BALUN или не BALUN? Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенны. Теория

Комментарии к статье

Назначение устройства - препятствовать протеканию ВЧ токов по наружной поверхности оплетки для ослабления антенно-фидерного эффекта [2]. Устройство подкупает простотой и легкостью изготовления, но хорошо ли оно отвечает предъявляемым требованиям?

Рассмотрим их. Balun должен иметь возможно более высокое сопротивление для ВЧ токов на оплетке без разрыва контакта по постоянному току, т.е. быть дросселем. Катушки индуктивности, используемые в качестве дросселей, выполняют по известным правилам: стремление получить максимальное индуктивное сопротивление при минимальной собственной емкости заставляет использовать секционированную обмотку и/или цилиндрическую с некоторым шагом.

Часто широкополосные дроссели делают так: от начала ("горячего" вывода) ведут намотку с большим шагом, затем с меньшим, потом виток к витку, и, иногда, последнюю секцию наматывают способом "универсаль".

Собственная емкость дросселя С0 с индуктивностью его обмотки L образует параллельный колебательный контур (рис. 1), резонансная частота которого f0 тем выше, чем меньше емкость. На частотах выше f0 дроссель имеет емкостное сопротивление, быстро падающее с повышением частоты, т. е. перестает выполнять свои функции.

Сплошной линией на графике (рис. 1) показана зависимость реактивного сопротивления дросселя от частоты для идеальной катушки с бесконечной добротностью. Потери в катушке снижают добротность, ветви кривой уже не уходят в бесконечность (штриховая линия на графике), а в составе полного сопротивления появляется активная составляющая R. Она максимальна на резонансной частоте и равна pQ, где р = (L/C0)1/2 - характеристическое сопротивление. Отсюда ясно, что для увеличения полного сопротивления дросселя надо всемерно увеличивать его индуктивность и уменьшать собственную емкость.

Но вернемся к нашим Ваlun'ам.

Кабель, свернутый в бухту, должен иметь заметную собственную емкость (до нескольких десятков пФ/м!). Это означает, что бухта кабеля станет не дросселем, а колебательным контуром с определенной резонансной частотой. Естественное желание намотать в бухте побольше витков (для увеличения индуктивности) может привести к прямо противоположному результату: резонансная частота окажется ниже рабочей, и balun будет вести себя как емкость, причем с увеличением числа витков емкостное сопротивление будет падать.

Для проверки этого предположения была собрана простейшая измерительная установка (рис. 2), состоящая из генератора стандартных сигналов (ГСС) и осциллографа. Balun располагался прямо на деревянном рабочем столе и подключался одним выводом оплетки кабеля (жила не использовалась) к корпусу ГСС, к другому выводу присоединялись детекторный диод VD1 и входной кабель низкочастотного осциллографа. AM сигнал от ГСС подавался на balun через очень малую емкость связи, образованную отрезком изолированного проводника длиной около 10 см. Таким образом, установка практически ничего не добавляла к собственной емкости бухты кабеля (емкость диода - доли пикофарады).

Резонанс был обнаружен сразу по резкому возрастанию как постоянной составляющей, так и амплитуды сигнала модуляции на входе осциллографа. Добротность контура (бухты кабеля) оказалась совсем не малой - от 30 ("ширпо-требовский" ТВ кабель) до 60 (кабель с жесткой полиэтиленовой внешней изоляцией). Резонансная частота f0, как и ожидалось, зависит от числа витков N и диаметра бухты D. Данные нескольких измерений для широко распространенного кабеля РК-75-4-11 (внешний диаметр по изоляции 7,3 мм, по оплетке 5 мм, жила 0,72 мм) сведены в таблицу.

Разумеется, эти данные - ориентировочные, поскольку резонансная частота зависит от плотности укладки витков, близости окружающих предметов и других факторов. По данным таблицы были построены графики зависимости резонансной частоты от числа витков (рис. 3). Они и подскажут максимальное число витков, при котором balun еще остается дросселем.

