Mit einem Balun mit einem resonanten Dipol
On Februar 18, 2021 by adminbereite ich mich darauf vor, einen resonanten, mittig gespeisten horizontalen Dipol zu konstruieren. Ich habe gesehen, dass Leute Baluns am Einspeisepunkt der Antenne verwenden, und einige Leute schwören darauf, aber ich habe nie eine zufriedenstellende Antwort darauf erhalten, warum Sie einen Balun verwenden / brauchen würden. Alle Resonanz-Dipolantennen, die ich zuvor hergestellt habe, schienen bei Verwendung mit 50 Ω Koax und ohne Balun einwandfrei zu funktionieren. Dies bestand darin, einen Schenkel des Dipols mit dem Mittelleiter und den anderen Schenkel mit der Koaxialabschirmung zu verbinden.
Ich weiß, dass die normale Impedanz eines mittig gespeisten Dipols bei Resonanz etwa 75 Ω beträgt, sodass ich sehen kann, dass ein Balun einen Impedanzanpassungsvorteil bietet.
Welche Vorteile (und / oder Nachteile) bietet ein Balun in einer Resonanzdipolantenne?
Kommentare
- Ich möchte darauf hinweisen, dass dies ein ist Gute Frage, mit guten Antworten, und ich möchte darauf verweisen, dass dieses Problem auf nahezu jede Antenne anwendbar ist, nicht nur auf Dipole. Dazu gehören Vertikale und Schleifen.
Antwort
Nun, die kanonische Antwort lautet, dass der Balun den Dipol umwandelt ( BAlanced) zu überreden (UNbalanced). Aber was bedeutet das ?
Damit Übertragungsleitungen (Doppelkabel oder Koaxialkabel) nicht strahlen, muss jeder Leiter gleiche und entgegengesetzte Ströme führen. Es sind diese gleichen und entgegengesetzten Ströme, die sich gegenseitig aufheben, was dazu führt, dass das Nettofeld von der Übertragungsleitung weg Null ist. Wenn die Ströme nicht gleich und entgegengesetzt sind, heben sie sich nicht auf, und die Differenz führt zu einem externen elektromagnetischen Feld, und Ihre Übertragungsleitung strahlt wie eine Antenne.
Dies ist im Allgemeinen unerwünscht. Beim Senden kann dies eine hohe HF in der Hütte, ein Durcheinander mit Lautsprechern, digitaler Elektronik usw. bedeuten. Wenn es an eine Richtantenne angeschlossen wird, verursacht es Probleme beim Senden und Empfangen, da das tatsächliche Strahlungsmuster eine Kombination aus der beabsichtigten und der unbeabsichtigten Antenne ist Antenne, die von der Zuleitung gebildet wird, die wahrscheinlich überhaupt nicht gerichtet ist. Wenn Sie Ihre Antenne modelliert haben, geht das Modell von einer Zuleitung aus, die nicht strahlt.
OK, gut, Sie benötigen gleiche und entgegengesetzte Ströme in Koax, damit es nicht strahlt. Wenn Sie es an einen Dipol anschließen, sollten Sie das bekommen. Es sieht ziemlich symmetrisch aus, oder?
Nun ja, der Dipol ist symmetrisch, aber das Koaxialkabel ist nicht „t“. Normalerweise ist der Schild irgendwo an der Erde befestigt. Auch wenn dies nicht der Fall ist, ist die Geometrie des Die Abschirmung und der Mittelleiter sind nicht identisch, daher hat die Abschirmung eine andere Impedanz in Bezug auf den Dipol als der Mittelleiter.
Unabhängig vom Koaxialkabel ist der Dipol möglicherweise ohnehin nicht wirklich symmetrisch. Betrachten Sie nicht nur die Antenne, sondern alles in ihrem Nahfeld. Ist es perfekt eben zum Boden? Befindet sich ein Ende näher an einer Metallrinne?
