Utilizzando un balun con un dipolo risonante
Su Febbraio 18, 2021 da adminMi sto preparando a costruire un dipolo risonante, alimentato al centro, orizzontale. Ho visto persone usare i balun nel punto di alimentazione dellantenna, e alcune persone giurano per loro, ma non ho mai ottenuto una risposta soddisfacente sul perché dovresti usare / aver bisogno di un balun. Tutte le antenne a dipolo risonante che ho realizzato in precedenza sembravano funzionare bene se usate con 50 Ω coassiali e senza balun. Ciò consisteva nel collegare una gamba del dipolo al conduttore centrale e laltra gamba allo schermo coassiale.
So che limpedenza normale di un dipolo alimentato al centro alla risonanza è di circa 75 Ω, quindi posso vedere che ci sarebbe un vantaggio di corrispondenza dellimpedenza di un balun.
Quali vantaggi (e / o svantaggi) fornisce un balun in unantenna a dipolo risonante?
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- Voglio notare che perché questo è un buona domanda, con buone risposte, e mi piace collegarla, che questo problema è applicabile a quasi qualsiasi antenna, non solo ai dipoli. Ciò include verticali e loop.
Risposta
Bene, la risposta canonica è che il balun converte il dipolo ( BAlanced) a coax (UNbalanced). Ma cosa significa ?
Affinché le linee di trasmissione (a due conduttori o coassiali) non irradiano, ogni conduttore deve trasportare correnti uguali e opposte. Sono queste correnti uguali e opposte che si annullano a vicenda che si traduce in un campo netto nullo lontano dalla linea di trasmissione. Se le correnti non sono uguali e opposte, allora non si annullano e la differenza si traduce in un campo elettromagnetico esterno, e la tua linea di trasmissione irradia come unantenna.
Questo è generalmente indesiderabile. Durante la trasmissione, può significare alta RF nella baracca, scherzi con altoparlanti, elettronica digitale, ecc. Se collegato a unantenna direzionale, causa problemi di trasmissione e ricezione perché il diagramma di radiazione effettivo è una combinazione dellantenna prevista e antenna formata dalla linea di alimentazione, che probabilmente non è affatto direzionale. Se hai modellato la tua antenna, il modello assume una linea di alimentazione che non si irradia.
OK bene, hai bisogno di correnti uguali e opposte in convincere a non irradiare. Se lo colleghi a un dipolo, dovresti ottenerlo. Sembra piuttosto simmetrico, vero?
Ebbene sì, il dipolo è simmetrico, ma il coassiale non è “t. Di solito, lo scudo è fissato a terra da qualche parte. Anche se non lo è”, la geometria del lo schermo e il conduttore centrale non sono identici, quindi lo schermo avrà unimpedenza diversa rispetto al dipolo rispetto al conduttore centrale.
Indipendentemente dal coassiale, il dipolo potrebbe comunque non essere realmente simmetrico. Considera non solo lantenna, ma tutto ciò che è nel suo campo vicino. È perfettamente a livello del suolo? Unestremità è più vicina a una grondaia metallica?
Il risultato di tutte queste asimmetrie è che ogni lato del dipolo presenta impedenze diverse al punto di alimentazione. Idealmente, lantenna accetterebbe tutta la potenza inviata dal trasmettitore. Le correnti uguali e opposte immesse nel cavo coassiale dal trasmettitore scendono ciascuna lungo le gambe opposte del dipolo dove lenergia EM viene irradiata. Ma quando il dipolo non è bilanciato, le correnti accettate da ciascuna gamba del dipolo non possono essere uguali. Ma tutta la corrente deve andare da qualche parte, quindi la differenza di corrente tra le gambe del dipolo viene riflessa lungo il cavo coassiale, il trasmettitore. (Nota, questo è diverso dalla riflessione da disadattamento di impedenza che causa un alto SWR.) Tuttavia, questa corrente non ha una corrente uguale e opposta sul conduttore centrale, quindi si irradia dal cavo coassiale, come unantenna. / p>
Se azionate un dipolo alimentato con cavo coassiale senza balun, questo vi sta accadendo, anche se potreste non accorgervene. Lo scudo coassiale si irradia bene e se il segnale continua a trovare la sua strada verso laltra stazione e non ti procuri ustioni RF, allora non ci sono problemi. Una buona massa RF allingresso della linea di alimentazione della baracca può ridurre il rientro RF. Anche senza alcuna particolare attenzione alla messa a terra, a 100 W, la RF nella baracca probabilmente non farà altro che far ronzare alcuni altoparlanti, il che potrebbe essere considerato “normale”.
