en cuenta que la impedancia que presentan los núcleos de ferrita varía con la frecuencia (y la temperatura). las dos variables principales al seleccionar la ferrita son el factor de forma y la «mezcla» (de qué están hechos). Debe seleccionar los que se ajusten a su rango de operación (generalmente mezcla 43 o 31) y lo suficientemente grandes para manejar la energía sin calentarse demasiado. Toda la ferrita tiene una temperatura mágica una vez cruzada, la impedancia se reduce a nada, pero la resistencia aumenta, lo que resulta en una pista térmica que derrite el cable coaxial.
Comentarios
- Creo que esto está realmente mal. Un desajuste de impedancia hará que la potencia se refleje en el desajuste (en este caso, el punto de alimentación), pero esto no está relacionado con las corrientes de modo común. Una antena perfectamente equilibrada que no coincida todavía tendrá potencia reflejada, y una antena perfectamente adaptada puede tener corriente de modo común.
Respuesta
Todas las grandes respuestas, La mayoría de las rfi son causadas por antenas severamente incompatibles sujetas a alta potencia. Estoy de acuerdo en que un balun de 1 a 1 ayudará en ciertas instalaciones de dipolos cerca del suelo o cuando la línea de alimentación coaxial está configurada en un diseño asimétrico al salir de la antena. Un balun 1 a 1 no afecta la combinación, 75 a 50 ohmios o lo que sea, no para lo que está diseñado.
No uso un balun en ninguno de mis diversos haces de alambre y consideraría seriamente el El peso central agregado por un balun y el costo frente a la mayoría de los no problemas en dipolos simples a 1 / 4wl y más mostrarán que la adición de un balun actual no es necesaria.
Respuesta
Para la recepción de SWL, nunca he usado un balun. De hecho, podría reducir la RF no deseada, pero incluso los giros aleatorios del cable coaxial pueden producir suficientes resultados positivos en el uso de solo recepción. Para transmitir, obviamente es un escenario completamente diferente, y siempre uso baluns 1: 1 en dipolos de media onda y Yagis.
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