Rezonáns dipólusú balun használatával
On február 18, 2021 by adminRezonáns, középen táplált, vízszintes dipólus készítésére készülök. Láttam, hogy az antenna betáplálási pontján balunokat használnak emberek, és néhányan esküsznek rájuk, de még soha nem kaptam kielégítő választ arra, hogy miért használna / lenne szüksége balunra. Úgy tűnt, hogy az összes általam korábban készített rezonáns dipólantenna 50 Ω koaxissal és balun nélkül használható. Ez abból állt, hogy a dipólus egyik lábát összekötötte a középvezetõvel, a másik lábát pedig a koax pajzshoz.
Tudom, hogy a középen táplált dipólus rezonancia esetén a normál impedanciája körülbelül 75 Ω, így látom, hogy a balun impedanciának megfelelő előnye lenne.
Milyen előnyöket (és / vagy hátrányokat) nyújt a balun egy rezonáns dipólantennában?
Megjegyzések
- Szeretném megjegyezni, hogy mivel ez jó kérdés, jó válaszokkal, és szeretnék linkelni rá, hogy ez a probléma szinte minden bármely antennára alkalmazható, nem csak a dipólusokra. Ide tartoznak a függőlegesek és a hurkok is.
Válasz
Nos, a kanonikus válasz az, hogy a balun átalakítja a dipólust ( BAlanced) koaxra (UNbalanced). De mit jelent ez ?
Ahhoz, hogy a távvezetékek (ikervezeték vagy koax) ne sugározzanak, mindegyik vezetőnek egyenlő és ellentétes áramot kell szállítania. Ezek az egyenlő és ellentétes áramok megszakítják egymást, így a távvezetéktől távol eső nettó tér nulla. Ha az áramok nem egyenlőek és ellentétesek, akkor nem törlődnek, és a különbség külső elektromágneses teret eredményez, és a távvezeték antennaként sugárzik.
Ez általában nem kívánatos. Átvitelkor ez jelentheti a rádiófrekvenciában lévő magas rádiófrekvenciát, a hangszórókkal való rendetlenséget, a digitális elektronikát stb. a feedline által alkotott antenna, amely valószínűleg egyáltalán nem irányított. Ha modellezte az antennáját, a modell olyan sugárzási vonalat feltételez, amely nem sugárzik.
Rendben, egyenlő és ellentétes áramokra van szükség kósza, hogy ne sugározzon. Ha egy dipolához rögzíti, akkor meg kell szereznie. Elég szimmetrikusnak tűnik, igaz?
Nos, a dipólus szimmetrikus, de a koax nem “t”. Általában a pajzs valahol a földhöz van rögzítve. Még ha nem is, a az árnyékolás és a középvezeték nem azonos, ezért az árnyékolásnak más impedanciája lesz a dipólus tekintetében, mint a középvezetéknek.
A koaxistól függetlenül a dipólus amúgy sem igazán szimmetrikus. Ne csak az antennát vegye figyelembe, hanem mindent a közeli mezőben. Tökéletesen egyenes a talajjal? Az egyik vége közelebb van egy fémcsatornához?
Mindezen aszimmetriák eredménye az, hogy a dipólus mindkét oldala különböző impedanciákat mutat az előtolási ponthoz képest. Ideális esetben az antenna elfogadja az adó által küldött teljes energiát. Az adó által a koaxba helyezett egyenlő és ellentétes áramok mindegyike a dipólus ellentétes lábain megy le, ahol az EM energia kisugárzik. De ha a dipólus nincs kiegyensúlyozva, a dipólus egyes lábai által elfogadott áramok nem lehetnek egyenlőek. De az egész áramnak el kell mennie valahova, így a dipólus lábak közötti áramkülönbség visszatükröződik a koaxban, vissza az adó. (Megjegyzés: ez különbözik a nagy SWR-t okozó impedancia-eltérések tükröződésétől.) Ennek az áramnak azonban nincs egyenlő és ellentétes árama a középvezetéken, így sugárzik a koaxról, mint egy antenna. / p>
Ha koaxszal táplált dipólust működtetünk balun nélkül, akkor ez történik veletek, bár lehet, hogy nem veszi észre. A koax pajzs remekül sugárzik, és ha a jel még mindig utat talál a másik állomáshoz, és nem ad magának rádiófrekvenciás égést, akkor nincs probléma. A rádiófrekvenciás föld a támasztóvezeték bejáratánál csökkenti az rádiófrekvenciás visszalépést. A földelésre való különösebb figyelem nélkül is, 100 W-on, az állvány rádiófrekvenciája valószínűleg nem fog többet megtenni, mint hogy egyes hangszórókat zúgni kezdjen “normálisnak” tekinthető.
