Балун - Balun

Для использования в других целях см. Балун (значения).
Пара AC&E 120 Ом витая пара (Крона IDC ) до 75 Ω коаксиальный кабель трансформаторы балун. Фактическая длина около 3 см.
Часть серия на
Антенны
Монтаж типичной сотовой антенны на вершине башни.
Составные части

А балун /ˈбæлʌп/ (чемодан от "сбалансированного до несбалансированного") - это электрическое устройство, которое преобразует сбалансированный сигнал и несимметричный сигнал. Балун может принимать разные формы и может включать в себя устройства, которые также преобразуют сопротивление но в этом нет необходимости. Трансформатор Балуны также могут использоваться для соединения линий с различным сопротивлением. Иногда, в случае трансформаторных балунов, используют магнитная муфта но в этом нет необходимости. Синфазный задыхается также используются в качестве балунов и работают, устраняя, а не игнорируя синфазные сигналы.

Виды балунов

Классический тип трансформатора

Изоляция трансформатор

В классических трансформаторах есть две электрически разделенные обмотки провода. катушки вокруг сердечника трансформатора. Преимущество трансформаторного типа перед другими типами балунов состоит в том, что электрически разделенные обмотки для входа и выхода позволяют этим балунам соединять цепи, чьи напряжения на уровне земли подвержены влиянию контуры заземления или иначе электрически несовместимы; по этой причине их часто называют разделительные трансформаторы.

Этот тип иногда называют балун напряжения. В начальный обмотка принимает входной сигнал, а вторичный обмотка выдает преобразованный сигнал. Сердечник, на который они намотаны, может быть пустым (воздушный сердечник) или, что то же самое, из магнитно-нейтрального материала, такого как фарфоровая опора, или может быть материалом, который хороший магнитопровод подобно феррит в современных высокочастотных (ВЧ) балунах, или мягкое железо как в первые дни телеграфии.

Электрический сигнал в первичной катушке преобразуется в магнитное поле в сердечнике трансформатора. Когда электрический ток через первичную обмотку меняет направление на противоположное, это вызывает коллапс установленного магнитного поля. Затем коллапсирующее магнитное поле индуцирует электрическое поле во вторичной обмотке.

Соотношение витков в каждой обмотке и эффективность магнитной связи катушек определяют соотношение электрических потенциалов (Напряжение ) к электрический ток и общая мощность на выходе. Для идеализированных трансформаторов, хотя отношение напряжения к току будет меняться точно пропорционально квадрату передаточного числа намотки, мощность (измеряется в Вт ) остается идентичным. В реальных трансформаторах часть энергии теряется внутри на нагрев металлического сердечника трансформатора и теряется снаружи в окружающую среду из-за несовершенной магнитной связи между двумя катушками.

Тип автотрансформатора

Принципиальная схема 4: 1 автотрансформатор балун с использованием трех отводов на одной обмотке на ферритовом стержне.

Обычно балун состоит из двух проводов (первичного и вторичного) и тороид сердечник: ток в первичном проводе создает магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует электрическое поле во вторичном проводе. автотрансформатор у балуна только один катушка, или состоит из двух или более катушек, имеющих электрическое соединение. Катушка обычно наматывается на феррит стержневой или кольцевой тороид. Автотрансформатор можно сделать и из обычного трансформатора, перекрестно соединив первичную и вторичную обмотки. Балуны с обмотками автотрансформатора еще называют балуны напряжения, поскольку они производят сбалансированное выходное напряжение, но не обязательно сбалансированный ток.

Представьте себе балун 4: 1 той же конструкции, намотанный на феррит тороид. Обратите внимание, что черный и красный провода обмотки соединены в резьбовом соединителе.

