Симметрирующие и согласующие устройства («балуны»)

Для приемных антенн согласование с фидером не имеет ключевого значения, а для передающих антенн оно принципиально. Ведь при плохом согласовании кабеля и антенны в фидере образуются стоячие волны (а при асимметрии возникают паразитные токи), что снижает практически все показатели антенно-фидерного устройства (АФУ). Хорошее согласование улучшает не только КПД антенны, но также снижает уровень помех телевидению (TVI).

Для того, чтобы фидер был согласован с антенной используются согласующие устройства (СУ) — в радиолюбительском сленге, «балун» (BALUN — balanced/unbalanced, т.е. симметричный\несимметричный). Если быть до конца точным, то СУ бывают разных комбинаций «симметричный-несимметричный» (BALUN, BALBAL, UNUN). Несимметричный вход подключается к коаксиальному фидеру или несимметричной антенне (LW, например). Симметричный вход подключается к двухпроводному фидеру или симметричной антенне (например, диполь). Регулируемое согласующее устройство часто называют антенным тюнером (которое иногда выполняет функции преселектора).

Наиболее популярны СУ в виде широкополосных согласующих трансформаторов. Соотношение сопротивлений обмоток вычисляется по формуле: R1=k^2*R2, где к — коэффициент трансформации (отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной).

За рубежом в радиолюбительскую практику вошли широкополосные трансформаторы двух типов: Guanella (по току) и Ruthroff (по напряжению), по фамилиям авторов соответствующих статей:
1. Guanella, G., “Novel Matching Systems for High Frequencies”, Brown-Boveri Review, Vol 31, Sep 1944, pp. 327-329.
2. Ruthroff, C.L., “Some Broad-Band Transformers”, Proc IRE, Vol 47, August 1959, pp. 1337-1342.

В СССР своими публикациями о широкополосных трансформаторах известен В.Д. Кузнецов.

Сейчас популярны широкополосные трансформаторы (ШПТ, «балуны») на ферритовых кольцах, стержнях или «биноклях». Но также есть ШПТ без ферритовых сердечников. Ферритовые сердечники, как правило, не работаю как магнитопровод на высоких частотах (на ВЧ работают карбонильные сердечники), а трансформация тока происходит за счет взаимной индукции (магнитной связи) обмоток. В этом случае ферритовый сердечник только увеличивает индуктивность обмоток. Балун с соотношением 1:1 как правило является обычным ВЧ дросселем, хотя есть и симметрирующие СУ.

Конструкция трансформатора с объемным короткозамкнутым витком

Конструкция трансформатора с объемным витком

Когда необходимо сочетать минимальный коэффициент рассеяния с минимальной проходной емкостью рекомендуется применять трансформаторы с объемным витком. Нижняя граница полосы пропускания составляет 50 кГц, а верхняя 10 МГц. Относительная ширина рабочего диапазона 10-15 (отношение верхней частоты к нижней).

Трансформаторы с  объемным витком имеют достаточную широкополосность, однако вследствие того, что трансформаторная связь между первичной и вторичной обмотками осуществляется через объемный виток, образованный металлической перегородкой, металлическими стаканами и стрежнем, такой трансформатор не способен передавать значительную мощность из-за токов Фуко (вихревыми токами нагревается медный «объемный виток»). Такой трансформатор применялся на радиостанции Р-140 на приемной V-антенне.

Трансформаторы с внешним витком (на ферритовых трубках «биноклях») работают за счет взаимной индукции обмоток. Ферритовый сердечник, в данном случае, должен иметь большую магнитную проницаемость для повышения индуктивности обмоток. Как магнитопровод сердечник тут не работает.

У ферритов два главных свойства: магнитная проницаемость и удельное сопротивление. Чем выше удельное сопротивление, тем меньше потери на вихревых токах, тем меньше нагревается сердечник.

Катушка с бифилярной намоткой

Катушка с бифилярной намоткой для балуна 4:1

У балунов с «воздушным сердечником» (т.е. без сердечника вообще) есть ряд преимуществ перед ферритовыми. Они менее требовательны к монтажу, выдерживают большую мощность и проще в изготовлении.

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора (Q-match — Quarter Wavelength Transformer Matching)

Четвертьволновый фидер является трансформатором сопротивления и если имеется антенна с входным сопротивлением Rа.вх и фидер с волновым сопротивлением Qф, то для согласования необходимо включить между ними четвертьволновый трансформатор, имеющий волновое сопротивление: Qтр=√(Rа.вх*Qф).

Impedance_Matching

Теоретически, можно построить Q-match на любой случай, если иметь возможность создавать фидерные четвертьволновые линии любого волнового сопротивления. Однако в радиолюбительской практике Q-match используется редко, например, при согласовании антенны Delta Loop (которая имеет входное сопротивление около 112 Ом) с 50-омным кабелем. В этом случае между антенной и фидером включается четвертьволновый отрезок 75-омного кабеля. Другим ограничением для Q-match является однодиапазонность.

Обсуждение закрыто.