Folosind un balun cu un dipol rezonant
On februarie 18, 2021 by adminMă pregătesc să construiesc un dipol orizontal rezonant, alimentat central. Am văzut oameni folosind balunuri la punctul de alimentare al antenei și unii oameni jură pe ei, dar nu am primit niciodată un răspuns satisfăcător cu privire la de ce ați folosi / aveți nevoie de un balun. Toate antenele dipol rezonante pe care le-am făcut anterior păreau să funcționeze foarte bine atunci când sunt utilizate cu 50 Ω coaxiale și fără balun. Aceasta a constat în conectarea unui picior al dipolului la conductorul central, iar celălalt picior la scutul coaxial.
Știu că impedanța normală a unui dipol alimentat central la rezonanță este de aproximativ 75 Ω, așa că pot vedea că ar exista un avantaj de potrivire a impedanței unui balun.
Ce beneficii (și / sau dezavantaje) oferă un balun într-o antenă dipolă rezonantă?
Comentarii
- Vreau să menționez că, deoarece acesta este un întrebare bună, cu răspunsuri bune și îmi place să fac legătura cu ea, că această problemă este aplicabilă pentru aproape orice antenă, nu doar pentru dipoli. Aceasta include verticale și bucle.
Răspuns
Ei bine, răspunsul canonic este că balunul convertește dipolul ( BAlanced) to coax (UNbalanced). Dar ce înseamnă asta ?
Pentru ca liniile de transmisie (twin-lead sau coaxiale) să nu radieze, fiecare conductor trebuie să poarte curenți egali și opuși. Acești curenți egali și opuși se anulează reciproc, ceea ce duce la zero câmp net de la linia de transmisie. Dacă curenții nu sunt egali și opuși, atunci nu se anulează, iar diferența are ca rezultat un câmp electromagnetic extern și linia dvs. de transmisie radiază ca o antenă.
Acest lucru este în general nedorit. Când transmiteți, poate însemna un RF ridicat în cabană, încurcarea cu difuzoare, electronică digitală etc. Dacă este atașată la o antenă direcțională, provoacă probleme de transmisie și recepție, deoarece modelul de radiație real este o combinație a antenei intenționate și a antena formată din linia de alimentare, care probabil nu este deloc direcțională. Dacă v-ați modelat antena, modelul presupune o linie de alimentare care nu radiază.
OK bine, aveți nevoie de curenți egali și opuși în coaxial pentru a face să nu radieze. Dacă îl atașați la un dipol, ar trebui să obțineți acest lucru. Pare destul de simetric, nu?
Ei bine, da, dipolul este simetric, dar coaxialul nu este „t. De obicei, scutul este atașat la sol undeva. Chiar dacă nu este, t, geometria ecranul și conductorul central nu sunt identice, astfel încât ecranul va avea o impedanță diferită față de dipol față de conductorul central.
Indiferent de coaxial, dipolul poate să nu fie într-adevăr simetric oricum. Luați în considerare nu doar antena, ci totul în câmpul său apropiat. Este perfect nivelat la sol? Este un capăt mai aproape de un jgheab metalic?
Rezultatul tuturor acestor asimetrii este că fiecare parte a dipolului prezintă impedanțe diferite la punctul de alimentare. În mod ideal, antena ar accepta toată puterea trimisă de transmițător. Curenții egali și opuși introduși în coaxial de către transmițător coboară fiecare în josul picioarelor opuse ale dipolului, unde energia EM este radiată. Dar când dipolul nu este echilibrat, curenții acceptați de fiecare picior al dipolului nu pot fi egali. Dar, tot curentul trebuie să meargă undeva, astfel încât diferența de curent dintre picioarele dipolului se reflectă înapoi în coaxial, înapoi la (Notă, acest lucru este distinct de reflexia de la nepotriviri de impedanță care cauzează SWR mare.) Cu toate acestea, acest curent nu are un curent egal și opus pe conductorul central, deci radiază de pe coaxial, ca o antenă.