Во всех автотрансформаторах одна обмотка должна иметь как минимум одно дополнительное электрическое соединение, называемое кран или же точка касания - между двумя концами обмотки. Ток, подаваемый в балун через одну пару соединений, действует, как если бы это была первичная катушка, и намагничивает весь сердечник. Когда электрический ток во входном сегменте катушки изменяется, индуцированное магнитное поле схлопывается, и коллапс магнитного поля в сердечнике индуцирует электрический ток во всей катушке. Электрические соединения с частями катушки, отличными от входных, имеют более высокое или более низкое напряжение в зависимости от длины катушки, от которой отводится выход.

Как и в случае симулятора трансформатора с двумя обмотками, отношение напряжения к току изменяется пропорционально квадрату количества обмоток между двумя входными проводами, деленному на количество обмоток между двумя выходными проводами.

В отличие от балунов трансформаторного типа, балун автотрансформатора обеспечивает путь постоянного тока к земле от каждой клеммы. Поскольку наружные антенны склонны накопление статического электричества Заряд, путь для статического электричества отводится на землю через балун автотрансформатора может быть явным преимуществом.

Тип трансформатора ЛЭП

Линия передачи или удушение балуны можно рассматривать как простые формы линия передачи трансформаторы. Этот тип иногда называют текущий балун, поскольку он обеспечивает одинаковый ток на обеих сторонах своего выхода, но не обязательно равное напряжение. Их обычно называют несбалансированными, поскольку они переходят от несбалансированного к несбалансированному или несбалансированному. Балуны могут быть сбалансированы до несбалансированного или сбалансированного.

Самодельный балун 1: 1 с использованием тороидальный сердечник и коаксиальный кабель. Это просто RF дроссель работает как балун, предотвращая прохождение сигналов по внешней стороне оплетки. Такое устройство можно использовать для лечения телевизионные помехи действуя как коса.

Более тонкий тип получается, когда тип трансформатора (магнитная муфта) сочетается с типом линии передачи (электромагнитная муфта). Чаще всего для обмоток используются провода линии передачи того же типа, которые передают сигнал от радиостанции к антенне, хотя эти балуны могут быть изготовлены с использованием любого типа провода. В результате устройства работают в очень широкополосном диапазоне.[1] Трансформаторы линии передачи обычно используются небольшие ферритовые сердечники в виде тороидальных колец или бинокулярных форм с двумя отверстиями. Что-то простое, как 10 поворотов коаксиальный кабель свернутый в спираль диаметром примерно с обеденную тарелку, дает эффективный дроссельный балун для частот от 10 до 30 МГц. Магнитный материал может быть воздухом, но это трансформатор линии передачи.

Трансформатор линии передачи Гуанелла (Гуанелла 1944 ) часто сочетается с балуном, чтобы действовать как согласование импеданса трансформатор. Не говоря уже о балансировке, трансформатор 1: 4 этого типа состоит из линии передачи 75 Ом, разделенной параллельно на два кабеля по 150 Ом, которые затем соединяются последовательно на 300 Ом. Он реализован в виде специальной разводки вокруг ферритового сердечника балуна.

Тип линии задержки

В большом классе балунов используются соединенные линии передачи определенной длины без явной «трансформаторной» части. Обычно они создаются для (узких) частотных диапазонов, длина которых кратна четверти длины волны предполагаемой частоты в среде линии передачи. Обычное применение - создание коаксиального подключения к симметричной антенне, и конструкции включают в себя множество типов, включающих коаксиальные петли и различные соединенные «шлейфы».

Один простой способ сделать балун - это половина длины волны (λ / 2) коаксиальный кабель. Внутренняя жила кабеля на каждом конце соединена с одним из симметричных соединений для фидера или диполя. Один из этих выводов должен быть подключен к внутреннему сердечнику коаксиального фидера. Все три косы следует связать. Затем это формирует балун 4: 1, который работает только на одной частоте.

