En utilisant un balun avec un dipôle résonnant
On février 18, 2021 by adminJe me prépare à construire un dipôle horizontal résonnant, alimenté par le centre. Jai vu des gens utiliser des baluns au point dalimentation de lantenne, et certains ne jurent que par eux, mais je nai jamais obtenu de réponse satisfaisante sur pourquoi vous utiliseriez / auriez besoin dun balun. Toutes les antennes dipôles résonantes que jai fabriquées auparavant semblaient fonctionner très bien lorsquelles étaient utilisées avec un coaxial 50 Ω et pas de balun. Cela consistait à connecter une jambe du dipôle au conducteur central et lautre jambe au blindage coaxial.
Je sais que limpédance normale dun dipôle alimenté par le centre à la résonance est denviron 75 Ω, donc je peux voir quil y aurait un avantage dadaptation dimpédance dun balun.
Quels avantages (et / ou inconvénients) un balun offre-t-il dans une antenne dipôle résonante?
Commentaires
- Je tiens à noter que parce qu’il s’agit d’un bonne question, avec de bonnes réponses, et jaime y faire un lien, que ce problème est applicable à presque nimporte quelle antenne, pas seulement aux dipôles. Cela inclut les verticales et les boucles.
Réponse
Eh bien, la réponse canonique est que le balun convertit le dipôle ( BAlanced) vers coaxial (UNbalanced). Mais quest-ce que cela signifie ?
Pour que les lignes de transmission (à deux fils ou coaxiaux) ne rayonnent pas, chaque conducteur doit transporter des courants égaux et opposés. Ce sont ces courants égaux et opposés qui sannulent qui se traduisent par un champ net nul loin de la ligne de transmission. Si les courants ne sont pas égaux et opposés, ils ne sannulent pas et la différence se traduit par un champ électromagnétique externe, et votre ligne de transmission rayonne comme une antenne.
Ceci nest généralement pas souhaitable. Lors de la transmission, cela peut signifier un RF élevé dans la cabane, jouer avec des haut-parleurs, de lélectronique numérique, etc. Sil est fixé à une antenne directionnelle, cela pose des problèmes de transmission et de réception car le diagramme de rayonnement réel est une combinaison de lantenne prévue et antenne formée par la ligne dalimentation, qui nest probablement pas du tout directionnelle. Si vous avez modélisé votre antenne, le modèle suppose une ligne dalimentation qui ne rayonne pas.
OK, très bien, vous avez besoin de courants égaux et opposés dans coaxial pour quil ne rayonne pas. Si vous lattachez à un dipôle, vous devriez lobtenir. Il semble assez symétrique, non?
Eh bien oui, le dipôle est symétrique, mais le coaxial nest pas. Habituellement, le bouclier est attaché à la terre quelque part. Même si ce nest pas le cas, la géométrie du le blindage et le conducteur central ne sont pas identiques, donc le blindage aura une impédance différente par rapport au dipôle que le conducteur central.
Quel que soit le câble coaxial, le dipôle peut ne pas être vraiment symétrique de toute façon. Considérez non seulement lantenne, mais tout ce qui se trouve dans son champ proche. Est-il parfaitement au niveau du sol? Une extrémité est-elle plus proche dune gouttière métallique?
Le résultat de toutes ces asymétries est que chaque côté du dipôle présente des impédances différentes au point dalimentation. Idéalement, lantenne accepterait toute la puissance qui lui est envoyée par lémetteur. Les courants égaux et opposés mis dans le câble coaxial par lémetteur descendent chacun dans les jambes opposées du dipôle où lénergie EM est rayonnée. Mais lorsque le dipôle nest pas équilibré, les courants acceptés par chaque jambe du dipôle ne peuvent pas être égaux. Mais, tout le courant doit aller quelque part, de sorte que la différence de courant entre les jambes du dipôle est réfléchie vers le bas du coaxial, de retour à (Notez que cela est distinct de la réflexion des discordances dimpédance qui provoquent un ROS élevé.) Cependant, ce courant na pas un courant égal et opposé sur le conducteur central, il rayonne donc sur le coaxial, comme une antenne.
Si vous utilisez un dipôle alimenté par coaxial sans balun, cela vous arrive, bien que vous ne le remarquiez peut-être pas. Le blindage coaxial rayonne très bien, et si votre signal trouve toujours son chemin vers lautre station et que vous ne vous donnez pas de brûlures RF, alors il ny a pas de problème. Une bonne masse RF à lentrée de la ligne dalimentation de la cabane peut réduire la rentrée RF. Même sans aucune attention particulière à la mise à la terre, à 100 W, la RF dans la cabane ne fera probablement pas plus que faire bourdonner certains haut-parleurs, ce qui peut être considéré comme « normal ».