Dacă operați un dipol alimentat cu coaxial fără balun, vi se întâmplă acest lucru, deși este posibil să nu observați. Ecranul coaxial radiază foarte bine și dacă semnalul tău își găsește drumul către cealaltă stație și nu îți dai arsuri RF, atunci nu există nicio problemă. Un teren RF bun la intrarea liniei de alimentare la cabană poate reduce reintrarea RF. Chiar și fără o atenție specială la împământare, la 100W, RF-ul din cabană probabil nu va câștiga decât să facă zgomotul unor difuzoare, care ar putea fi considerat „normal”.
Prin adăugarea unui balun, evitați această problemă. Izolând linia de alimentare, nu veți obține RF în cabană, iar dipolul dvs. se va comporta ca un dipol descris în manuale. Reglarea și performanța antenei dvs. nu vor fi modificate de alte obiecte din apropierea coaxialului, deoarece coaxialul a câștigat „t faceți parte din antenă. Dacă dipolul dvs. se află într-o locație bună pentru antenă și coaxialul dvs. nu este, atunci veți avea în general o antenă mai bună.
Comentarii
- Concentrându-se pe linia de transmisie coaxială și ” dezechilibrată ” încurcă lucrurile. Adevărata problemă este curenții de mod comun.Acestea pot fi transportate la fel de ușor pe linia de transmisie ” echilibrată ” cu fir deschis. Dacă vă uitați la cablarea balunurilor toroidale, acestea sunt dispozitive echilibrate, până la capăt. Avantajul este înăbușirea curenților în modul comun.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Este ‘ destul de simplu să faci un dipol care ‘ s suficient de echilibrat cu dublu plumb și fără balun. Necesită o îngrijire, sigur. ‘ nu este posibil să se facă un dipol care ‘ este chiar echilibrat de la distanță cu o alimentare coaxială și că ‘ este situația despre care s-a pus întrebarea și ‘ este ceea ce fac de fapt majoritatea oamenilor. Dacă doriți să puneți o altă întrebare despre curenții în modul comun, nu ezitați, dar acest răspuns este deja lung de o pagină. Nu poate ‘ să explice totul .
Răspunde
Un dipol este o mașină specială pentru crearea câmpurilor EM. Ideea este de a stabili o tensiune între cele două jumătăți ale dipolului în așa fel încât un câmp EM să fie creat și radiat eficient.
Amintiți-vă, tensiunea este o diferență între două lucruri. Când luăm în considerare doar un dipol, fără linie de alimentare sau orice altceva în jurul său, este foarte simplu să vedem că dipolul este simetric. Curenții dintr-un picior creează tensiuni împotriva celuilalt picior, deoarece nu există nimic altceva.
Dacă alimentăm dipolul cu twin-lead , este încă ușor să vedem cum dipolul poate fi simetric. Fiecare picior funcționează acum împotriva liniei de alimentare, dar din moment ce ambele cabluri ale liniei de alimentare sunt foarte apropiate unele de altele, ele sunt afectate în mod egal de orice face antena și nu există niciun efect net. Desigur, orice altceva (Pământul, copacii, jgheaburile, turnurile , etc) în jurul antenei ar trebui, de asemenea, să fie simetrice, iar acest lucru nu este realist.
Dacă alimentăm dipolul cu coaxial , situația este foarte diferită. Scutul interceptează orice câmp EM, ascunzând efectiv conductorul central de orice câmpuri externe. Nu mai aveți un aranjament simetric: un picior al dipolului este conectat la scut, așa că într-adevăr, are o formă de L. De fapt, scutul face parte din antenă la fel de mult ca dipolul pe care este destinat să îl alimenteze.
dintr-un articol excelent la antenna-theory.com
Deci, ia în considerare acum ce se întâmplă cu curenții care călătoresc pe coaxial. Semnalul emițătorului constă din $ I_A $ și un egal și opus $ I_B $. $ I_A $ trebuie să curgă pe un picior al dipolului, deoarece nu are încotro. la punctul de alimentare, $ I_B $ are două opțiuni: poate curge pe piciorul atașat al dipolului sau poate reflecta înapoi în scutul coaxial.