Другой вариант узкополосной конструкции - использовать металлическую трубу длиной λ / 4. Коаксиальный кабель размещен внутри трубы; на одном конце оплетка прикреплена к трубе, а на другом конце нет соединения с трубой. Сбалансированный конец этого балуна находится на том конце, где нет соединения с трубой. Провод λ / 4 действует как трансформатор, преобразуя нулевой импеданс на коротком замыкании на оплетку в бесконечный импеданс на открытом конце. Этот бесконечный импеданс на открытом конце трубы предотвращает протекание тока во внешний коаксиальный кабель, образованный внешней стороной внутреннего экрана коаксиального кабеля и трубы, заставляя ток оставаться во внутреннем коаксиальном кабеле. Эта конструкция балуна не подходит для низких частот из-за большой длины трубы, которая потребуется. Простой способ сделать такой балун - покрасить внешнюю часть коаксиального кабеля проводящей краской, а затем соединить эту краску с оплеткой через разрыв внешней изоляции на 1/4 волны от конца. Для обеих форм (трубы или краски) длина зависит от коэффициента скорости для внешней линии передачи.

Саморезонанс

Хотя балуны спроектированы как магнитные устройства, каждая обмотка балуна представляет собой индуктор - все трансформаторы, изготовленные из настоящих материалов, также имеют небольшую емкость между первичной и вторичной обмотками, а также между отдельными контурами в любой отдельной обмотке, образуя нежелательные себя-емкость.

В электрическое соединение емкости и индуктивности приводит к частоте, когда электрическое реактивное сопротивление само-индуктивность и самостоятельноемкость в балуне равны и противоположны: резонанс. Балун любой конструкции плохо работает на частотах, равных или превышающих его, и некоторые конструктивные соображения для балунов имеют целью сделать резонансную частоту как можно выше рабочей частоты.

Альтернативы балуну

An RF дроссель может использоваться вместо балуна. Если катушка сделана с использованием коаксиального кабеля рядом с точкой питания сбалансированной антенны, то РЧ-ток, протекающий по внешней поверхности коаксиального кабеля, может быть ослаблен. Один из способов сделать это - пропустить кабель через ферритовый тороид. Конечный результат точно такой же, как у балуна 1: 1 (или балуна типа Гуанелла). (Солома 2005, 25-26)

Приложения

Функция балуна обычно заключается в достижении совместимости между системами и, как таковая, находит широкое применение в современной связи, в частности, в реализации смесителей с преобразованием частоты, чтобы сделать возможным сотовый телефон и сети передачи данных. Они также используются для преобразования E1 несущий сигнал от коаксиального кабеля (разъем BNC, разъем 1.0 / 2.3, разъем 1.6 / 5.6, разъемы Type 43) на UTP CAT-5 кабель или разъем IDC.

Радио и телевидение

От 75 до 300-Ω балун встроен в антенный штекер.

В телевидение, любительское радио, и другие антенна установки и подключения, балуны преобразовать между импедансами и симметрия фидерных линий и антенн.[2]

Например, преобразование 300 Ом двойной свинец или 450 Ом лестница (сбалансированный) на коаксиальный кабель 75 Ом (несимметричный) или для прямого подключения симметричной антенны к несимметричному коаксиальному кабелю. Чтобы избежать излучения в линии питания, балуны обычно используются в качестве дроссель общего режима прикреплен к точке питания антенны, чтобы предотвратить действие коаксиального кабеля в качестве антенны и излучения. Обычно это необходимо, когда сбалансированная антенна (например, диполь ) питается от коаксиального кабеля; без «балуна» экран коаксиального кабеля может соединяться с одной стороной диполя, вызывая ток общего режима, и становится частью антенны и непреднамеренно излучает.[3]

Когда дело доходит до передающих антенн, решающее значение имеет выбор тороидального сердечника. Практическое правило: чем больше мощность, тем больше ядро.[4]

В измерение Из-за импеданса или диаграммы направленности симметричной антенны, использующей коаксиальный кабель, важно разместить симметричный резистор между кабелем и антенным фидом. Несбалансированные токи, которые в противном случае могут протекать по кабелю, сделают измеренный импеданс антенны чувствительным к конфигурации питающего кабеля, а диаграмма направленности небольших антенн может быть искажена излучением кабеля.

