共振ダイポールを備えたバランの使用
On 2月 18, 2021 by admin共振、中央給電、水平ダイポールを構築する準備をしています。アンテナの給電点でバランを使用する人を見たことがあり、バランを誓う人もいますが、バランを使用する/必要とする理由について満足のいく答えは得られていません。私が以前に作成したすべての共振ダイポールアンテナは、50Ωの同軸ケーブルを使用し、バランを使用しない場合、問題なく機能するように見えました。これは、ダイポールの一方の脚を中心導体に接続し、もう一方の脚を同軸シールドに接続することで構成されていました。
共振時のセンター給電ダイポールの通常のインピーダンスが約75Ωであることを知っているので、バランのインピーダンス整合の利点があることがわかります。
バランは共振ダイポールアンテナにどのような利点(および/または欠点)をもたらしますか?
コメント
- これは、この問題は、ダイポールだけでなく、ほぼすべてのすべてのアンテナに当てはまるという、良い質問と良い答えがあります。これには、垂直市場とループが含まれます。
回答
正統な答えは、バランがダイポールを変換することです(バランス)から同軸(アンバランス)。しかし、それはどういう意味ですか?
伝送線路(ツインリードまたは同軸)が放射されないようにするには、各導体に等しく反対の電流を流す必要があります。これらの等しい反対の電流が互いに打ち消し合うことで、伝送線路から離れた正味の電界がゼロになります。電流が等しくなく反対の場合、電流は相殺されず、その差によって外部電磁界が発生します。伝送線路はアンテナのように放射します。
これは一般的に望ましくありません。送信する場合、小屋での高RF、スピーカー、デジタル電子機器などの混乱を意味する可能性があります。指向性アンテナに接続すると、実際の放射パターンが目的のアンテナと意図しないものの組み合わせであるため、送信と受信に問題が発生します。フィードラインによって形成されたアンテナ。おそらくまったく指向性がありません。アンテナをモデル化した場合、モデルは放射しないフィードラインを想定しています。
問題ありません。次の場合は、等しく反対の電流が必要です。放射しないようにするための同軸。ダイポールに取り付けると、それが得られるはずです。かなり対称に見えますよね?
そうですね、ダイポールは対称ですが、同軸ケーブルは対称ではありません。通常、シールドはどこかで地面に取り付けられています。そうでない場合でも、シールドと中心導体は同一ではないため、シールドのダイポールに対するインピーダンスは中心導体とは異なります。
同軸に関係なく、ダイポールは実際には対称ではない場合があります。アンテナだけでなく、その近距離場のすべてを考慮してください。それは地面に対して完全に水平ですか?一端は金属樋に近いですか?
これらすべての非対称性の結果、ダイポールの各側がフィードポイントに対して異なるインピーダンスを示します。理想的には、アンテナは送信機から送信されたすべての電力を受け入れます。送信機によって同軸に供給される等しく反対の電流はそれぞれ、EMエネルギーが放射されるダイポールの反対側の脚を流れます。しかし、双極子のバランスが取れていない場合、双極子の各脚が受け入れる電流を等しくすることはできません。ただし、すべての電流はどこかに流れなければならないため、双極子脚間の電流の差は同軸ケーブルに反映され、送信機。(これは、高いSWRを引き起こすインピーダンスの不一致による反射とは異なります。)ただし、この電流は中心導体に等しく反対の電流がないため、アンテナのように同軸から放射されます。
バランなしで同軸ケーブルを供給したダイポールを操作する場合、気付かないかもしれませんが、これはあなたに起こっています。同軸シールドは問題なく放射します。信号がまだ他のステーションに届き、RF火傷を負わない場合は、問題はありません。フィードラインの小屋への入り口にある適切なRF接地は、RFの再突入を減らすことができます。接地に特別な注意を払わなくても、100Wでは、小屋のRFは、一部のスピーカーを騒がせるだけです。 「正常」と見なされる場合があります。
バランを追加することで、この問題を回避できます。フィードラインを分離することにより、小屋でRFを取得せず、ダイポールは教科書に記載されているダイポールのように動作します。同軸ケーブルがないため、アンテナのチューニングとパフォーマンスが同軸ケーブルの近くの他のオブジェクトによって変更されることはありません。アンテナの一部になります。ダイポールがアンテナに適した場所にあり、同軸ケーブルが適切でない場合は、全体的に優れたアンテナになります。
