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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Бамбук - лучшее растение для очистки воздуха 03.10.2023 В рамках программы "Чистый воздух" ученые из США, сотрудничая с НАСА, провели исследование методов очистки воздуха внутри космических станций и выявили наилучшее растение для поглощения токсинов. Оказалось, что из 19 комнатных растений, бамбук лидирует по всем параметрам, способствуя не только очищению воздуха, но и нейтрализации наибольшего количества токсичных веществ, что благоприятно сказывается на здоровье человека. Специалисты рекомендуют устанавливать 2-3 растения на каждые 30 квадратных метров помещения для максимального эффекта. Качество воздуха имеет огромное значение для здоровья человека, и бамбук, как выяснилось, способен даже поднимать настроение. Исследователи отмечают, что в большинстве случаев воздух в помещениях загрязнен пылью на 90% и химическими веществами, выбрасываемыми обычными бытовыми предметами и продуктами. Это особенно опасно для детей, астматиков и аллергиков. Комнатные растения играют ключевую роль в улучшении качества воздуха: примерно 10% воздуха, которым мы дышим, увлажняется за счет растений в горшках. Они не только очищают воздух, но и способствуют улучшению общего состояния организма, снижению стресса, усталости и даже борьбе с бессонницей, а также положительно влияют на репродуктивное здоровье.

Другие интересные новости:

▪ Северное полушарие получает больше осадков

▪ Представлена новая батарея для Tesla

▪ Мозг распознает прикосновения даже за пределами тела

▪ Родина крыс

▪ Akyumen Holofone: фаблет со встроенным мини-проектором

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Радиолюбительские расчеты. Подборка статей

▪ статья Артур Джонс. Знаменитые афоризмы

▪ статья Кто такой Наполеон? Подробный ответ

▪ статья Ряска малая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Приклейка резиновых подошв к сапогам. Простые рецепты и советы

▪ статья Зарядное устройство с электронной защитой. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026