Egy balun hozzáadásával elkerüli ezt a problémát. A tápvonal elkülönítésével nem fog RF-t kapni a kunyhóban, és a dipólusod úgy fog viselkedni, mint a tankönyvekben leírt dipólus. Az antenna hangolását és teljesítményét a koax közelében lévő egyéb tárgyak nem változtatják meg, mert a koax nem fog t légy része az antennának. Ha a dipólusod jó helyen van egy antennához, és a koaxod nem “t”, akkor jobb lesz az antennád.
Megjegyzések
- A koaxra és a ” kiegyensúlyozatlan ” távvezetékre koncentrálva összezavarodnak a dolgok. Az igazi kérdés a közös módú áramok.Ezek ugyanolyan egyszerűen hordozhatók nyílt vezetékes ” kiegyensúlyozott ” távvezetéken. Ha megnézzük a toroid balunok vezetékeit, akkor azok kiegyensúlyozott eszközök, végig. Ennek előnye a közös módú áramok fojtása.
- @ WalterUnderwoodK6WRU ‘ nagyon egyszerű olyan dipólust készíteni, amely ‘ s elég kiegyensúlyozott ikervezetéssel és balun nélkül. Bizonyos gondosságot igényel. ‘ nem lehet olyan dipólust készíteni, amely ‘ akár távolról is kiegyensúlyozható egy koax előtolással, és hogy ‘ s az a helyzet, amellyel kapcsolatban feltették a kérdést, és hogy ‘ az, amit a legtöbb ember valóban csinál. Ha még egy kérdést szeretne feltenni a közös módú áramokról, nyugodtan, de ez a válasz már egy oldal hosszú. ‘ nem tudja megmagyarázni mindent .
Válasz
A dipólus egy speciális gép az EM mezők létrehozására. Az ötlet az, hogy feszültséget állítsunk be a dipólus két fele között oly módon, hogy létrejöjjön egy EM mező és hatékonyan kisugározzuk.
Ne feledje, feszültség két dolog különbsége. Ha csak egy dipólust veszünk figyelembe, anélkül, hogy körülvennénk előtétvonalat vagy bármi mást, akkor nagyon egyszerű látni, hogy a dipólus szimmetrikus. Az egyik láb áramai feszültséget keltenek a másik lábával szemben, mert nincs semmi más.
Ha a dipólust ikervezetékkel tápláljuk, akkor is könnyű belátni, hogy a dipólia szimmetrikus lehet. Mindegyik láb működik a tápvezetékkel szemben, de mivel az adagolóvezeték mindkét vezetéke nagyon közel van egymáshoz, őket az antenna bármi mással is egyenlően befolyásolja, és nincs nettó hatás. Természetesen minden más (a Föld, fák, ereszcsatornák, tornyok) , stb) az antenna körül szintén szimmetrikusnak kell lennie, és ez irreális.
Ha a dipólust koaxszal tápláljuk, akkor a a helyzet nagyon más. A pajzs elkap minden EM mezőt, hatékonyan elrejtve a középvezetőt bármely külső mező elől. Már nincs szimmetrikus elrendezése: a dipólus egyik lába össze van kötve a pajzshoz, tehát tényleg, ez egy L alak. Valójában az árnyékolás ugyanolyan része az antennának, mint a dipólus, amelyet táplálni szándékozik.
egy kiváló cikkből a antenna-theory.com címen
Tehát most fontolja meg, mit A koaxon lefelé haladó áramokkal történik. Az adó jele $ I_A $ -ból áll, és egy egyenlő és ellentétes $ I_B $ -ból áll. A $ I_A $ -nak a dipólus egyik lábán kell lefelé áramolnia, mert nincs hova tovább mennie. Azonban a betáplálási pontnál a $ I_B $ -nak két lehetősége van: lefolyhat a dipólus csatolt lábán, vagy visszatükröződhet a koax pajzson.