En ajoutant un balun, vous évitez ce problème. En isolant la ligne dalimentation, vous nobtiendrez pas de RF dans la cabane et votre dipôle se comportera comme un dipôle décrit dans les manuels. Le réglage et les performances de votre antenne ne seront pas modifiés par dautres objets à proximité du câble coaxial, car le câble coaxial ne sera pas modifié. faire partie de lantenne. Si votre dipôle est dans un bon emplacement pour une antenne et que votre coaxial nest pas, alors vous aurez globalement une meilleure antenne.
Commentaires
- Se concentrer sur le coaxial et la ligne de transmission » déséquilibrée » confond les choses. Le vrai problème, ce sont les courants de mode commun.Ceux-ci peuvent être transportés tout aussi facilement sur une ligne de transmission » symétrique » à fil ouvert. Si vous regardez le câblage des baluns toroïdaux, ce sont des appareils équilibrés, tout au long. Lavantage est détouffer les courants de mode commun.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Il ‘ est assez simple de créer un dipôle qui ‘ s assez équilibré avec twin-lead et sans balun. Cela demande des précautions, bien sûr. Il ‘ nest pas possible de créer un dipôle qui ‘ est même équilibré à distance avec une alimentation coaxiale, et que ‘ est la situation à propos de laquelle la question a été posée, et ‘ est ce que la plupart des gens font réellement. Si vous souhaitez poser une autre question sur les courants de mode commun, nhésitez pas, mais cette réponse est déjà longue dune page. Il peut ‘ t expliquer tout .
Réponse
Un dipôle est une machine particulière pour créer des champs EM. Lidée est de configurer une tension entre les deux moitiés du dipôle de telle sorte quun champ EM soit créé et rayonné efficacement.
Rappelez-vous, tension est une différence entre deux choses. Lorsque nous considérons juste un dipôle, sans ligne dalimentation ou quoi que ce soit autour de lui, il est très simple de voir que le dipôle est symétrique. Les courants dans une jambe créent des tensions contre lautre jambe, car il ny a rien dautre.
Si nous alimentons le dipôle avec twin-lead , il est toujours facile de voir comment le dipôle peut être symétrique. Chaque jambe fonctionne maintenant contre la ligne dalimentation, mais comme les deux fils de la ligne dalimentation sont très proches lun de lautre, ils sont affectés également par tout ce que fait lantenne, et il ny a pas deffet net. Bien sûr, tout le reste (la Terre, les arbres, les gouttières, les tours , etc.) autour de lantenne devrait également être symétrique, ce qui nest pas réaliste.
Si nous alimentons le dipôle avec coax , le La situation est très différente. Le blindage intercepte tous les champs EM, cachant efficacement le conducteur central de tous les champs externes. Vous n’avez plus de disposition symétrique: une jambe du dipôle est connectée au bouclier, donc vraiment, cest une forme de L. En fait, le blindage fait tout autant partie de lantenne que le dipôle quil est destiné à alimenter.
dun excellent article sur antenna-theory.com
Alors maintenant, considérez ce arrive aux courants voyageant le long du câble coaxial. Le signal de lémetteur se compose de $ I_A $ et dun $ I_B $ égal et opposé. $ I_A $ doit descendre une jambe du dipôle, car il na nulle part où aller. Cependant, au point dalimentation, $ I_B $ a deux options: il peut couler le long de la jambe attachée du dipôle, ou il peut se refléter vers le bas du bouclier coaxial.
Ainsi, $ I_B $ se divisera, avec une partie de il ($ I_C $) retourne sur le câble coaxial, et la différence ($ I_B-I_C $) descendant le dipôle, comme prévu. Le degré de division sera déterminé par les impédances relatives de ces deux options.
Ce nest pas souvent un problème, car le blindage coaxial fait une antenne aussi fine que le dipôle. Cela déforme horriblement le diagramme de rayonnement, mais comme un dipôle nétait pas une antenne directionnelle pour commencer, cela na guère dimportance. Cela pourrait signifier que vous obtenez beaucoup de RF dans la cabane, mais si vous transmettez avec 100 W, il est peu probable que cela en cause de graves problèmes.
Il y a cependant des problèmes plus subtils: si vous transmettez des RF dans la cabane, vous recevez également des RF de la cabane ( réciprocité ). Vous pourrez peut-être éloigner votre antenne des lignes électriques, des alimentations à découpage, des ordinateurs et dautres sources de bruit dans la cabane, mais si votre ligne dalimentation fait en fait partie de lantenne, vous recevez tout ce bruit de toute façon.