Das Ergebnis all dieser Asymmetrien ist, dass jede Seite des Dipols unterschiedliche Impedanzen für den Einspeisepunkt aufweist. Im Idealfall würde die Antenne die gesamte vom Sender an sie gesendete Leistung aufnehmen. Die gleichen und entgegengesetzten Ströme, die vom Sender in das Koaxialkabel eingespeist werden, fließen jeweils über gegenüberliegende Schenkel des Dipols, wo die EM-Energie abgestrahlt wird. Wenn der Dipol jedoch nicht ausgeglichen ist, können die von jedem Zweig des Dipols akzeptierten Ströme nicht gleich sein. Der gesamte Strom muss jedoch irgendwohin fließen, sodass die Stromdifferenz zwischen den Dipolzweigen wieder im Koaxialkabel reflektiert wird Der Sender unterscheidet sich von der Reflexion durch Impedanzfehlanpassungen, die ein hohes SWR verursachen.) Dieser Strom hat jedoch keinen gleichen und entgegengesetzten Strom am Mittelleiter, sodass er wie eine Antenne vom Koax abstrahlt / p>
Wenn Sie einen mit Koax gespeisten Dipol ohne Balun betreiben, passiert Ihnen dies, obwohl Sie es möglicherweise nicht bemerken. Die Koaxialabschirmung strahlt einwandfrei, und wenn Ihr Signal immer noch den Weg zur anderen Station findet und Sie sich keine HF-Verbrennungen geben, gibt es kein Problem. Eine gute HF-Erdung am Eingang der Zuleitung zur Hütte kann den HF-Wiedereintritt verringern. Selbst ohne besondere Aufmerksamkeit für die Erdung wird die HF in der Hütte bei 100 W wahrscheinlich nicht mehr tun, als einige Lautsprecher zum Brummen zu bringen Dies kann als „normal“ angesehen werden.
Durch Hinzufügen eines Baluns vermeiden Sie dieses Problem. Wenn Sie die Zuleitung isolieren, erhalten Sie keine HF in der Hütte, und Ihr Dipol verhält sich wie ein in Lehrbüchern beschriebener Dipol. Ihre Antennenabstimmung und Leistung werden von anderen Objekten in der Nähe des Koaxialkabels nicht verändert, da das Koaxialkabel nicht verändert wird Seien Sie Teil der Antenne. Wenn sich Ihr Dipol an einem guten Ort für eine Antenne befindet und Ihr Koaxialkabel nicht „t“ ist, haben Sie insgesamt eine bessere Antenne.
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- Die Konzentration auf Koaxialkabel und “ unausgeglichene “ Übertragungsleitung verwirrt die Dinge. Das eigentliche Problem sind Gleichtaktströme.Diese können genauso einfach auf einer offenen “ symmetrischen “ Übertragungsleitung übertragen werden. Wenn Sie sich die Verkabelung für Toroid-Baluns ansehen, handelt es sich um symmetrische Geräte. Der Vorteil besteht darin, dass die Gleichtaktströme gedrosselt werden.
- @ WalterUnderwoodK6WRU ‚ Es ist recht einfach, einen Dipol herzustellen, der ‚ s ausgewogen genug mit Doppelleitung und ohne Balun. Es erfordert natürlich etwas Sorgfalt. Es ist ‚ nicht möglich, einen Dipol herzustellen, der ‚ sogar mit einem Koax-Feed aus der Ferne ausgeglichen ist, und der ‚ ist die Situation, nach der die Frage gestellt wurde, und ‚ ist das, was die meisten Menschen tatsächlich tun. Wenn Sie eine weitere Frage zu Gleichtaktströmen stellen möchten, können Sie diese gerne beantworten. Diese Antwort ist jedoch bereits über eine Seite lang. Es kann ‚ nicht alles erklären.
Antwort
Ein Dipol ist eine bestimmte Maschine zum Erstellen von EM-Feldern. Die Idee ist, eine Spannung zwischen den beiden Hälften des Dipols so einzustellen, dass ein EM-Feld erzeugt und effizient abgestrahlt wird.
Denken Sie daran, Spannung ist ein Unterschied zwischen zwei Dingen. Wenn wir nur einen Dipol ohne Zuleitung oder irgendetwas anderes betrachten, ist es sehr einfach zu erkennen, dass der Dipol symmetrisch ist. Die Ströme in einem Bein erzeugen Spannungen gegen das andere Bein, weil es nichts anderes gibt.
Wenn wir den Dipol mit Doppelleitung versorgen, ist es immer noch leicht zu erkennen, wie der Dipol symmetrisch sein kann. Jedes Bein arbeitet jetzt gegen die Zuleitung, aber da beide Leitungen der Zuleitung sehr nahe beieinander liegen, werden sie gleichermaßen von dem beeinflusst, was die Antenne tut, und es gibt keinen Nettoeffekt. Natürlich alles andere (Erde, Bäume, Dachrinnen, Türme usw.) um die Antenne müsste ebenfalls symmetrisch sein, und dies ist unrealistisch.
