 | Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . ( Октябрь 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Часть серии по |
| Антенны |
|---|
 |
Балун / б æ л ʌ п / ( контаминация из «уравновешены с несбалансированным») представляет собой электрическое устройство , которое преобразует в симметричный сигнал и несбалансированного сигнала . [1] Балун может иметь разные формы и может включать устройства, которые также преобразуют импедансы, но в этом нет необходимости. Балуны трансформатора также могут использоваться для соединения линий с различным сопротивлением. Иногда, в случае трансформаторных балунов, они используют магнитную связь, но в этом нет необходимости. Синфазные дроссели также используются в качестве балунов и работают, устраняя, а не игнорируя синфазные сигналы.
Типы балунов [ править ]
Классический тип трансформатора [ править ]
В классических трансформаторах есть две электрически разделенные обмотки из проволочных катушек 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 уровня земли подвержены контурам заземления или по другим причинам электрически несовместимы; по этой причине их часто называют изолирующими трансформаторами .
Этот тип иногда называют балуном напряжения . Первичная обмотка принимает входной сигнал, а вторичные обмотки тушат преобразованный сигнал. Сердечник, на который они намотаны, может быть либо пустым (воздушный сердечник), либо, что то же самое, из магнитно-нейтрального материала, такого как фарфоровая опора, или может быть материалом, который является хорошим магнитопроводом, таким как 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, 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 отношение электрического потенциала ( напряжения ) к электрическому току и общую мощность на выходе. Для идеализированных трансформаторов, хотя отношение напряжения к току будет изменяться точно пропорционально квадрату передаточного числа обмоток, мощность (измеряемая в ваттах ) остается неизменной. В реальных трансформаторах часть энергии теряется внутри из-за нагрева металлического сердечника трансформатора и теряется снаружи в окружающую среду из-за несовершенной магнитной связи между двумя катушками.
Тип автотрансформатора [ править ]
Обычно балун состоит из двух проводов (первичного и вторичного) и тороидального сердечника: ток в первичном проводе создает магнитное поле в сердечнике, которое, в свою очередь, индуцирует электрическое поле во вторичном проводе. Автотрансформатора балун имеет только одну катушку , или состоит из двух или более катушек , которые имеют электрическое соединение. Катушка обычно наматывается на ферритовый стержень или тороид в форме пончика. Автотрансформатор можно сделать и из обычного трансформатора, перекрестно соединив первичную и вторичную обмотки. Балуны с обмотками автотрансформатора также называются балунами напряжения , поскольку они производят сбалансированное выходное напряжение, но не обязательно сбалансированный ток.
Во всех автотрансформаторах одиночная обмотка должна иметь по крайней мере одно дополнительное электрическое соединение, называемое отводом или точкой отвода, 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 коллапсирует, и коллапс магнитного поля в сердечнике вызывает 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 к накоплению статического электрического заряда, путь отвода статического электричества на землю через балун автотрансформатора может быть явным преимуществом.
Тип трансформатора ЛЭП[ редактировать ]
Линии передачи или дроссельные балуны можно рассматривать как простые формы трансформаторов линии передачи . Этот тип иногда называют токовым балуном , поскольку он обеспечивает одинаковый ток на обеих сторонах своего выхода, но не обязательно равное напряжение. Их обычно называют несбалансированными, потому что они переходят от несбалансированного к несбалансированному или несбалансированному. Балуны могут быть сбалансированы до несбалансированного или сбалансированного.
Более тонкий тип получается, когда тип трансформатора (магнитная муфта) сочетается с типом линии передачи (электромагнитная муфта). Чаще всего для обмоток используются те же провода линии передачи, 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. [2] Трансформаторы линий электропередачи обычно используют небольшие ферритовые сердечники в тороидальных кольцах или бинокулярных формах с двумя отверстиями. Что-то столь же простое, как 10 витков коаксиального кабеля, свернутого в спираль диаметром примерно с обеденную тарелку, создает эффективный дроссель для частот от 10 МГц до более 30 МГц. Магнитный материал может быть воздухом, но это трансформатор линии передачи.
Трансформатор линии передачи Guanella ( Guanella 1944 ) часто комбинируется с симметрирующим устройством, чтобы действовать как трансформатор согласования импеданса . Если не брать в расчет балансировку, то трансформатор 1: 4 этого типа состоит из линии передачи 75 Ом, разделенной параллельно на два кабеля 150 Ом, которые затем соединяются последовательно на 300 Ом. Он реализован в виде специальной разводки вокруг ферритового сердечника балуна.
Тип линии задержки [ править ]
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 из простых способов сделать балун - это использовать коаксиальный кабель длиной в половину длины волны (λ / 2) . 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. Самый простой способ сделать такой балун - покрасить внешнюю поверхность коаксиального кабеля проводящей краской.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 [ править ]
Хотя балуны спроектированы как магнитные устройства (каждая обмотка балуна является индуктором), все трансформаторы, изготовленные из реальных материалов, также имеют небольшую емкость между первичной и вторичной обмотками, а также между отдельными контурами в любой отдельной обмотке, что приводит к нежелательному самовосстановлению. емкость .
Электрическое соединение емкости и индуктивности приводит к частоте , на которой реактивное сопротивление в само- индуктивности и самостоятельной емкости в балун 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 [ править ]
ВЧ дроссель может быть использован вместо балунов. 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). ( Стро 2005 , 25-26)
Приложения [ править ]
Функция балуна обычно заключается в достижении совместимости между системами и, как таковая, находит широкое применение в современной связи, особенно в реализации смесителей с преобразованием частоты, чтобы сделать возможным сотовый телефон и сети передачи данных. Они также используются для преобразования несущего сигнала E1 с коаксиального кабеля (разъем BNC, разъем 1.0 / 2.3, разъем 1.6 / 5.6, разъемы типа 43) в кабель UTP CAT-5 или разъем IDC.