Astfel, $ I_B $ se va împărți, cu unele dintre it ($ I_C $) revenind pe coaxial și diferența ($ I_B-I_C $) care merge în jos dipolului, după cum s-a intenționat. Gradul împărțirii va fi determinat de impedanțele relative ale acestor două opțiuni.
Aceasta nu este adesea o problemă, deoarece ecranul coaxial face la fel de fină o antenă ca dipolul. Distorsionează schema de radiații îngrozitor, dar din moment ce un dipol nu era o antenă direcțională pentru a începe, nu contează. Ar putea însemna că obțineți o mulțime de RF în cabană, dar dacă transmiteți cu 100W, este puțin probabil să provoace probleme grave.
Există totuși, unele probleme mai subtile: dacă transmiteți RF în cabană, primiți și RF de la cabană ( reciprocitate ). S-ar putea să vă puteți îndepărta antena de liniile de curent, de sursele de alimentare, de calculatoare și de alte surse de zgomot din cabană, dar dacă linia dvs. de alimentare este de fapt parte a antenei, atunci primiți toate acest zgomot oricum.
Folosind un balun, forțați cumva curenții de pe fiecare picior al dipolului să fie egali, astfel încât să nu revină curent pe coaxial, astfel încât coaxialul să nu radieze și să ca parte a antenei. Există multe modele, dar unul dintre cele mai comune și eficiente este un simplu sufocare în mod obișnuit , cunoscută și sub numele de balun curent 1: 1. Acest dispozitiv inteligent are ca efect inserarea unei impedanțe mari între punctul de alimentare și exteriorul ecranului ($ I_B $ și $ I_C $ în imaginea de mai sus), ceea ce face relativ mai atrăgător ca curentul să coboare în dipol:
din Wikipedia
Rețineți că nepotrivirea coaxial de 50Ω la o antenă de 75Ω nu este relevantă pentru nimic din toate acestea.Dacă linia dvs. de alimentare și antena sunt nepotrivite, veți obține unele reflexii ale puterii, dar aceste reflexii ar fi în interiorul liniei de alimentare și nu ar face ca linia de alimentare să devină parte a antenei. Există modele balun care efectuează și transformarea impedanței, dar aceasta nu este funcția notată cu balun . Într-o notă practică, 75Ω este o potrivire suficient de bună cu 50Ω și pierderile tipice de linie de alimentare la HF suficient de scăzute, încât în opinia mea majoritatea încercărilor de potrivire a impedanței în această situație sunt inutile și probabil risipesc mai multă energie prin ineficiențe decât câștigă în obținerea o potrivire mai bună.
Comentarii
- Acest lucru este înșelător, deoarece presupune un dipol ideal și deoarece sugerează că linia de transmisie echilibrată forțează echilibrul într-o antenă . Acesta din urmă este greșit, iar primul este fals pentru aproape toate antenele reale. O antenă este echilibrată atunci când impedanțele celor două elemente sunt egale. Perioadă. Mediul înconjurător al unei antene le face aproape întotdeauna inegale și astfel dezactivează antena. Puteți tăia elementele pentru a le face mai egale, dar apoi ar ploua sau o pasăre ar ateriza pe un capăt. De aceea folosim balunuri.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Nu te înșeli ‘ … ceea ce am vrut să spun este că, cu un alimentator echilibrat, ‘ este cel puțin posibil în teorie să creezi un dipol echilibrat, în timp ce cu un alimentator coaxial ai garantat un echilibru foarte slab. Îmi puteți spune ce anume din răspuns ar putea fi îmbunătățit?