Így a $ I_B $ kettéválik, néhány ez ($ I_C $) visszatér a koaxra, és a különbség ($ I_B-I_C $) a dipólon lefelé haladva, a szándéknak megfelelően. A felosztás mértékét e két lehetőség relatív impedanciái határozzák meg.
Ez nem gyakran jelent problémát, mert a koax pajzs ugyanolyan finom antennát nyújt, mint a dipólus. Borzasztóan torzítja a sugárzási mintázatot, de mivel a dipólus nem volt az irányított antennája, ez alig számít. Ez azt jelentheti, hogy sok rádiófrekvenciát kap a kunyhóban, de ha 100 W-val sugároz, akkor valószínűleg nem okoz semmilyen súlyos problémák.
Van azonban néhány finomabb probléma: ha RF-t továbbít a shackban, akkor RF-t is kap a shack-től ( viszonosság ). Lehetséges, hogy az antennáját távol tartja az áramvezetékektől, a tápegységektől, a számítógépektől és más zajforrásoktól az aljzatban, de ha a tápvezetéke valóban az antenna része, akkor minden ez a zaj mindenképpen.
Balun alkalmazásával valahogy arra kényszeríted a dipólus mindkét lábát, hogy az áram ne térjen vissza a koaxra, így a koax nem sugárzik és nem hat Számos kivitel létezik, de az egyik leggyakoribb és leghatékonyabb egy egyszerű c ommon mode choke , más néven 1: 1 aktuális balun. Ennek az okos eszköznek az a hatása, hogy nagy impedanciát illeszt be az előtolás és a pajzs külseje közé ($ I_B $ és $ I_C $ a fenti képen), ami viszonylag vonzóbbá teszi az áramot a dipólus lefelé menésében:
Ne feledje, hogy az 50Ω-os koaxia és a 75Ω-os antenna közötti eltérés nem releváns ezekre nézve.Ha a tápvezeték és az antenna nem egyezik, akkor kap némi áramvisszaverődést, de ezek a tükröződések a tápvezeték belsejében lennének, és nem okoznák, hogy az átviteli vonal az antenna része legyen. Vannak olyan balun-tervek, amelyek impedancia-transzformációt is végrehajtanak, de ez nem a balun -val jelölt funkció. Gyakorlati szempontból elmondható, hogy a 75Ω elég jó egyezés az 50Ω-mal, és a tipikus előtolási veszteségek a magas frekvencián elég alacsonyak ahhoz, hogy véleményem szerint ebben a helyzetben a legtöbb impedancia-egyeztetési kísérlet felesleges, és valószínűleg több energiát pazarol el az ineffektivitások révén, mint amennyit megszereznek jobb egyezés.
Kommentárok
- Ez félrevezető, mert ideális dipólust feltételez, és mivel arra utal, hogy a kiegyensúlyozott távvezeték erõsíti meg az antennát . Ez utóbbi csak téves, az előbbi pedig hamis szinte minden valós antennához. Az antenna kiegyensúlyozott, ha a két elem impedanciája megegyezik. Időszak. Az antenna környezete szinte mindig egyenlőtlenné teszi őket, és ezáltal az antenna kiegyensúlyozatlanná válik. Vághatja az elemeket, hogy egyenlőbbek legyenek, de akkor esne az eső, vagy egy madár landolna az egyik végén. Ezért használunk balunokat.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Ön nem ‘ téved … azt akartam mondani, hogy kiegyensúlyozott adagolóval ‘ legalábbis elméletileg lehetséges a kiegyensúlyozott dipólus elkészítése, míg a koax adagolóval garantáltan nagyon rossz az egyensúly. Meg tudná mondani, hogy konkrétan mit lehetne javítani a válaszban?
