Balun

устройство для согласования и симметрирования

by  UT4EN

Balun  на кабельных линиях, предложенный Георгием UA6CL  предназначен для согласования антенн с входным сопротивлением      50…200 Ом.  Я расширил возможности такого балуна и теперь возможно  применяя кабель питания волновым сопротивлением 50 Ом   работать с антеннами с сопротивлением от 22  Ом до 200 Ом. Фактически изменение конструкции необходимо при сопротивлении антенн  ниже 50 Ом.   Попутно поясню принцип построения  и разновидности балуна.

Рассмотрим балун на основе обычного трансформатора.  Здесь обмотки W2  и W3  выполняют роль симметрирования, а  W2 +  W3  по отношению к W1 +  W2 - функцию трансформатора сопротивлений.

Такой балун применяется  для питания симметричных антенн несимметричным кабелем с одновременной трансформацией сопротивления антенны в сопротивление кабеля.  Обмотки     W2     и      W3      имеют одинаковое число витков, обычно 6…10 витков. Обмотка W1 расчитывается под необходимый коэффициент трансформации. Наматываются витки скрученными проводами на ферритовом кольце либо на ферритовых трубках типа «бинокль».  Сечение магнитопровода и проводов обмоток должно соответствовать мощности, подводимой к антенне. Тип магнитопровода должен соответствовать частотному диапазону антенны.  Сопротивление антенны измеряется непосредственно на антенных выводах и должно иметь чисто активный характер ( резонанс антенны ).  Вариант, когда антенна не в резонансе и имеет кроме активного сопротивления еще и реактивную составляющую не рассматривается, т.к. в этом случае необходимо реактивное сопротивление компенсировать. Вблизи резонанса, когда реактивная составляющая имеет небольшую величину, ею можно пренебречь. При выборе сечения магнитопровода можно руководствоваться рекомендациями зарубежных радиолюбителей:

FT-82-хх         50 - 75 Watts max.                   Для перевода в нашу систему измерений

FT-114-хх       100 - 150 Watts max.               необходимо число умножить на одну сотую

FT-140-хх       300 - 400 Watts max.               долю дюйма ( 1 дюйм = 2,54 см )

FT-240-хх       1000 - 1500 Watts max.

FT-240-xx  -  ферритовое кольцо диаметром  240*2,54/100 = 60,96 мм.

хх –  материал ( проницаемость  феррита ) для   КВ диапазона равен 43 ( аналог 600НН ). Хотя аналог очень условный, т.к. разброс по проницаемости  наших ферритов достигает 80%, а качество не выдерживает критики вообще.

Расчет балуна начинают с определения коэффициента трансформации сопротивления:

          Затем рассчитываем количество витков  обмотки  W1:

                                     W1 = 2W2/n – W2.

В случае применения трансформатора на коаксиальных линиях схема приобретает вид:

Рис.2

С первого взгляда абсолютно ничего не понятно. Попробуем разобраться постепенно.  Трансформатор выполнен из двух одинаковых отрезков кабеля...

               Рис. 3

..

          О длине отрезков будем говорить позже.  Здесь роль обмоток выполняют отрезки кабеля  -  как внутренние жилы так и оплетка :  1-2 и 3-4  внутренние жилы кабеля, 5-6 и 7-8  оплетки  Длина считается по краю оплетки как самой оплетки так и центральной жилы, хотя сама жила может быть длиннее для соединения   с другими элементами. Чтобы было более понятно представим отдельно оплетки кабеля и центральные жилы  (Рис 4 ).

