Balun
Från HamWiki
En "balun" är en anordning som konverterar mellan obalanserade och balanserade kretsar.
Obalanserade kretsar har en sida eller "bransch" refererad till jordpotential, medan balanserade kretsar är symmetriskt uppbyggda och har båda sidorna eller "branscherna" över jordpotential.
Namnet är en sammandragning av "Balanced" och "Unbalanced".
Balunernas främsta tillämpning är i antenntekniken. Många antenner har en balanserad matningspunkt, t.ex. dipolantennen, och för att inte påverka antennens egenskaper vid matning med en obalanserad transmissionsledning (koaxialkabel) krävs något som skapar en balanserad utgång.
Det finns ett stort urval av balunkopplingar, och man kan grovt dela in dem i "transmissionsledningsbaluner" och "transformatorbaluner".
En mycket bra och allmänt hållen översikt över olika balunkopplingars och HF-transformatorers egenskaper och arbetssätt finns dels i [1] och dels i [2]
Innehåll |
Huvudformer av baluner
Smalbandiga transmissionsledningsbaluner
Om man endast behöver omvandling i ett smalt frekvensband är "sleeve-balunen" eller "1/4-vågs drosseln" det enklaste. Den består av ett kortslutet stycke transmissionsledning som är 1/4-våglängd långt och som ansluts parallellt med koaxialkabelns ytterledare. Den skapar då en hög impedans i serie med koaxialkabelns ytterledare som hindrar obalansströmmar att flyta den vägen. "Sleeve-balunen" gör samma sak med en 1/4 våglängd lång hylsa som omsluter kabeln. En annan form av koaxialbalun är "halvvågsbalunen" eller "Umwegleitung" som består av ett stycke kabel 1/2 våglängd långt, vilket ansluts mellan koaxialkabelns mittledare och den andra branschen på lasten. Genom detta skapas två spänningar med sinsemellan 180 graders fasskillnad, och samtidigt en impedanstransformation på 1:4.
Bredbandiga transmissionsledningsbaluner
Dessa baluner har smala frekvensområden. Om man i stället utför serieimpedansen som en induktans vilken erhålls genom att linda upp ledningen, får man "choke-balunen" eller Guanella-balunen [3] [4]
En sådan balun strävar att driva lika stora och motriktade strömmar genom den balanserade lastens branscher och kallas därför "strömbalun". Genom att linda ledningen på en järnpulver- eller ferritkärna så ökar induktansen per lindningsvarv och det går att erhålla ett större frekvensområde för ett givet antal varv.
Den andra huvudformen av transmissionsledningsbalun, "spänningsbalunen", är först beskriven av Ruthroff [5].
Den har egenskapen att ha en inbyggd impedanstransformering av 1:4, vilket gjort den populär för drivning av vikta dipolelement. En spänningsbalun strävar att mata lika och motriktade spänningar över lastens branscher. Detta gör att den är mer känslig för att lasten har god symmetri, och man föredrar därför att göra baluner som "strömbaluner", eftersom det är ström- och fassymmetri som undertrycker strålning från balanserade transmissionsledningar.
Med riktiga val av lindningssätt och kärnmaterial kan man göra transmissionsledningsbaluner som har en bandbredd av många oktaver [6]
Bredbandiga transformatorbaluner
Transformatorbaluner bygger på den vanliga, flödeskopplade, transformatorns princip, med en primär- och en sekundärlindning. Om sekundärlindningen förses med ett mittuttag så kommer halva sekundärspänningen att finnas på den ena branschen med motsatt tecken till den andra. En transformatorbalun lyder under samma dimensioneringsregler som en transformator, och effekttålighet samt frekvensområde är avhängigt av ev. kärnmaterial, lindningskapacitanser och läckinduktanser. Det är förenat med stora svårigheter att göra en transformatorbalun med både stort frekvensområde, låg genomgångsdämpning och hög effekttålighet.
Karaktärisering av baluner
När baluners "godhet" ska beskrivas brukar följande mått användas;
- Genomgångsdämpning, vilket är relaterat till tillåten effekt
- Frekvensområde, vanligen uttryckt som de frekvenser där genomgångsdämpningen överstiger ett bestämt värde eller SWR på ingången överskrider ett gränsvärde
- Amplitudobalans, hur mycket beloppet av ström eller spänning i den ena branschen avviker från den andra
- Fasobalans, hur mycket fasläget av ström eller spänning mellan branscherna avviker från 180 grader
Erfarenhetsmässigt så är en balun för antennbruk av "acceptabel" kvalitet om fas- och amplitudobalanserna understiger +/- 10 grader resp. 10%. [7]
Baluner och ununer
I amatörradiospråkbruk så blandas ofta "baluner" och "ununer" ihop. En "unun" är en impedanstransformator som omvandlar en obalanserad impedans till en annan. Både Guanellas och Ruthroffs konstruktioner innehåller byggblock för att konstruera både "baluner" och "ununer" [8]
Både "baluner" och "ununer" är avsedda att arbeta inom ganska snäva ramar när det gäller belopp och fasvinkel på lastimpedansen. När någon av dessa avviker mycket från det värde som använts vid konstruktionen försämras egenskaperna snabbt.
Referenser
- ↑ http://www.minicircuits.com/pages/BalunApplicationNote.htm
- ↑ http://www.minicircuits.com/pages/pdfs/howxfmerwork.pdf
- ↑ G. Guanella 'Novel Matching Systems for High Frequencies,' Brown-Boveri Review, Vol 31, September 1944, Pages 327-329
- ↑ Folke Stranden 'Antenner och Matarledningar' Ingenjörshandboken 1953
- ↑ C L Ruthroff, 'Some Broad-Band Transformers', Proceedings of the IRE, Vol 47, August 1959, pages 1337-1342
- ↑ Sevick, 'Transmission Line Transformers' ARRL 1999
- ↑ Bo Jakobsson SM5BML 'Balun - vad är det?' QTC 9/1975 sid 368 - 371
- ↑ Rothammel, 'Antennenbuch' Deutsches Militärverlag 1963