Aggiungendo un balun, eviti questo problema. Isolando la linea di alimentazione, non otterrai RF nella baracca e il tuo dipolo si comporterà come un dipolo descritto nei libri di testo. La sintonizzazione e le prestazioni dellantenna non saranno alterate da altri oggetti vicino al cavo coassiale, perché il cavo coassiale non avrà essere parte dellantenna. Se il tuo dipolo è in una buona posizione per unantenna e il tuo cavo coassiale non è “t, allora avrai nel complesso unantenna migliore.
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- Concentrarsi sulla linea di trasmissione coassiale e ” sbilanciata ” confonde le cose. Il vero problema sono le correnti di modo comune.Questi possono essere trasportati altrettanto facilmente su una linea di trasmissione ” bilanciata “. Se guardi il cablaggio per i balun toroidali, sono dispositivi bilanciati, fino in fondo. Il vantaggio è soffocare le correnti di modo comune.
- @ WalterUnderwoodK6WRU È ‘ abbastanza semplice creare un dipolo che ‘ s sufficientemente bilanciato con doppi cavi e nessun balun. Richiede un po di attenzione, certo. ‘ non è possibile creare un dipolo che ‘ sia bilanciato a distanza con unalimentazione coassiale e che ‘ è la situazione su cui è stata posta la domanda, e questo ‘ è ciò che fa la maggior parte delle persone. Se vuoi fare unaltra domanda sulle correnti di modo comune, sentiti libero, ma questa risposta è già lunga più di una pagina. Non può ‘ spiegare tutto .
Risposta
Un dipolo è una macchina particolare per la creazione di campi EM. Lidea è di impostare una tensione tra le due metà del dipolo in modo tale che un campo EM venga creato e irradiato in modo efficiente.
Ricorda, la tensione è una differenza tra due cose. Quando consideriamo solo un dipolo, senza linea di alimentazione o altro intorno ad esso, è molto semplice vedere che il dipolo è simmetrico. Le correnti in una gamba creano tensioni contro laltra gamba, perché non cè nientaltro.
Se alimentiamo il dipolo con derivazione doppia , è ancora facile vedere come il dipolo può essere simmetrico. Ogni gamba ora funziona contro la linea di alimentazione, ma poiché entrambi i cavi della linea di alimentazione sono molto vicini luno allaltro, sono influenzati allo stesso modo da qualsiasi cosa stia facendo lantenna e non vi è alcun effetto netto. Naturalmente, tutto il resto (la Terra, gli alberi, le grondaie, , ecc.) attorno allantenna dovrebbe anche essere simmetrico, e questo non è realistico.
Se alimentiamo il dipolo con coassiale , il la situazione è molto diversa. Lo schermo intercetta eventuali campi EM, nascondendo di fatto il conduttore centrale da eventuali campi esterni. Non hai più una disposizione simmetrica: una gamba del dipolo è collegata allo scudo, quindi in realtà è a forma di L. In effetti, la schermatura fa parte dellantenna tanto quanto il dipolo che intende alimentare.
da un eccellente articolo su antenna-theory.com
Quindi ora considera cosa accade alle correnti che viaggiano lungo il cavo coassiale. Il segnale dal trasmettitore è composto da $ I_A $ e un uguale e opposto $ I_B $. $ I_A $ deve fluire lungo una gamba del dipolo, perché non ha nessun altro posto dove andare. Tuttavia, al punto di alimentazione, $ I_B $ ha due opzioni: può fluire lungo la gamba collegata del dipolo, oppure può riflettersi di nuovo lungo lo scudo coassiale.
Quindi, $ I_B $ si dividerà, con alcuni it ($ I_C $) che ritorna sul coassiale e la differenza ($ I_B-I_C $) che scende dal dipolo, come previsto. Il grado della divisione sarà determinato dalle impedenze relative di queste due opzioni.
Questo non è spesso un problema, perché la schermatura coassiale è perfetta per unantenna quanto il dipolo. Distorce orribilmente il diagramma di radiazione, ma poiché un dipolo non era “unantenna direzionale per iniziare, non importa. Potrebbe significare che si riceve molta RF nella baracca, ma se si sta trasmettendo con 100 W è improbabile che causi problemi seri.
Ci sono tuttavia alcuni problemi più sottili: se stai trasmettendo RF nella baracca, stai ricevendo anche RF dalla baracca ( reciprocità ). Potresti riuscire a tenere lantenna lontano dalle linee elettriche, dagli alimentatori di commutazione, dai computer e da altre fonti di rumore nella baracca, ma se la tua linea di alimentazione fa effettivamente parte dellantenna, allora stai ricevendo tutto questo rumore comunque.
