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:

Самолет меняет вкус привычных продуктов 27.09.2026

Одна и та же еда может восприниматься совершенно по-разному на земле и на борту пассажирского самолета. На первый взгляд причина может показаться очевидной: качество продуктов или особенности приготовления. Однако специалисты утверждают, что значительную роль играют непосредственно условия полета. Шум двигателей, давление в герметичном салоне и даже звуковой фон способны изменять работу механизмов, отвечающих за восприятие вкуса и аромата пищи. Одним из наиболее интересных факторов оказался постоянный шум. Профессор Оксфордского университета Чарльз Спенс исследовал влияние громких звуков на вкусовые ощущения и обнаружил, что в шумной обстановке человек может слабее воспринимать сладость. Поэтому напиток или десерт, которые на земле кажутся достаточно насыщенными, во время полета способны восприниматься более пресными. При этом эффект не одинаков для всех вкусов. Особенно любопытно ведет себя умами - вкус, характерный, например, для помидоров, грибов и пармезана. В условиях полета ...>>

Новая нержавеющая сталь заменит титан в производстве водорода 27.09.2026

Производство водорода с помощью электролиза требует материалов, способных длительное время работать в агрессивной химической среде и при высоких электрических напряжениях. Даже нержавеющая сталь, которая обычно отличается высокой устойчивостью к коррозии, в таких условиях постепенно разрушается. Поэтому в наиболее ответственных элементах электролизеров приходится использовать гораздо более дорогие материалы, прежде всего титан. Исследователи из Университета Гонконга предложили новый сплав, который потенциально способен значительно сократить зависимость от титана. Материал получил название SS-H2, а его главное преимущество заключается в необычном механизме защиты поверхности. Обычная нержавеющая сталь сохраняет устойчивость благодаря тонкой пассивирующей пленке на основе оксида хрома. Этот слой изолирует металл от агрессивной среды и препятствует дальнейшему развитию коррозии. Однако при достаточно высоком электрическом напряжении защитная пленка может разрушаться, после чего традици ...>>

Кораллы, устойчивые к потеплению, хуже справляются с болезнями 26.09.2026

Коралловые рифы существуют в условиях постоянного взаимодействия множества факторов окружающей среды, поэтому способность переживать один вид стресса еще не гарантирует общей устойчивости организма. Особенно важной эта проблема становится на фоне потепления океана, которое уже приводит к массовому обесцвечиванию кораллов. Исследователи Бостонского университета обнаружили, что симбиоз с теплостойкими водорослями рода Durusdinium действительно помогает кораллам переносить кратковременное повышение температуры, но одновременно может повышать их уязвимость к бактериальным инфекциям. Жизнь кораллов во многом зависит от микроскопических водорослей, которые обитают внутри их тканей. Благодаря фотосинтезу эти симбионты обеспечивают организм-хозяин значительной частью питательных веществ. Однако при чрезмерном нагревании воды нормальное взаимодействие нарушается: водоросли могут покидать ткани коралла, из-за чего он теряет окраску и белеет. Массовое обесцвечивание сегодня считается одной из ...>>

Случайная новость из Архива Кольца стабильной плазмы в условиях открытого воздуха 22.11.2017 В многочисленных научно-фантастических фильмах достаточно часто мелькают кадры с использованием плазменного оружия, оружия, стреляющего сгустками ионизированной высокотемпературной плазмы. Однако плазма, являющаяся одним из самых таинственных состояний материи, существует на Земле только во время кратковременных разрядов молний, внутри неоновых вывесок, плазменных телевизионных панелей и многочисленных научных установок. И лишь недавно группе ученых из Калифорнийского технологического института удалось получить кольца стабильной плазмы на открытом воздухе. Более того, это было сделано достаточно просто, при помощи тончайшей струи воды под высоким давлением и пластины из специального кристаллического материала. Обычно плазма создается путем нагрева материи до столь высокой температуры, что электроны отрываются от атомов, а материя превращается в "суп" из ионов и свободных электронов. Такая плазма называется высокотемпературной плазмой и именно ее ученые пытаются получить и стабилизировать в камерах термоядерных реакторов. Также существует и холодная плазма, которая получается путем ионизации газа под воздействием электрического поля. Именно такая плазма находится в трубках неоновых вывесок и за счет ее создания работают космические ионные двигатели. Плазма, которую удалось получить на открытом воздухе ученым из Калифорнии, относится к новому третьему типу. Расщепление молекул воды на атомы и ионизация атомов производится за счет высокой кинетической энергии движения струи воды и взаимодействия молекул с атомами кристаллической решетки пластины. В отличие от других попыток создания плазменных сгустков в атмосфере, которые существовали не более 10 миллисекунд, "водяные" плазменные кольца могут существовать сколь угодно долго до тех пор, пока в кристаллическую пластину будет бить струя воды, являющаяся источником энергии. Струя воды, которая бьет в пластину, имеет диаметр 85 микронов. Давление в 9 тысяч psi (порядка 630 атмосфер) разгоняет струю воды до скорости 305 метров в секунду. Ученые сравнивают это со струей воды, толщиной с человеческий волос, двигающейся со скоростью летящей пули. "Некоторые из наших коллег утверждали, что создание стабильной плазмы на открытом воздухе является невозможным" - рассказывает Франсиско Перейра (Francisco Pereira), один из исследователей, - "Но нам удалось создать кольцо стабильной плазмы и поддерживать его столько, сколько нам это необходимо. При этом, мы не нуждаемся ни в вакууме, ни в магнитном поле или еще чем-нибудь другом". Пока еще трудно сказать, как может быть использован на практике новый метод создания плазмы. Тем не менее, считают ученые, этот метод может оказаться очень полезным для проведения исследований в области плазменной физики, а на практике его использование просматривается в области аккумулирования и хранения энергии.

Другие интересные новости:

▪ Телефон управляется взгядом

▪ Получение водорода и кислорода из воды

▪ Найдено самое радиоактивное место на Земле

▪ 2D материал толщиной в 1 атом

▪ Радар видит сквозь стены

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Переговорные устройства. Подборка статей

▪ статья Ходынка. Крылатое выражение

▪ статья Почему жителей города Торжок называют новоторами? Подробный ответ

▪ статья Чесночница черешчатая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Доработка блока питания AT. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Форсирование крест-накрест. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026