Балуны присутствуют в радары, передатчики, спутники в каждой телефонной сети и, вероятно, в большинстве модемов / маршрутизаторов беспроводной сети, используемых в домах. Может сочетаться с трансимпедансные усилители составлять усилители высокого напряжения из низковольтных компонентов.

видео

Основная полоса видео использует частоты до нескольких мегагерц. Балун может использоваться для передачи видеосигналов на витая пара кабели вместо коаксиального кабеля. Много камеры наблюдения Теперь у них есть выход как на сбалансированную неэкранированную витую пару (UTP), так и на несимметричный коаксиальный выход через внутренний балун. Балун также используется на видеомагнитофон end для обратного преобразования 100 Ом сбалансированного в 75 Ом несимметричный. Балун этого типа имеет Разъем BNC с двумя винтовые клеммы Балуны .VGA / DVI - это балуны с электронной схемой, используемые для подключения источников VGA / DVI (ноутбук, DVD и т. Д.) К устройствам отображения VGA / DVI с помощью длинных кабелей CAT-5 / CAT-6. При пробегах на расстояние более 130 м (400 футов) качество может ухудшиться из-за затухания и изменения времени прихода каждого сигнала. Контроль перекоса и специальный кабель с низким перекосом или без перекоса используются для трасс длиной более 130 м (400 футов).[нужна цитата ]

Аудио

Три аудио трансформаторы; два из них балуны.

В аудио приложения, балуны конвертируют между высокоомный несимметричный и низкий импеданс сбалансированные линии. Другое применение - разъединение устройств (предотвращение контуров заземления).

Третье применение балунов в аудиосистемах - обеспечение сбалансированного сетевого питания оборудования. Подавление синфазных помех, характерных для сбалансированной сети питания, устраняет широкий спектр шумов, исходящих от сетевой вилки, например сетевые помехи от двигателей кондиционеров / печей / холодильников, коммутационный шум, производимый люминесцентными лампами и переключателями диммера, цифровой шум от персональных компьютеров и радиочастотные сигналы, принимаемые линиями питания / шнурами, выступающими в качестве антенн. Этот шум проникает в аудио / видеосистему через источники питания и увеличивает минимальный уровень шума для всей системы.[5]

За исключением соединений, три устройства на изображении электрически идентичны, но только два крайних левых устройства можно использовать в качестве балунов. Устройство слева обычно используется для подключения источника с высоким сопротивлением, такого как гитара, к сбалансированному микрофонному входу, служащему пассивный Блок DI. Один в центре предназначен для подключения симметричного источника с низким сопротивлением, такого как микрофон, в гитарный усилитель. Тот, что справа, не балун, так как он обеспечивает только согласование импеданса.

Другие приложения

  • В линии электропередач, балуны используются для передачи сигналов в линию электропередачи.
  • В электронной связи балуны преобразуют Twinax кабели к Кошка 5 кабели и обратно.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Севик 1990, стр. 1-1
  2. ^ Балуны: что они делают и как они это делают (W7EL) http://www.eznec.com/Amateur/Articles/Baluns.pdf
  3. ^ Питание дипольной антенны балуном
  4. ^ Тороидные сердечники для балунов 1: 4 (DG3OBK) «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2011-12-22. Получено 2012-12-29.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  5. ^ Сбалансированные энергетические технологии http://www.b-p-t.com/
  • Гуанелла, Г. «Новый метод согласования импеданса в радиочастотных цепях». Браун Бовери Обзор, Сентябрь 1944 года: 329–329.
  • Севик, Джерри (W2FMI). Трансформатор линии передачи, The Американская радиорелейная лига, 1990, ISBN  0-87259-296-0.
  • Севик, Джерри (W2FMI). Сборка и использование балунов и балунов: практические разработки для экспериментатора. 1994.
  • Справочник по радиосвязи, 5-е изд. (Радио общество Великобритании, 1976) 12.41, 13.5.
  • Стро, Р. Дин. Антенная книга ARRL. 20-е изд. (Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига, 2005) ISBN  0-87259-904-3.