- Úgy tűnik, hogy az antenna-theory.com webhelyen található cikk helyes, de nagyon zavaró. Ez és ez a válasz azt jelenti, hogy a koax ” kiegyensúlyozatlan “. Ennek a kifejezésnek van értelme a hangnál, de az RF-nél nem. A koax kiegyensúlyozott. De … ez egy háromvezetékes rendszer. A belső vezető külső oldalán és a külső vezető belső oldalán kiegyensúlyozott áramok vannak. A fizika biztosítja ezt. A közös módú áramok a külső vezető külső oldalán áramlanak. A balunok csökkentik a kiegyensúlyozatlan antennák közös módú áramát, de más források áramot indukálhatnak a pajzs külsején.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Azt hiszem, egy kiegyensúlyozatlan vonal , ami egyenlőtlen impedanciákat jelent a talajra, kiegyensúlyozatlan áramokkal, vagyis közös üzemmódú áramokkal.
- Azt mondod, hogy Ia -nak be kell mennie a dipólusba, míg néhány Ib ehelyett vissza tud reflektálni. Miért nem tükröződhet ‘ t Ia is?
Válasz
Egy másik válasz megemlíti a K9YC, Jim Brown dolgozatát. Ez a legjobb referencia az amatőr rádió balunjain. Lásd: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
A 6. fejezet a balunokról és antennákról szól. Azt mondja: “A legtöbb balun elsődleges feladata, legalábbis sonkaállomásainkban, az, hogy minimalizálja az antennáink és az átviteli vonalak kölcsönhatását, amelyek összekapcsolják őket a rádióinkkal.”
Az általunk minimalizált kölcsönhatások kettő, “RF a kunyhóban” és a közös üzemmódú zaj.
A valódi antennákat a környezetük nem egyensúlyozza ki: fák, épületek, talajvezetés stb. Ez egyenlőtlen impedanciákat okoz az átviteli vonal két termináljánál, és problémákat okoz az RF más helyekre történő bejutásával. Bármilyen egyensúlyhiány közös üzemmódú feszültséggé alakul át a távvezeték mindkét vezetőjén. Ez sugározhat és problémákat okozhat a rádiókban, valamint az otthoni és a szomszédok más elektronikus eszközeiben továbbított rádiófrekvenciában. “
Közös üzemmódú jelek is fogadhatók. Szinte az összes közeli zajforrás fel lesz véve a két elem (és az átviteli vonal) által egyformán, és megjelenik a rádión a kívánt jel összegzésével.
Egy aktuális balun (az egyetlen kívánt típus) nagy impedanciát mutat a közös módú jelekhez és alacsony a impedanciája a differenciális jeleknek. Ha a kettő 5000Ω és 50Ω, akkor a közös üzemmódú jelek 100x-os csillapítása van.
Dipólusom körülbelül 30 “, két fa között felfűzve a mi házunk. A ház acélgerendájával közvetlenül a dipólus alatt helyezkedik el. Ez nyilvánvalóan kiegyensúlyozatlan, annak ellenére, hogy az elemek (külön 40m-re és 20m-re) egyenlő hosszúak. Balun hozzáadásával a vett zaj körülbelül 6 dB-rel csökkent.
A balun hátrányai? Költség és csillapítás. Balunom (a Balun Designs-tól) 55 dollárba került, ami jelentősen megnöveli a vezetékes antenna költségeit. Egy jól megtervezett toroid balun beillesztési vesztesége 0,1db lesz (lásd: http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). A tekercselt koaxból készült balunnak jelentős csillapítása lehet a koaxia mennyisége miatt.
Javasoljuk, hogy olvassa el a K9YC cikkének 6. fejezetét.
Válasz
Az úgynevezett “current balun” egy csomó ferritmagból áll, a koaxiális tápvezeték a központjaikon haladva. Ez nagymértékben csökkenti a pajzs külső oldalán az RF áramot , ami viszont csökkenti az RF veszteségeket.Ez nem befolyásolja az impedancia eltérését, de ez kicsi.