Wenn wir den Dipol mit Koax versorgen, wird die Die Situation ist sehr unterschiedlich. Die Abschirmung fängt alle EM-Felder ab und verbirgt den Mittelleiter effektiv vor externen Feldern. Sie haben keine symmetrische Anordnung mehr: Ein Bein des Dipols ist verbunden zum Schild, also wirklich, es ist eine L-Form. Tatsächlich ist die Abschirmung genauso Teil der Antenne wie der Dipol, den sie speisen soll.
aus einem ausgezeichneten Artikel unter antenna-theory.com
Überlegen Sie nun, was passiert mit den Strömen, die das Koax hinunterfließen. Das Signal vom Sender besteht aus $ I_A $ und einem gleichen und entgegengesetzten $ I_B $. $ I_A $ muss ein Bein des Dipols hinunterfließen, da es sonst nirgendwo hin muss. Am Einspeisepunkt hat $ I_B $ zwei Optionen: Es kann über das angebrachte Bein des Dipols fließen oder es kann über den Koaxialschirm zurück reflektiert werden.
Somit wird sich $ I_B $ mit einigen teilen es ($ I_C $) kehrt auf das Koax zurück, und die Differenz ($ I_B-I_C $) geht wie beabsichtigt den Dipol hinunter. Der Grad der Aufteilung wird durch die relativen Impedanzen dieser beiden Optionen bestimmt.
Dies ist nicht oft ein Problem, da die Koaxialabschirmung eine Antenne genauso fein macht wie der Dipol. Es verzerrt das Strahlungsmuster schrecklich, aber da ein Dipol zu Beginn keine Richtantenne war, spielt es kaum eine Rolle. Es könnte bedeuten, dass Sie viel HF in der Hütte erhalten, aber wenn Sie mit 100 W senden, ist es unwahrscheinlich, dass dies zu einer solchen führt schwerwiegende Probleme.
Es gibt jedoch einige subtilere Probleme: Wenn Sie HF in der Hütte senden, empfangen Sie auch HF von der Hütte ( Reziprozität ) Möglicherweise können Sie Ihre Antenne weit von den Stromleitungen, Schaltnetzteilen, Computern und anderen Geräuschquellen in der Hütte entfernen. Wenn Ihre Zuleitung jedoch tatsächlich Teil der Antenne ist, erhalten Sie alle dieses Rauschen sowieso.
Wenn Sie einen Balun verwenden, erzwingen Sie irgendwie, dass die Ströme an jedem Zweig des Dipols gleich sind, so dass kein Strom auf das Koax zurückkehrt, so dass das Koax nicht strahlt und wirkt Als Teil der Antenne gibt es viele Designs, aber eines der häufigsten und effektivsten ist ein einfaches c Normalmodus-Choke , auch als 1: 1-Strombalun bekannt. Dieses clevere Gerät hat den Effekt, dass eine große Impedanz zwischen dem Einspeisepunkt und der Außenseite der Abschirmung eingefügt wird ($ I_B $ und $ I_C $ im Bild oben), wodurch es für den Strom relativ attraktiver wird, den Dipol hinunterzugehen:
von Wikipedia
Beachten Sie, dass die Nichtübereinstimmung von 50Ω Koax zu einer 75Ω Antenne für nichts davon relevant ist.Wenn Ihre Zuleitung und Antenne nicht übereinstimmen, erhalten Sie einige Leistungsreflexionen, die sich jedoch innerhalb der Zuleitung befinden und nicht dazu führen, dass die Zuleitung Teil der Antenne wird. Es gibt Balun-Designs, die auch eine Impedanztransformation durchführen, dies ist jedoch nicht die mit balun bezeichnete Funktion. In der Praxis sind 75 Ω eine ausreichend gute Übereinstimmung mit 50 Ω und typische Zuleitungsverluste bei HF niedrig genug, so dass meiner Meinung nach die meisten Versuche zur Impedanzanpassung in dieser Situation unnötig sind und wahrscheinlich mehr Energie durch Ineffizienzen verschwenden, als sie beim Erhalten gewinnen eine bessere Übereinstimmung.
Kommentare
- Dies ist irreführend, da es einen idealen Dipol annimmt und darauf hindeutet, dass eine ausgeglichene Übertragungsleitung das Gleichgewicht in einer Antenne erzwingt . Letzteres ist einfach falsch, und Ersteres ist für fast alle echten Antennen falsch. Eine Antenne ist ausgeglichen, wenn die Impedanzen der beiden Elemente gleich sind. Zeitraum. Die Umgebung einer Antenne macht sie fast immer ungleich und damit die Antenne unausgeglichen. Sie könnten die Elemente zuschneiden, um sie gleichmäßiger zu machen, aber dann würde es regnen oder ein Vogel würde an einem Ende landen. Deshalb verwenden wir Baluns.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Sie sind nicht ‚ falsch … was ich damit sagen wollte, ist, dass es mit einem ausgeglichenen Feeder ‚ Es ist zumindest theoretisch möglich, einen ausgeglichenen Dipol herzustellen, während Sie mit einem Koax-Feeder garantiert ein sehr schlechtes Gleichgewicht haben. Können Sie mir sagen, was speziell in der Antwort verbessert werden könnte?