コメント
- 同軸ケーブルと”アンバランス”伝送ラインに集中すると混乱します。本当の問題はコモンモード電流です。これらは、オープンワイヤの”バランスの取れた”伝送ラインでも同じように簡単に運ぶことができます。トロイダルバランの配線を見ると、それらはずっとバランスの取れたデバイスです。利点は、コモンモード電流を窒息させることです。
- @ WalterUnderwoodK6WRU ‘ダイポールを作成するのは非常に簡単で、’ s 十分にバランスが取れているツインリードでバランなし。確かに注意が必要です。 ‘は、同軸フィードとリモートでバランスをとる’ダイポールを作成することはできず、’は質問が尋ねた状況であり、それは’ほとんどの人が実際に行っていることです。コモンモード電流について別の質問をしたい場合は、遠慮なく質問してください。ただし、この回答はすでに1ページを超えています。 ‘ すべてを説明することはできません。
回答
ダイポールは、EMフィールドを作成するための特定のマシンです。アイデアは、EMフィールドが作成され、効率的に放射されるように、ダイポールの2つの半分の間に電圧を設定することです。
電圧は2つの違いです。フィードラインなどが周囲にないダイポールだけを考えると、「ダイポールが対称であることが非常に簡単にわかります。他に何もないため、一方のレッグの電流がもう一方のレッグに対して電圧を生成します。
ダイポールにツインリードを供給しても、ダイポールがどのように対称になるかを簡単に確認できます。各脚が機能しています。フィードラインに対してですが、フィードラインの両方のリード線は互いに非常に接近しているため、アンテナの動作によって等しく影響を受け、正味の影響はありません。もちろん、他のすべて(地球、木、溝、塔) 、など)アンテナの周りも対称である必要があり、これは非現実的です。
ダイポールに同軸を供給する場合、状況は大きく異なります。シールドはEMフィールドを遮断し、中心導体を外部フィールドから効果的に隠します。対称的な配置はもうありません。ダイポールの片方の脚が接続されています。シールドに、本当に、それはL字型です。実際、シールドは、給電するダイポールと同じくらいアンテナの一部です。
では、次に何を考えますか同軸ケーブルを流れる電流が発生します。送信機からの信号は、$ I_A $と等しく反対の$ I_B $で構成されます。$ I_A $は、他に行く場所がないため、ダイポールの片方の脚を流れる必要があります。フィードポイントでは、$ I_B $には2つのオプションがあります。ダイポールの取り付けられた脚を流れ落ちるか、同軸シールドを反射して戻ることができます。
したがって、$ I_B $は分割され、それ($ I_C $)は同軸ケーブルに戻り、差($ I_B-I_C $)は意図したとおりにダイポールを下っていきます。分割の程度は、これら2つのオプションの相対インピーダンスによって決まります。
同軸シールドはダイポールと同じくらいアンテナを細かくするので、これはしばしば問題にはなりません。それは放射パターンをひどく歪めますが、ダイポールは最初は指向性アンテナではなかったので、それはほとんど問題ではありません。それはあなたが小屋でたくさんのRFを得るということを意味するかもしれません、しかしあなたが100Wで送信しているならこれは何も引き起こさないでしょう深刻な問題。
ただし、さらに微妙な問題がいくつかあります。小屋でRFを送信している場合は、小屋からRFも受信しています(相互関係)アンテナを電力線、スイッチング電源、コンピューター、および小屋内の他のノイズ源から遠ざけることができる場合がありますが、フィードラインが実際にアンテナの一部である場合は、すべてを受信しています。とにかくこのノイズ。
バランを使用することにより、ダイポールの各脚の電流をどうにかして等しくし、同軸に電流が戻らないようにして、同軸が放射および作用しないようにします。アンテナの一部として。多くの設計がありますが、最も一般的で効果的なものの1つは、単純な cです。オモンモードチョーク。1:1電流バランとも呼ばれます。この巧妙なデバイスは、フィードポイントとシールドの外側の間に大きなインピーダンスを挿入する効果があり(上の画像の$ I_B $と$ I_C $)、電流がダイポールを下るのを比較的魅力的にします:
ウィキペディア