Megjegyzések
- Felépíthet egy aktuális balun / fojtót sok ferrit magok a koaxon (ahogy leírja), vagy koax tekerccsel, vagy toroid transzformátorral.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – igen, köszönöm. Az általam használt ferritmagokat használom.
Válasz
Phil jól elmagyarázta, hogy mi folyik vele az áramok a munkában.
Amiért gondot kell fordítanod, hé, ahogyan a kérdésben megjegyzed, az előtolási impedencia 75Ω, és 50Ω koaxival táplálod. Ha az áramok nincsenek tökéletesen kiegyensúlyozva, akkor az RF egy része alacsonyabb impedencia útként fogja látni az előremenő vonalat, és használni fogja.
Még mindig működik? Igen, semmi gond. A tápvezeték sugárzása befolyásolja az antenna mintázatát, de legyünk őszinték, a dipólus egyébként sem irányított, így szinte biztosan nem veszi észre.
A visszatérő RF lehet, vagy nem, számít. . Ez az Ön által használt teljesítményszinttől és a frekvenciától függ. Ha 80 m-en futtatja a QRP-t, akkor semmi probléma. Ha 1500 wattot forgatsz, szinte bármilyen frekvencián, akkor most problémád van.
A megoldás az, hogy impedenciát ad a koax külsejéhez, amely elegendő ahhoz, hogy meggyőzze az RF-t, hogy maradjon az antennában. Mennyire függ az impedencia attól, kit kérdezel? Láttam, hogy a referenciák mindössze 500Ω-ot állítanak elegendőnek (ARRL Handbook), mások szerint 1000Ω (W1HIS), és olvastam egy hosszú és meggyőző cikket, amely kimondja, hogy a cél 5000Ω (K9YC) legyen.
Ne feledje, hogy a ferritmagok által okozott impedencia változik a frekvenciától (és a hőmérséklettől). a ferrit kiválasztásában a két fő változó az alaki tényező és a “mix” (miből állnak). Válasszon olyanokat, amelyek az Ön működési tartományára vannak célozva (általában a 43-as vagy a 31-es keveréket tartalmazzák), és amelyek elég nagyok ahhoz, hogy túl nagy melegítés nélkül kezeljék az energiát. Az összes ferrit varázslatos hőmérséklete egyszer áthalad, az impedencia semmire sem csökken, de az ellenállás felfelé megy, ami egy termikus kifutót eredményez, amely megolvasztja a koaxot.
Megjegyzések
- szerintem ez nagyon helytelen. Az impedancia-eltérés miatt a teljesítmény az eltérésen (ebben az esetben az előtoláson) tükröződik, de ez nem kapcsolódik a közös módú áramokhoz. A tökéletesen kiegyensúlyozott antennának, amely nem illeszkedik egymáshoz, továbbra is visszaverődik a teljesítmény, és a tökéletesen illeszkedő antennának közös módú árama lehet.
Válasz
Minden nagyszerű válasz, A legtöbb rfi-t a nagy teljesítménynek kitett, erősen nem illő antennák okozzák. Egyetértek azzal, hogy egy 1-től 1-ig tartó balun segít bizonyos földdipoláris telepítésekben, vagy ha az antenna elhagyásakor a koax előtolás nem szimmetrikus elrendezésű. Az 1: 1 balun nem befolyásolja az egyezést, 75-50 ohm, vagy bármi más, nem azt, amire tervezték.
Nem használok balun-t a különböző huzalgerendáimon, és komolyan megfontolnám a a balun által hozzáadott középsúly és a költség / legtöbb probléma, ha az egyszerű dipólusok 1 / 4wl vagy annál nagyobbak, azt mutatják, hogy nincs szükség jelenlegi balun hozzáadására.
Válasz
SWL vételhez még soha nem használtam balun-t. Valójában csökkentheti a nemkívánatos rádiófrekvenciát, de a véletlenszerű koax fordulatok is elég pozitív eredményt hozhatnak a csak vétel használatakor. Az átvitelhez nyilvánvalóan egy teljesen más forgatókönyvről van szó, és mindig 1: 1 arányú balunokat használok félhullámú dipólusokon és Yagis-on.
Vélemény, hozzászólás?