En employant un balun, vous forcez en quelque sorte les courants sur chaque jambe du dipôle à être égaux, de sorte quaucun courant ne revient sur le coaxial, de sorte que le coax ne rayonne pas et nagisse comme partie de lantenne. Il existe de nombreux modèles, mais lun des plus courants et des plus efficaces est un simple c étrangleur en mode commun , également connu sous le nom de balun de courant 1: 1. Ce dispositif astucieux a pour effet dinsérer une impédance importante entre le point dalimentation et lextérieur du bouclier ($ I_B $ et $ I_C $ dans limage ci-dessus), ce qui rend relativement plus attrayant pour le courant de descendre le dipôle:
de Wikipédia
Notez que le décalage entre le câble coaxial de 50 Ω et une antenne de 75 Ω n’a rien à voir avec cela.Si votre ligne dalimentation et votre antenne ne correspondent pas, vous obtiendrez des réflexions de puissance, mais ces réflexions seraient à lintérieur de la ligne dalimentation et ne feraient pas partie de la ligne dalimentation de lantenne. Il existe des conceptions de balun qui effectuent également une transformation dimpédance, mais ce nest pas la fonction désignée par balun . Sur une note pratique, 75Ω correspond suffisamment bien à 50Ω, et les pertes typiques de la ligne dalimentation à HF suffisamment faibles, quà mon avis, la plupart des tentatives dadaptation dimpédance dans cette situation sont inutiles et gaspillent probablement plus dénergie en raison dinefficacités quelles nen gagnent une meilleure correspondance.
Commentaires
- Ceci est trompeur, car cela suppose un dipôle idéal et parce quil suggère que la ligne de transmission équilibrée force léquilibre dans une antenne . Ce dernier est tout simplement faux, et le premier est faux pour presque toutes les antennes réelles. Une antenne est équilibrée lorsque les impédances des deux éléments sont égales. Point final. Lenvironnement dune antenne les rend presque toujours inégaux et rend ainsi lantenne déséquilibrée. Vous pouvez couper les éléments pour les rendre plus égaux, mais il pleuvrait ou un oiseau atterrirait à une extrémité. Cest pourquoi nous utilisons des baluns.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Vous navez ‘ pas tort … ce que je voulais dire, cest quavec un chargeur équilibré, ‘ est au moins possible en théorie de faire un dipôle équilibré, alors quavec un câble coaxial, vous êtes assuré davoir un très mauvais équilibre. Pouvez-vous me dire ce qui pourrait être amélioré dans la réponse?
- Larticle sur antenna-theory.com semble être correct, mais il est très déroutant. Cela, et cette réponse, impliquent que le câble coaxial est » déséquilibré « . Ce terme a du sens en audio, mais pas en RF. Coax est équilibré. Mais … cest un système à trois conducteurs. Il y a des courants équilibrés à lextérieur du conducteur intérieur et à lintérieur du conducteur extérieur. La physique garantit cela. Les courants de mode commun circulent à lextérieur du conducteur extérieur. Les baluns réduisent les courants en mode commun des antennes déséquilibrées, mais dautres sources peuvent induire des courants à lextérieur du bouclier.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Je pense que vous confondez un ligne déséquilibrée , ce qui signifie des impédances inégales à la terre, avec des courants déséquilibrés, ce qui signifie des courants de mode commun.
- Vous dites que Ia doit aller dans le dipôle, tandis que certains Ib peut plutôt réfléchir. Pourquoi ‘ t Ia peut-il également refléter?
Réponse
Une autre réponse mentionne larticle de K9YC, Jim Brown. Cest la meilleure référence sur les baluns en radio amateur. Voir: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Le chapitre 6 concerne les baluns et les antennes. Il dit: « La fonction principale de la plupart des baluns, du moins dans nos stations amateurs, est de minimiser linteraction de nos antennes avec les lignes de transmission qui les relient à nos radios. »
Les interactions que nous minimisons sont deux, « RF dans la cabane » et bruit en mode commun.
Les antennes réelles sont déséquilibrées par leur environnement: arbres, bâtiments, conductivité du sol, etc. Cela provoque des impédances inégales présentées aux deux terminaux de la ligne de transmission et des problèmes de RF allant à dautres endroits. Tout déséquilibre se transforme en une tension de mode commun sur les deux conducteurs de la ligne de transmission. Cela peut rayonner et causer des problèmes avec les RF transmises dans vos radios et dans dautres appareils électroniques de votre maison et de vos voisins « .
Des signaux en mode commun peuvent également être reçus. Presque toutes les sources de bruit à proximité seront captées également par les deux éléments (et la ligne de transmission) et apparaître à la radio additionné avec le signal souhaité.
Un balun de courant (le seul type que vous voulez) présentera une impédance élevée aux signaux de mode commun et une faible impédance aux signaux différentiels. Si les deux sont de 5000 Ω et 50 Ω, cest une atténuation de 100X des signaux de mode commun.