- Der Artikel auf antenna-theory.com scheint korrekt zu sein, ist aber sehr verwirrend. Dies und diese Antwort implizieren, dass das Koax “ unausgeglichen “ ist. Dieser Begriff ist bei Audio sinnvoll, bei RF jedoch nicht. Koax ist ausgeglichen. Aber … es ist ein Drei-Leiter-System. Es gibt ausgeglichene Ströme an der Außenseite des Innenleiters und an der Innenseite des Außenleiters. Die Physik sorgt dafür. Gleichtaktströme fließen an der Außenseite des Außenleiters. Baluns reduzieren Gleichtaktströme von unsymmetrischen Antennen, aber andere Quellen können Ströme außerhalb des Schilds induzieren.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Ich denke, Sie bringen eine zusammen unsymmetrische Leitung , was ungleiche Impedanzen gegen Erde bedeutet, mit unsymmetrischen Strömen, was Gleichtaktströme bedeutet.
- Sie sagen, Ia muss in den Dipol gehen, während einige von Ib kann stattdessen zurückdenken. Warum kann ‚ nicht auch reflektiert werden?
Antwort
Eine andere Antwort erwähnt das Papier von K9YC, Jim Brown. Dies ist die beste Referenz für Baluns im Amateurfunk. Siehe: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Kapitel 6 befasst sich mit Baluns und Antennen. Er sagt: „Die Hauptfunktion der meisten Baluns, zumindest in unseren Schinkenstationen, besteht darin, die Interaktion unserer Antennen mit den Übertragungsleitungen, die sie mit unseren Funkgeräten verbinden, zu minimieren.“
Die Interaktionen, die wir minimieren sind zwei, „RF in the Shack“ und Gleichtaktrauschen.
Echte Antennen sind durch ihre Umgebung unausgeglichen: Bäume, Gebäude, Bodenleitfähigkeit und so weiter. Dies verursacht ungleiche Impedanzen an den beiden Anschlüssen der Übertragungsleitung und Probleme mit HF, die an andere Orte gehen. Jedes Ungleichgewicht wird an beiden Leitern der Übertragungsleitung zu einer Gleichtaktspannung. Dies kann strahlen und Probleme mit übertragener HF in Ihren Funkgeräten und in anderen elektronischen Geräten in Ihrem Haus und Ihren Nachbarn verursachen. „
Gleichtaktsignale können ebenfalls empfangen werden. Nahezu alle in der Nähe befindlichen Geräuschquellen werden erfasst gleichermaßen durch die beiden Elemente (und die Übertragungsleitung) und erscheinen am Funkgerät mit dem gewünschten Signal summiert.
Ein Strombalun (die einzige Art, die Sie möchten) weist Gleichtaktsignalen eine hohe Impedanz auf und eine niedrige Impedanz für Differenzsignale. Wenn die beiden 5000 Ω und 50 Ω sind, bedeutet dies eine 100-fache Dämpfung der Gleichtaktsignale.
Ich habe einen Dipol bei etwa 30 Zoll, der zwischen zwei Bäumen und darüber aufgereiht ist unser Haus. Das Haus hat einen Stahlträger direkt außerhalb der Mitte unter dem Dipol. Dies ist offensichtlich unausgeglichen, obwohl die Elemente (getrennt für 40 m und 20 m) gleich lang sind. Durch Hinzufügen eines Baluns wurde das empfangene Rauschen um etwa 6 dB verringert.
Nachteile eines Baluns? Kosten und Dämpfung. Mein Balun (von Balun Designs) kostete 55 US-Dollar, eine bedeutende Ergänzung zu den Kosten einer Drahtantenne. Ein gut konzipierter torusförmiger Balun hat einen Einfügungsverlust von 0,1 dB (siehe http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). Ein Balun aus gewickeltem Koax kann aufgrund der Menge an Koax eine erhebliche Dämpfung aufweisen.
Ich empfehle dringend, Kapitel 6 des K9YC-Papiers zu lesen.
Antwort
Ein sogenannter „Current Balun“ besteht aus einer Reihe von Ferritkernen, deren Koaxialzuleitung durch ihre Zentren verläuft. Dies reduziert den HF-Stromfluss an der Außenseite der Abschirmung erheblich Dies reduziert wiederum die HF-Verluste.Es hat keinen Einfluss auf die Impedanzfehlanpassung, aber das ist geringfügig.