Impiegando un balun, in qualche modo stai forzando le correnti su ciascuna gamba del dipolo ad essere uguali, in modo che nessuna corrente ritorni sul coassiale, in modo che il coassiale non si irradi e agisca come parte dellantenna. Ci sono molti design, ma uno dei più comuni ed efficaci è un semplice c Induttanza in modalità comune , nota anche come balun di corrente 1: 1. Questo dispositivo intelligente ha leffetto di inserire una grande impedenza tra il punto di alimentazione e lesterno dello scudo ($ I_B $ e $ I_C $ nellimmagine sopra), rendendo relativamente più attraente per la corrente che scende il dipolo:
da Wikipedia
Nota che la mancata corrispondenza del cavo coassiale da 50 Ω ad unantenna da 75 Ω non è rilevante per nulla di tutto ciò.Se la tua linea di alimentazione e lantenna non corrispondono, otterrai alcune riflessioni di potenza, ma quelle riflessioni sarebbero allinterno della linea di alimentazione e non faranno diventare la linea di alimentazione parte dellantenna. Esistono modelli di balun che eseguono anche la trasformazione dellimpedenza, ma questa non è la funzione indicata da balun . In pratica, 75 Ω è una corrispondenza abbastanza buona con 50 Ω e le perdite tipiche della linea di alimentazione a HF sono abbastanza basse, che a mio parere la maggior parte dei tentativi di adattamento dellimpedenza in questa situazione non sono necessari e probabilmente sprecano più energia a causa delle inefficienze di quanta ne guadagnino ottenendo una corrispondenza migliore.
Commenti
- Questo è fuorviante, perché presuppone un dipolo ideale e perché suggerisce che la linea di trasmissione bilanciata forza lequilibrio in unantenna . Il secondo è semplicemente sbagliato e il primo è falso per quasi tutte le antenne reali. Unantenna è bilanciata quando le impedenze dei due elementi sono uguali. Periodo. I dintorni di unantenna li rendono quasi sempre disuguali e quindi rendono lantenna sbilanciata. Potresti tagliare gli elementi per renderli più uguali, ma poi pioverebbe o un uccello atterrerebbe su unestremità. Questo è il motivo per cui usiamo i balun.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Non ‘ sbagliato … quello che volevo dire è che con un alimentatore bilanciato è ‘ è almeno possibile in teoria fare un dipolo bilanciato, mentre con un alimentatore coassiale è garantito un bilanciamento molto scarso. Puoi dirmi cosa potrebbe essere migliorato in particolare nella risposta?
- Larticolo su antenna-theory.com sembra corretto, ma è molto confuso. Questo e questa risposta implicano che il coassiale è ” sbilanciato “. Questo termine ha senso per laudio, ma non per la RF. Coax è equilibrato. Ma … è un sistema a tre conduttori. Ci sono correnti bilanciate allesterno del conduttore interno e allinterno del conduttore esterno. La fisica lo assicura. Le correnti di modo comune fluiscono allesterno del conduttore esterno. I balun riducono le correnti di modo comune da antenne sbilanciate, ma altre fonti possono indurre correnti allesterno dello schermo.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Penso che tu stia combinando un linea sbilanciata , che significa impedenze disuguali a terra, con correnti sbilanciate, che significa correnti di modo comune.
- Dici che Ia deve entrare nel dipolo, mentre alcuni dei Io invece posso riflettere. Perché ‘ t anche io posso riflettere?
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Unaltra risposta menziona larticolo di K9YC, Jim Brown. Questo è il miglior riferimento sui balun nella radio amatoriale. Vedi: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Il Capitolo 6 parla di balun e antenne. Dice “La funzione principale della maggior parte dei balun, almeno nelle nostre stazioni radioamatoriali, è di ridurre al minimo linterazione delle nostre antenne con le linee di trasmissione che le collegano alle nostre radio.”
Le interazioni che stiamo riducendo al minimo sono due, “RF nella baracca” e rumore di modo comune.
Le antenne reali sono sbilanciate dallambiente circostante: alberi, edifici, conduttività del terreno e così via. Ciò causa impedenze disuguali presentate ai due terminali della linea di trasmissione e problemi con RF che vanno in altri posti. Qualsiasi squilibrio si trasforma in una tensione di modo comune su entrambi i conduttori della linea di trasmissione. Questo può irradiarsi e causare problemi con la radiofrequenza trasmessa nelle radio e in altri dispositivi elettronici di casa tua e dei tuoi vicini “.
È anche possibile ricevere segnali di modo comune. Quasi tutte le sorgenti di rumore vicine verranno captate ugualmente dai due elementi (e dalla linea di trasmissione) e presentarsi alla radio sommato al segnale desiderato.
Un balun di corrente (lunico tipo che si desidera) presenterà unalta impedenza ai segnali di modo comune e una bassa impedenza ai segnali differenziali. Se i due sono 5000 Ω e 50 Ω, questa è unattenuazione 100X dei segnali di modo comune.