Для сравнения в одном из экспериментов вместо бухты (D = 20 см, N = 11) тот же кабель длиной 7 м был намотан на пластмассовую трубку диаметром 10 см. Получилась цилиндрическая катушка, содержащая 20 витков при длине намотки 15 см. Резонансная частота возросла с 4 до 7 МГц, а добротность - с 30 до 65. Очевидно преимущество традиционного выполнения катушек!

Так что же делать? Проще всего изготовить balun из бухты кабеля для однодиапазонной антенны - его следует настроить в резонанс на рабочую частоту, подбирая диаметр и число витков. Тогда его полное сопротивление будет максимально возможным, а следовательно, будет максимален и эффект ослабления токов на оплетке.

Для широкополосных balun'oв резонансную частоту нужно подобрать такой, чтобы она оказалась вблизи верхнего края рабочего диапазона. Для частот ниже резонансной индуктивное сопротивление balun'a можно найти, зная индуктивность L: Xl = 27πfL, или по более точным формулам для полного сопротивления параллельного резонансного контура, приведенным в [3]. При понижении частоты balun перестанет работать примерно на той частоте, где его индуктивное сопротивление окажется одного порядка с волновым сопротивлением кабеля, рассматриваемого как провод с диаметром, равным диаметру оплетки, в свободном пространстве (400...600 Ом).

В заключение приведем несколько полезных методик и формул из [3]. Они могут пригодиться тем, кто будет экспериментировать или рассчитывать подобные устройства. Длину кабеля в бухте легко определить по формуле πDN. Индуктивность можно рассчитать так: L = 2πN2D[lп(8D/d) -2]. Диаметры бухты D и внешней оплетки кабеля d берутся в сантиметрах, а индуктивность получается в наногенри. Добротность измеряют по ширине резонансной кривой 2Δf по уровню 0,7 от максимального: Q = f0/2Δf. Собственная емкость С0 balun'a трудно поддается расчету, но ее можно найти экспериментально. Если подключить к выводам дополнительный конденсатор известной емкости С1 то резонансная частота понизится и станет равной f1. Тогда С0 = C1/[(f0/f1)2-1 ].

Пользуясь этим приемом и формулами, было установлено, например, что индуктивность бухты D = 10cm,N = 4 составляет 3,2 мкГн, а собственная емкость 10 пФ, что и дает резонансную частоту 28 МГц, совпадающую с измеренной.

Литература

1. Balun из фидера. - Радио, 2001, № 10, с. 65.
2. Гречихин А., Проскуряков Д. Антенный эффект фидера. - Радио, 2000, № 12, с. 56 -58; 2001, № 1, с. 64 - 66; № 3, с. 67.
3. Гинкин Г. Г. Справочник по радиотехнике.-М., Л.: ГЭИ, 1948.

Автор: В.Поляков

Смотрите другие статьи раздела Антенны. Теория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Бинокль с фотокамерой 15.09.2002 Японская фирма "Пентакс" выпустила бинокль со встроенной цифровой фотокамерой. Матрица фотокамеры имеет 800 тысяч элементов; светочувствительность меняется автоматически в зависимости от освещения и доходит до 1600 единиц. Между прочим, такая высокая чувствительность позволяет, например, снимать в театре сцены из спектакля, никому не мешая вспышками. Бинокль приближает до 5,5 раза (силу увеличения можно менять). Записывает в память до 100 снимков, которые затем могут демонстрироваться на экране компьютера либо телевизора. Есть режим скоростной съемки: до 5 кадров в секунду на протяжении 10 секунд.

Другие интересные новости:

▪ Военная электроника с маркировкой ДНК

▪ Panasonic создаст телевизоры в 16 раз четче Full HD

▪ Выведены мыши с удвоенными теломерами и живущие дольше

▪ DaVinci для видеоприложений с высоким разрешением

▪ Экшен-камера GoPro Hero6 Black

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Интересные факты. Подборка статей

▪ статья Питтак. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое додекафония в музыке? Подробный ответ

▪ статья Типы облаков. Советы туристу

▪ статья Микроконтроллеры 8XC51GB фирмы INTEL. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Исчезающая чаша, наполненная водой. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025