- Articolul de la antenna-theory.com pare a fi corect, dar este foarte confuz. Acest lucru și acest răspuns implică faptul că coaxialul este ” dezechilibrat „. Acest termen are sens la audio, dar nu la RF. Coax este echilibrat. Dar … este un sistem cu trei conductori. Există curenți echilibrați la exteriorul conductorului interior și interiorul conductorului exterior. Fizica asigură acest lucru. Curenții în modul comun curg pe exteriorul conductorului exterior. Balunurile reduc curenții în mod comun de la antenele dezechilibrate, dar alte surse pot induce curenți în exteriorul scutului.
- @ WalterUnderwoodK6WRU Cred că combinați un linie dezechilibrată , care înseamnă impedanțe inegale la sol, cu curenți dezechilibrați, adică curenți în mod comun.
- Spuneți că Ia trebuie să intre în dipol, în timp ce unele dintre Ib poate reflecta în schimb. De ce ‘ t Ia poate reflecta și el?
Răspunde
Un alt răspuns menționează lucrarea lui K9YC, Jim Brown. Aceasta este cea mai bună referință la baluns în radioamatori. Vezi: http://audiosystemsgroup.com/RFI-Ham.pdf
Capitolul 6 este despre balunuri și antene. El spune: „Funcția principală a majorității balunurilor, cel puțin în stațiile noastre de ham, este de a reduce la minimum interacțiunea antenelor noastre cu liniile de transmisie care le conectează la radiourile noastre.”
Interacțiunile pe care le minimizăm sunt două, „RF în baracă” și zgomot în modul comun.
Antenele reale sunt dezechilibrate de împrejurimi: copaci, clădiri, conductivitatea solului și așa mai departe. Acest lucru provoacă impedanțe inegale prezentate celor două terminale ale liniei de transmisie și probleme cu RF care merg în alte locuri. Orice dezechilibru se transformă într-o tensiune în modul comun pe ambii conductori ai liniei de transmisie. Acest lucru poate radia și provoca probleme cu RF transmise în aparatele de radio și în alte dispozitive electronice de acasă și din vecini „.
Pot fi recepționate și semnale în modul comun. Aproape toate sursele de zgomot din apropiere vor fi preluate. în mod egal prin cele două elemente (și linia de transmisie) și se afișează la radioul însumat cu semnalul dorit.
Un balun curent (singurul tip pe care îl doriți) va prezenta o impedanță ridicată semnalelor în modul comun și o impedanță scăzută la semnale diferențiale. Dacă cele două sunt de 5000Ω și 50Ω, aceasta este o atenuare de 100X a semnalelor în modul comun.
Am un dipol la aproximativ 30 „, strâns între doi copaci și peste casa noastra. Casa are o grindă de oțel chiar descentrată sub dipol. Acest lucru este evident dezechilibrat, chiar dacă elementele (separate pentru 40m și 20m) au lungimea egală. Adăugarea unui balun a scăzut zgomotul primit cu aproximativ 6 dB.
Dezavantajele unui balun? Cost și atenuare. Balun-ul meu (de la Balun Designs) a costat 55 USD, un plus semnificativ la costul unei antene cu fir. Un balun toroidal bine proiectat va avea o pierdere de inserție de 0,1 db (vezi http://www.balundesigns.com/servlet/the-58/QRP-1-cln-1-baluns-balun/Detail ). Un balun fabricat din coaxial înfășurat poate avea o atenuare semnificativă datorită cantității de coaxial.
Vă recomand cu tărie să citiți capitolul 6 din lucrarea lui K9YC.
Răspuns
Un așa-numit „balun curent” constă dintr-o grămadă de miezuri de ferită cu linia de alimentare coaxială care trece prin centrele lor. Acest lucru reduce foarte mult fluxul de curent RF în exteriorul ecranului , care, la rândul său, reduce pierderile de RF.Nu afectează nepotrivirea impedanței, dar aceasta este minoră.