Jai un dipôle à environ 30 « , tendu entre deux arbres et plus notre maison. La maison a une poutre en acier juste excentrée sous le dipôle. Ceci est évidemment déséquilibré, même si les éléments (séparés pour 40m et 20m) sont de longueur égale. Lajout dun balun a fait chuter le bruit reçu denviron 6 dB.
Les inconvénients dun balun? Coût et atténuation. Mon balun (de Balun Designs) coûte 55 $, un ajout important au coût dune antenne filaire. Un balun toroïdal bien conçu aura une perte dinsertion de 0,1 dB (voir http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). Un balun fait de coaxial enroulé peut avoir une atténuation significative en raison de la quantité de coaxial.
Je recommande fortement de lire le chapitre 6 de larticle de K9YC.
Réponse
Un soi-disant « balun de courant » se compose dun groupe de noyaux de ferrite avec la ligne dalimentation coaxiale passant par leurs centres. Cela réduit considérablement le flux de courant RF à lextérieur du blindage , qui, à son tour, réduit les pertes RF.Cela naffecte pas la discordance dimpédance, mais cest mineur.
Commentaires
- Vous pouvez construire un balun / starter actuel avec beaucoup de noyaux de ferrite sur le coaxial (comme vous le décrivez), ou avec une bobine de coaxial, ou avec un transformateur toroïdal.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – oui, merci. Celui que jai fait utilise des noyaux de ferrite.
Réponse
Phil a bien expliqué ce qui se passe avec les courants à lœuvre.
Quant à la raison pour laquelle vous devez vous en préoccuper, comme vous le notez dans la question, limpédance du point dalimentation est de 75Ω et vous lalimentez avec un câble coaxial de 50Ω. Si les courants ne sont pas parfaitement équilibrés, une partie de ces RF va voir cette ligne dalimentation comme un chemin dimpédance inférieure et lutiliser.
Est-ce que cela fonctionnera toujours? Oui, pas de problème. Le rayonnement de la ligne dalimentation affectera le diagramme de lantenne, mais soyons honnêtes ici, un dipôle pas directionnel de toute façon, donc vous ne le remarquerez presque certainement pas.
Le retour RF peut ou non avoir une importance . Cela dépend du niveau de puissance que vous utilisez et de la fréquence. Si vous exécutez QRP sur 80m, pas de problème. Si vous lancez 1500w, à presque nimporte quelle fréquence, vous avez maintenant un problème.
La solution est dajouter une impédance à lextérieur du coaxial suffisante pour convaincre le RF de rester dans lantenne. Comment limpédance dépend de qui vous demandez? Jai vu des références indiquer que 500Ω suffisaient (Manuel ARRL), dautres disent 1000Ω (W1HIS) et jai lu un article long et convaincant qui stipule que lobjectif devrait être 5000Ω (K9YC).
Notez que limpédance présentée par les noyaux de ferrite varie avec la fréquence (et la température). les deux principales variables de sélection de la ferrite sont le facteur de forme et le «mélange» (de quoi elles sont constituées). Vous devez sélectionner ceux qui correspondent à votre plage de fonctionnement (généralement un mélange de 43 ou 31) et suffisamment grands pour gérer la puissance sans trop chauffer. Toute ferrite a une température magique une fois franchie, limpédance tombe à rien mais la résistance monte, ce qui entraîne une piste thermique qui fait fondre votre coaxial.
Commentaires
- Je pense que cest vraiment faux. Une discordance dimpédance provoquera la réflexion de la puissance au niveau de la discordance (dans ce cas, le point dalimentation), mais cela nest pas lié aux courants de mode commun. Une antenne parfaitement équilibrée qui nest pas adaptée aura toujours une puissance réfléchie, et une antenne parfaitement adaptée peut avoir un courant de mode commun.
Réponse
Toutes les bonnes réponses, La plupart des rfi sont causées par des antennes très mal adaptées soumises à une puissance élevée. Je suis daccord quun balun 1 à 1 aidera dans certaines installations dipolaires proches de la terre ou lorsque la ligne dalimentation coaxiale est configurée dans une disposition non symétrique au départ de lantenne. Un balun 1 à 1 naffecte pas la correspondance, 75 à 50 ohms ou autre, pas ce pour quoi il est conçu.
Je nutilise pas de balun sur lun de mes différents faisceaux de fil et envisagerais sérieusement le le poids central ajouté par un balun et le coût par rapport à la plupart des non-problèmes sur des dipôles simples à 1 / 4wl et plus montreront que lajout dun balun courant nest pas nécessaire.
Réponse
Pour la réception SWL, je nai jamais utilisé de balun. Cela pourrait en fait réduire les RF indésirables, mais même des tours aléatoires de câble coaxial peuvent produire suffisamment de résultats positifs sur une utilisation en réception uniquement. Pour la transmission, cest évidemment un scénario complètement différent, et jutilise toujours des baluns 1: 1 sur dipôles demi-onde et yagis.
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