Радио и телевидение [ править ]
В телевидении , любительском радио и других антенных установках и соединениях балуны преобразуют импедансы и симметрию фидерных линий и антенн. [3]
Например, преобразование 300 Ом твин-свинец или 450 Ом лестничной линии (сбалансировано) до 75 Ом коаксиального кабеля (несимметричный), или для прямого подключения симметричной антенны с несбалансированным коаксиальным кабелем. Чтобы избежать излучения в линии питания, симметрирующие устройства обычно используются как форма синфазного дросселя, прикрепляемого к точке питания антенны, чтобы предотвратить действие коаксиального кабеля в качестве антенны и мощности излучения. Обычно это требуется, когда на симметричную антенну (например, диполь ) подается коаксиальный кабель; без «балуна» экран коаксиального кабеля может соединяться с одной стороной диполя, индуцируя ток синфазного режима , становясь частью антенны и непреднамеренно излучая. [4]
Когда дело доходит до передающих антенн, решающее значение имеет выбор тороидального сердечника. Практическое правило: чем больше мощность, тем больше ядро. [5]
При измерении импеданса или диаграммы направленности симметричной антенны с помощью коаксиального кабеля важно установить симметрирующий трансформатор между кабелем и фидером антенны. 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 радарах , передатчиках, спутниках, в каждой телефонной сети и, вероятно, в большинстве беспроводных сетевых модемов / маршрутизаторов, используемых в домах. Его можно комбинировать с трансимпедансными усилителями для составления высоковольтных усилителей из низковольтных компонентов.
Видео [ править ]
Видео в основной полосе частот использует частоты до нескольких мегагерц . Балун можно использовать для подключения видеосигналов к кабелям витой пары вместо использования коаксиального кабеля. Многие камеры видеонаблюдения теперь имеют как сбалансированный выход для неэкранированной витой пары (UTP), так и несбалансированный коаксиальный выход через внутренний балансир. Балун также используется на стороне видеомагнитофона для обратного преобразования баланса 100 Ом в несимметричный 75 Ом. Балун этого типа имеет разъем BNC с двумя винтовыми клеммами.. 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 изменений времени прихода каждого сигнала. Контроль перекоса и специальный кабель с низким перекосом или без перекоса используются для трасс длиной более 130 м (400 футов). [ необходима цитата ]
Аудио [ править ]
В этом разделе не процитировать любые источники . ( Ноябрь 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
В аудиоприложениях симметрирующие устройства преобразуют несимметричные линии с высоким импедансом и симметричные линии с низким импедансом . Другое применение - разъединение устройств (предотвращение контуров заземления).
Третье применение балунов в аудиосистемах - обеспечение сбалансированного сетевого питания оборудования. Синфазное подавление помех, характерных для сбалансированной сети питания, устраняет широкий спектр шумов, исходящих от сетевой вилки, например, помехи от сети от двигателей кондиционеров / печей / холодильников, коммутационные шумы, создаваемые люминесцентным освещением и диммерными переключателями, цифровыми шум от персональных компьютеров и радиочастотные сигналы, принимаемые линиями электропередачи / шнурами, действующими как антенны. Этот шум проникает в аудио / видеосистему через источники питания и увеличивает минимальный уровень шума для всей системы. [6]
За исключением соединений, три устройства на изображении электрически идентичны, но только два крайних левых устройства могут использоваться в качестве балунов. Устройство слева обычно используется для подключения источника с высоким импедансом, такого как гитара, к сбалансированному микрофонному входу, выступающему в качестве пассивного блока DI . Один в центре предназначен для подключения сбалансированного источника с низким сопротивлением, такого как микрофон , к гитарному усилителю . Тот, что справа, не симметричный, так как он обеспечивает только согласование импеданса.
Другие приложения [ править ]
- При связи по линиям электропередач балуны используются для передачи сигналов в линию электропередачи.
- В электронных сообщениях, балуны конвертировать Twinax кабели 5 Cat кабелей и обратно.
См. Также [ править ]
- Антенный тюнер § балун
- Электромагнитная интерференция
- Ферритовый шарик
- Согласование импеданса
- Магнитный сердечник
- Тороидальные индукторы и трансформаторы
- Непреднамеренный радиатор
Ссылки [ править ]
- ^ "балун". Словарь Meriam-Webster.com . Проверено 1 января 2020 года.
- ^ Sevick 1990, стр. 1-1
- ^ Балуны: что они делают и как они это делают (W7EL) http://www.eznec.com/Amateur/Articles/Baluns.pdf
- ^ Питание дипольной антенны с помощью балуна
- ^ Toroid Cores for 1: 4 Baluns (DG3OBK) « Архивная копия» . Архивировано из оригинального 22 декабря 2011 года . Проверено 29 декабря 2012 года .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ Технологии сбалансированной мощности http://www.bpt.com/
- Гуанелла, Г. «Новый метод согласования импеданса в радиочастотных цепях». Браун Бовери Ревью, сентябрь 1944: 329–329.
- Севик, Джерри (W2FMI). Трансформатор линии передачи , Американская лига радиорелейной связи , 1990, ISBN 0-87259-296-0 .
- Севик, Джерри (W2FMI). Создание и использование балунов и балунов: практические конструкции для экспериментатора . 1994 г.
- Справочник по радиосвязи , 5-е изд. ( Радио общество Великобритании , 1976) 12.41, 13.5.
- Стро, Р. Дин. ARRL Антенная книга . 20-е изд. (Ньюингтон, Коннектикут: Американская радиорелейная лига , 2005) ISBN 0-87259-904-3 .