Comentarii
- Puteți construi un balun / choke curent cu o mulțime de miezuri de ferită pe coaxial (așa cum descrieți), sau cu o bobină de coaxial sau cu un transformator toroidal.
- @ WalterUnderwoodK6WRU – da, mulțumesc. Cel pe care l-am făcut folosește miezuri de ferită.
Răspuns
Phil a făcut o treabă bună de a explica cu ce se întâmplă curenții de la locul de muncă.
În ceea ce privește motivul pentru care trebuie să aveți grijă, vă rog, așa cum observați în întrebare, impedanța punctului de alimentare este de 75Ω și o alimentați cu 50Ω coaxial. Dacă curenții nu sunt perfect echilibrați, o parte din acea RF va vedea acea linie de alimentare ca o cale de impedanță mai mică și o va folosi.
Va funcționa în continuare? Da, nicio problemă. Radiația liniei de alimentare va afecta modelul antenei, dar să fim sinceri aici, un dipol oricum nu este direcțional, așa că aproape sigur nu ați observat.
RF care se întoarce poate sau nu poate conta . Depinde de nivelul de putere pe care îl utilizați și de frecvență. Dacă rulați QRP pe 80 de metri, nu există nicio problemă. Dacă sunteți cu 1500W, aproape la orice frecvență, acum aveți o problemă.
Soluția este să adăugați impedanță la exteriorul coaxialului suficient pentru a convinge RF să rămână în antenă. În ce măsură depinde impedanța de pe cine întrebi? Am văzut că referințele indică doar 500Ω ca fiind suficiente (Manualul ARRL), alții spun 1000Ω (W1HIS) și au citit o lucrare lungă și convingătoare care afirmă că obiectivul ar trebui să fie 5000Ω (K9YC).
Rețineți că impedanța prezentată de miezurile de ferită variază în funcție de frecvență (și temperatură). cele două variabile principale în selectarea feritei sunt factorul de formă și „amestecul” (din ce sunt făcute). Trebuie să le selectați pe cele vizate de gama dvs. de operare (de obicei amestecați 43 sau 31) și suficient de mari pentru a rezolva puterea fără a vă încălzi prea mult. Toate feritele au o temperatură magică odată încrucișate, impedanța scade la nimic, dar rezistența crește, rezultând o cale termică care vă topește coaxialul.
Comentarii
- Cred că acest lucru este cu adevărat greșit. O nepotrivire a impedanței va face ca puterea să fie reflectată la nepotrivirea (în acest caz, punctul de alimentare), dar acest lucru nu este legat de curenții în modul comun. O antenă perfect echilibrată care nu corespunde va avea în continuare putere reflectată, iar o antenă perfect potrivită poate avea curent în modul comun.
Răspuns
Toate răspunsurile grozave, majoritatea rfi sunt cauzate de antene puternic nepotrivite supuse unei puteri mari. Sunt de acord că un balun de la 1 la 1 va ajuta în anumite instalații dipolice apropiate de sol sau când linia de alimentare coaxială este configurată într-un aspect nesimetric la ieșirea din antenă. Un balun de la 1 la 1 nu afectează potrivirea, de la 75 la 50 ohmi sau orice altceva, nu pentru ce este conceput.
Nu folosesc un balun pe niciunul dintre grinzile mele de sârmă și aș lua în considerare în mod serios greutatea centrală adăugată de un balun și costul față de cele mai multe probleme pe dipoli simpli la 1 / 4wl și mai mare va arăta că nu este necesară adăugarea unui balun curent.
Răspuns
Pentru recepția SWL, nu am folosit niciodată un balun. De fapt, ar putea reduce RF nedorite, dar chiar și rotațiile aleatorii ale coaxialului pot produce suficiente rezultate pozitive în cazul utilizării numai a primirii. Pentru transmisie, este evident un scenariu complet diferit și eu folosesc întotdeauna balunuri 1: 1 pe dipoli cu jumătate de undă și Yagis.
Lasă un răspuns