50Ω同軸と75Ωアンテナの不一致は、これには関係がないことに注意してください。フィードラインとアンテナが一致しない場合、いくらかの電力反射が発生しますが、それらの反射はフィードラインの内部になり、フィードラインがアンテナの一部になることはありません。インピーダンス変換も実行するバラン設計がありますが、これはバランで示される機能ではありません。実際には、75Ωは50Ωに十分に適合し、HFでの一般的な給電線損失は十分に低いため、この状況でのインピーダンス整合のほとんどの試みは不要であり、非効率性によって得られるよりも多くのエネルギーを浪費する可能性があります。より良い一致。
コメント
- これは誤解を招く恐れがあります。これは、理想的なダイポールを想定しており、バランスの取れた伝送ラインがアンテナ内でバランスをとることを示唆しているためです。 。後者はちょうど間違っており、前者はほとんどすべての実際のアンテナについて間違っています。 2つの要素のインピーダンスが等しい場合、アンテナは平衡状態になります。限目。アンテナの周囲は、ほとんどの場合、アンテナを不均等にし、アンテナのバランスを崩します。要素をトリミングしてより均等にすることもできますが、雨が降ったり、鳥が一方の端に着地したりします。そのため、バランを使用しています。
- @ WalterUnderwoodK6WRUあなたは間違っていません’間違っていません…私が言いたかったのは、バランスの取れたフィーダーを使用すると、’は、少なくとも理論的にはバランスの取れたダイポールを作成することができますが、同軸フィーダーを使用すると、バランスが非常に悪くなることが保証されます。回答の具体的な改善点を教えてください。
- antenna-theory.comの記事は正しいようですが、非常に紛らわしいです。それとこの答えは、同軸ケーブルが”不均衡”であることを意味します。この用語はオーディオでは意味がありますが、RFでは意味がありません。同軸はバランスが取れています。しかし…それは3導体システムです。内部導体の外側と外部導体の内側には平衡電流があります。物理学はこれを保証します。コモンモード電流は外部導体の外側を流れます。バランは不平衡アンテナからのコモンモード電流を低減しますが、他のソースがシールドの外側に電流を誘導する可能性があります。
- @ WalterUnderwoodK6WRU を混乱させていると思います不平衡ラインは、グランドに対する不等インピーダンスを意味し、不平衡電流は、コモンモード電流を意味します。
- Ia はダイポールに入る必要があります。 Ibは代わりに反射することができます。 ‘ Iaも反映できないのはなぜですか?
回答
別の回答は、K9YCのJimBrownによる論文に言及しています。これは、アマチュア無線のバランに関する最良の参考資料です。参照: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
第6章では、バランとアンテナについて説明します。 「少なくとも私たちのアマチュア無線家では、ほとんどのバランの主な機能は、アンテナとラジオに接続する伝送線路との相互作用を最小限に抑えることです。」
最小限に抑えている相互作用「小屋のRF」とコモンモードノイズの2つです。
実際のアンテナは、樹木、建物、大地導電性などの周囲の環境によって不均衡になっています。これにより、伝送ラインの2つの端子に不均等なインピーダンスが発生し、RFが他の場所に移動する際に問題が発生します。不均衡があると、伝送ラインの両方の導体でコモンモード電圧になります。これは放射し、あなたのラジオやあなたの家やあなたの隣人の他の電子機器で送信されたRFに問題を引き起こす可能性があります。」
コモンモード信号も受信できます。ほぼすべての近くのノイズ源が拾われます。 2つの要素(および伝送ライン)によって等しく、目的の信号と合計された無線に表示されます。
現在のバラン(必要な唯一の種類)は、コモンモード信号に対して高インピーダンスを示します。差動信号に対する低インピーダンス。2つが5000Ωと50Ωの場合、これはコモンモード信号の100倍の減衰です。
約30インチのダイポールがあり、2本の木の間に張られています。私たちの家。家には、ダイポールのすぐ下の中心から外れた鋼製の梁があります。要素(40mと20mで分離)の長さが等しい場合でも、これは明らかに不均衡です。バランを追加すると、受信ノイズが約6dB低下しました。