Ho un dipolo a circa 30 “, teso tra due alberi e oltre la nostra casa. La casa ha una trave in acciaio appena decentrata sotto il dipolo. Questo è ovviamente sbilanciato, anche se gli elementi (separati per 40m e 20m) sono di uguale lunghezza. Laggiunta di un balun ha ridotto il rumore ricevuto di circa 6 dB.
Inconvenienti di un balun? Costo e attenuazione. Il mio balun (da Balun Designs) costa $ 55, unaggiunta significativa al costo di unantenna a filo. Un balun toroidale ben progettato avrà una perdita di inserzione di 0,1 dB (vedere http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). Un balun realizzato con cavo coassiale può avere unattenuazione significativa a causa della quantità di cavo coassiale.
Consiglio vivamente di leggere il capitolo 6 del documento di K9YC.
Risposta
Un cosiddetto “balun di corrente” è costituito da un gruppo di nuclei di ferrite con la linea di alimentazione coassiale che attraversa i loro centri. Ciò riduce notevolmente il flusso di corrente RF allesterno dello schermo , che, a sua volta, riduce le perdite RF.Non influisce sulla mancata corrispondenza dellimpedenza, ma è minore.
Commenti
- Puoi costruire un balun / choke corrente con molti nuclei di ferrite sul cavo coassiale (come descrivi), o con una bobina di coassiale, o con un trasformatore toroidale.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – sì, grazie. Quello che ho fatto utilizza nuclei di ferrite.
Risposta
Phil ha spiegato bene cosa sta succedendo le correnti al lavoro.
Per quanto riguarda il motivo per cui devi preoccuparti, come si nota nella domanda, limpedenza del punto di alimentazione è 75 Ω e la stai alimentando con 50 Ω coassiale. Se le correnti non sono perfettamente bilanciate, parte di quella RF vedrà quella linea di alimentazione come un percorso di impedenza inferiore e la utilizzerà.
Funzionerà ancora? Sì, nessun problema. La radiazione della linea di alimentazione influenzerà il modello dellantenna, ma siamo onesti qui, un dipolo non è comunque direzionale, quindi quasi sicuramente non te ne accorgerai.
Il ritorno della RF può o non può avere importanza . Dipende dal livello di potenza che stai utilizzando e dalla frequenza. Se esegui QRP su 80 m, nessun problema. Se stai girando a 1500w, a quasi tutte le frequenze, ora hai un problema.
La soluzione è aggiungere unimpedenza allesterno del coassiale sufficiente a convincere la RF a rimanere nellantenna. In che modo limpedenza dipende da chi chiedi? Ho visto riferimenti che affermano che un minimo di 500 Ω è sufficiente (Manuale ARRL), altri dicono 1000 Ω (W1HIS) e ho letto un documento lungo e convincente che afferma che lobiettivo dovrebbe essere 5000 Ω (K9YC).
Si noti che limpedenza presentata dai nuclei di ferrite varia con la frequenza (e la temperatura). le due variabili principali nella scelta della ferrite sono il form factor e il “mix” (di cosa sono fatte). È necessario selezionare quelli mirati al proprio intervallo operativo (in genere mix 43 o 31) e abbastanza grandi da gestire la potenza senza riscaldarsi troppo. Tutta la ferrite ha una temperatura magica una volta attraversata, limpedenza non scende a nulla ma la resistenza sale risultando in una pista termica che scioglie il cavo coassiale.
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- Penso che questo sia davvero sbagliato. Un disadattamento di impedenza farà sì che la potenza si rifletta sul disadattamento (in questo caso, il punto di alimentazione), ma questo non è correlato alle correnti di modo comune. Unantenna perfettamente bilanciata non corrispondente avrà comunque potenza riflessa e unantenna perfettamente abbinata può avere corrente di modo comune.
Risposta
Tutte ottime risposte, La maggior parte dellRFI è causata da antenne gravemente disadattate sottoposte ad alta potenza. Sono daccordo che un balun 1 a 1 aiuterà in alcune installazioni di dipolo vicino al suolo o quando la linea di alimentazione coassiale è configurata in un layout non simmetrico quando si lascia lantenna. Un balun da 1 a 1 non influisce sullabbinamento, da 75 a 50 ohm o altro, non per quello per cui è stato progettato.
Non uso un balun su nessuno dei miei vari raggi di filo e prenderei seriamente in considerazione il il peso centrale aggiunto da un balun e il costo rispetto alla maggior parte dei non problemi su dipoli semplici a 1 / 4wl e superiori mostreranno che laggiunta di un balun corrente non è necessaria.
Risposta
Per la ricezione SWL, non ho mai usato un balun. Potrebbe infatti ridurre la RF indesiderata, ma anche giri casuali del cavo coassiale possono produrre risultati abbastanza positivi sulluso di sola ricezione. Per la trasmissione, è ovviamente uno scenario completamente diverso e utilizzo sempre balun 1: 1 su dipoli a semionda e Yagi.
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