Kommentare
- Sie können einen aktuellen Balun / Choke mit viel erstellen Ferritkerne auf dem Koaxialkabel (wie Sie beschreiben) oder mit einer Koaxialspule oder mit einem Ringkerntransformator.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – ja, danke. Der, den ich gemacht habe, verwendet Ferritkerne.
Antwort
Phil hat gut erklärt, was los ist die Strömungen bei der Arbeit.
Wie Sie in der Frage bemerken, beträgt die Impedanz des Speisepunkts 75 Ω, und Sie speisen sie mit 50 Ω Koaxialkabel. Wenn die Ströme nicht perfekt ausgeglichen sind, wird ein Teil dieser HF diese Zuleitung als Pfad mit niedrigerer Impedanz sehen und verwenden.
Funktioniert sie immer noch? Ja, kein Problem. Die Strahlung der Zuleitung beeinflusst das Muster der Antenne, aber seien wir ehrlich, ein Dipol ist ohnehin nicht gerichtet, sodass Sie es mit ziemlicher Sicherheit nicht bemerken.
Die zurückkommende HF kann eine Rolle spielen oder auch nicht . Dies hängt von der verwendeten Leistungsstufe und der Frequenz ab. Wenn Sie QRP auf 80 m ausführen, ist dies kein Problem. Wenn Sie 1500 W bei fast jeder Frequenz anlassen, haben Sie jetzt ein Problem.
Die Lösung besteht darin, der Außenseite des Koax eine Impedanz hinzuzufügen, die ausreicht, um die HF davon zu überzeugen, in der Antenne zu bleiben. Wie Impedanz hängt davon ab, wen Sie fragen? Ich habe gesehen, dass Referenzen nur 500 Ω als ausreichend angeben (ARRL-Handbuch), andere sagen 1000 Ω (W1HIS) und haben ein langes und überzeugendes Papier gelesen, in dem es heißt, dass das Ziel 5000 Ω (K9YC) sein sollte.
Beachten Sie, dass die Impedanz von Ferritkernen mit der Frequenz (und Temperatur) variiert. Die beiden Hauptvariablen bei der Auswahl von Ferrit sind Formfaktor und „Mix“ (woraus sie bestehen). Sie müssen diejenigen auswählen, die auf Ihren Betriebsbereich ausgerichtet sind (normalerweise Mix 43 oder 31) und groß genug sind, um die Leistung zu bewältigen, ohne sich zu stark zu erwärmen. Alle Ferrite haben eine magische Temperatur, sobald sie überschritten sind. Die Impedanz sinkt auf nichts, aber der Widerstand steigt an, was zu einem thermischen Runnaway führt, der Ihr Koax schmilzt Ich denke, das ist wirklich falsch. Eine Impedanzfehlanpassung führt dazu, dass die Leistung an der Fehlanpassung (in diesem Fall am Einspeisepunkt) reflektiert wird. Dies hängt jedoch nicht mit Gleichtaktströmen zusammen. Eine perfekt ausbalancierte Antenne, die nicht übereinstimmt, hat immer noch reflektierte Leistung, und eine perfekt angepasste Antenne kann Gleichtaktstrom haben.
Antwort
Alle guten Antworten. Die meisten HFI werden durch stark nicht übereinstimmende Antennen verursacht, die einer hohen Leistung ausgesetzt sind. Ich bin damit einverstanden, dass ein 1: 1-Balun bei bestimmten Dipolinstallationen in Bodennähe oder wenn die Koax-Zuleitung beim Verlassen der Antenne in einem nicht symmetrischen Layout konfiguriert ist, hilfreich ist. Ein 1: 1-Balun hat keinen Einfluss auf die Anpassung, 75 bis 50 Ohm oder was auch immer, nicht auf das, wofür er ausgelegt ist.
Ich verwende keinen Balun für einen meiner verschiedenen Drahtbalken und würde dies ernsthaft in Betracht ziehen Das durch einen Balun hinzugefügte Mittengewicht und die Kosten im Vergleich zu den meisten anderen Problemen bei einfachen Dipolen bei 1 / 4wl und höher zeigen, dass das Hinzufügen eines aktuellen Baluns nicht erforderlich ist.
Antwort
Für den SWL-Empfang habe ich noch nie einen Balun verwendet. Es könnte in der Tat unerwünschte HF reduzieren, aber selbst zufällige Koax-Windungen können bei Verwendung nur beim Empfang genügend positive Ergebnisse erzielen. Für die Übertragung ist es offensichtlich ein völlig anderes Szenario, und ich verwende immer 1: 1-Baluns für Halbwellendipole und Yagis.
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