Рис. 4

     Теперь видно, что схема приобрела вид рисунка №1. Обмотку W3 здесь представляет отрезок центральной жилы кабеля 3-4, обмотку  W2 -  центральная жила другого отрезка кабеля 1-2. а обмотку W1 – соединенные последовательно оплетки отрезков кабелей 5-6 и     7-8. В трансформаторах на  обычных проводах с ферритовым магнитопроводом  основная доля связи между витками приходится на магнитную составляющую. В трансформаторах на кабельных линиях связь электромагнитная, т.е. добавляется мощная электрическая доля связи между оплеткой и центральной жилой.  L1 и L2  -  линейные  размеры в миллиметрах для вычисления точки подключения фидера.  Так как длины всех элементов (оплеток и центральных жил) кабеля равны, а это равносильно четырем обмоткам с одинаковым числом витков, то подключив питающий кабель к точкам 1,8  получим трансформатор с коэффициентом трансформации сопротивлений  4. Используя фидерный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом  можно подключиться к антенне с входным сопротивлением 200 Ом. Подключившись к точке 6,7 коэффициент трансформации будет равен 1, т.е. используется только симметрирующее свойство балуна. Токой вариант рекомендуется когда антенна симметрична и имеет входное сопротивление 50 Ом. Подключившись к точке 5  получим балун для антенны с сопротивлением 22 Ом.  Передвигая точку подключения питающего кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом  от точки 5 до точки 8 можно согласовать  его с антенной с входным сопротивлением от 22 Ом до 200 Ом Чтобы  расчитать точку подключения  применяем формулу:

                                                     L2 = 2L1/n – L1

Для антенн с сопротивлением выше 50 Ом  L2 будет всегда меньше L1 и в этом случае лучше применять конструкцию UA6CL где оплетки отрезков кабелей трансформатора соединены в параллель как концы так и точка подключения.

Рис. 5

Более детально этот вариант можно посмотреть по ссылке   http://cqham.ru/tr.htm

. Для антенн типа Yagi  входное сопротивление как правило ниже, чем 50 Ом  (обычно порядка 20-25 Ом ). В этом случае L2 > L1 и необходимо последовательное включение оплеток коаксиального трансформатора. И считая, что это единый отрезок длиной 2L1  найти точку подключения  (см. Рис. 4 ). Например, если отрезки кабелей (L1) длиной  по 200 мм,  а для антенны с сопротивлением 30 Ом в результате расчета получим  L2=316,4 мм  то согласно Рис.4 вычитаем отрезок 8-7 равный 200 мм  и отмеряем от точки 6 в сторону точки 5   116,4 мм.

Конструкция балуна

В качестве магнитопровода можно использовать как ферритовые кольца так и ферритовые трубки. Вариант с кольцами здесь не рассматривается, т.к. описан в статье Георгия  UA6CL и его конструкцию можно посмотреть на   http://cqham.ru/tr.htm.

Рассмотрим конструкцию с использованием ферритовых трубок. Для этой цели подходят трубки от помех сигнальных цепей. Трубки от сигнальных кабелей мониторов имеют магнитную проницаемость  порядка 700  единиц и две трубки диаметром 18х9 длиной 28 мм  вполне подходят  для мощности порядка 200 – 300 ватт В крайнем случае можно применить набор колец.   Используя четыре трубки ( см. ниже ) можно сделать балун  на 500 – 600 ватт   Для тех, кто может себе позволить - лучшим вариантом будет использовать трубки фирмы Amidon  материала 43 или 77.  Кабель для трансформаторов лучше использовать типа РК-50-2-21  или РК-50-3-21. Это кабели с фторопластовой изоляцией допускают малый радиус изгиба и могут работать с большими уровнями мощности.

Рис. 6

Для    Rant от 50 Ом  до 200 Ом.           Для Rant от 22 Ом до 50 Ом

Для более мощного варианта можно предложить «бинокль из четырех трубок

      Рис. 7

      Если точка подключения кабеля попадает внутрь трубки можно трубки сдвинуть на одну половину  «подковы» из кабелей:

     Рис. 8

     Длина отрезков кабелей не имеет принципиального значения и выбирается исходя из конструктивных соображений для выбранного магнитопровода. Желательно не менее 100 мм.

    Продолжение темы во второй части статьи.