バランの欠点は?コストと減衰。私のバラン(Balun Designs製)の価格は55ドルで、ワイヤーアンテナのコストに大幅に追加されています。適切に設計されたトロイダルバランの挿入損失は0.1dbです( http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail を参照)。コイル状の同軸ケーブルで作られたバランは、同軸ケーブルの量によって大幅に減衰する可能性があります。
K9YCの論文の第6章を読むことを強くお勧めします。
回答
いわゆる「電流バラン」は、中心を通る同軸給電線を備えたフェライトコアの束で構成されます。これにより、シールドの外側のRF電流が大幅に減少します。 、これにより、RF損失が減少します。インピーダンスの不一致には影響しませんが、それはマイナーです。
コメント
- 現在のバラン/チョークを大量に構築できます。同軸ケーブル(説明どおり)、同軸コイル、またはトロイダルトランスを備えたフェライトコア。
- @ WalterUnderwoodK6WRU-はい、ありがとうございます。私が行ったのはフェライトコアを使用しています。
回答
フィルは、何が起こっているのかをうまく説明しました。仕事中の流れ。
なぜ気にする必要があるのかについては、質問で指摘しているように、フィードポイントのインピーダンスは75Ωであり、50Ωの同軸ケーブルで給電しています。電流のバランスが完全に取れていない場合、そのRFの一部は、そのフィードラインを低インピーダンスパスと見なして使用します。
それでも機能しますか?はい、問題ありません。給電線の放射はアンテナのパターンに影響を与えますが、ここでは正直に言うと、ダイポールは方向性がないため、ほとんど確実に気付かないでしょう。
戻ってくるRFは、問題になる場合と関係ない場合があります。 。使用している電力レベルと周波数によって異なります。 QRPを80mで実行している場合は、問題ありません。ほぼすべての周波数で1500wをクランキングしている場合は、問題が発生します。
解決策は、RFがアンテナに留まるように説得するのに十分な同軸ケーブルの外側にインピーダンスを追加することです。インピーダンスは、誰に尋ねるかによって異なりますか?私は参考文献が500Ωで十分であると述べているのを見ました(ARRLハンドブック)、他の人は1000Ω(W1HIS)と言い、目標は5000Ω(K9YC)であるべきだと述べている長くて説得力のある論文を読みました。
フェライトコアによって提示されるインピーダンスは、周波数(および温度)によって異なることに注意してください。フェライトを選択する際の2つの主な変数は、フォームファクタと「ミックス」(それらが何でできているか)です。動作範囲(通常は43または31を混合)を対象とし、あまり加熱せずに電力を処理するのに十分な大きさのものを選択する必要があります。すべてのフェライトは、一度交差すると魔法の温度になり、インピーダンスはゼロになりますが、抵抗が上がるだけで、熱暴走が発生し、同軸ケーブルが溶けます。
コメント
- これは本当に間違っていると思います。インピーダンスの不一致により、電力が不一致(この場合はフィードポイント)で反射されますが、これはコモンモード電流とは関係ありません。不一致の完全にバランスの取れたアンテナでも反射電力があり、完全に一致したアンテナにはコモンモード電流が流れる可能性があります。
回答
すべてのすばらしい回答、ほとんどのrfiは、高電力にさらされるアンテナの深刻な不一致が原因です。私は、1対1のバランが、地面に近い特定のダイポール設置、またはアンテナを離れるときに同軸フィードラインが非対称レイアウトで構成されている場合に役立つことに同意します。 1対1のバランは、75〜50オームなどのマッチングには影響せず、設計されたものではありません。
さまざまなワイヤービームにバランを使用していないため、真剣に検討します。バランによって追加された中心重量と、1 / 4wl以上の単純なダイポールでのコストとほとんどの問題がないことから、現在のバランを追加する必要がないことがわかります。
回答
SWLの受信には、バランを使用したことがありません。実際には不要なRFを減らすことができますが、同軸ケーブルをランダムに回転させても、受信専用の使用で十分な肯定的な結果を生み出すことができます。送信に関しては、明らかにまったく異なるシナリオであり、私は常に半波長ダイポールと八木で1:1バランを使用します。
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