在構(gòu)建天饋系統(tǒng)的時候,老HAM經(jīng)常會提到巴倫,對于一些新HAM來說,巴倫這個名詞還比較陌生,下面讓我們來簡單介紹一下。 一、巴倫的定義和作用 巴倫這個詞來源于英文BALUN,正確的發(fā)音為[’baelan],按照這個發(fā)音,應(yīng)該譯為“貝蘭”,但在國人翻譯的時候,按照漢語拼音的發(fā)音方法,直接將這個詞譯為了“巴倫”,習(xí)慣成自然,巴倫便成了國內(nèi)的通用叫法。BALUN的英文全稱是BaLanceTo Unbalance Transformer,即“平衡到不平衡變壓器”。 作為電子系統(tǒng)中的重要組成部分,巴倫在射頻、視頻和音頻等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,而非僅用于無線通信領(lǐng)域。巴倫的本質(zhì)是一種變壓器,在電路中的作用是把“與參考地相對平衡的電信號”和“與參考地相對不平衡的電信號”進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換和匹配。比如在視頻領(lǐng)域,通過巴倫可以將不平衡的同軸電纜傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)變?yōu)槠胶獾男盘?,以便使用低損耗的雙絞線進(jìn)行100m以上較遠(yuǎn)距離的傳輸。在專業(yè)音頻領(lǐng)域,使用音頻巴倫可以將不平衡信號與平衡信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。同時巴倫在各個應(yīng)用領(lǐng)域中也常作為阻抗轉(zhuǎn)換使用。 在業(yè)余無線電通信領(lǐng)域,巴倫在天饋系統(tǒng)中起著非常重要的作用,很多時候是必不可少的。由于傳輸線理論、天線理論非常復(fù)雜,所以在這里只簡單介紹一下現(xiàn)象?,F(xiàn)有大多數(shù)短波電臺的輸出是不平衡的,要用同樣不平衡的同軸電纜將信號輸送到天線。同軸電纜傳輸信號時,因趨膚效應(yīng),信號在電纜芯線的外表面及電纜屏蔽層的內(nèi)表面?zhèn)鬏?,兩者電流大小相等,方向相反,所以屏蔽層可以防止信號泄漏出去,屏蔽層外表面不?yīng)該存在電流,電纜外部也不應(yīng)該存在輻射。在使用偶極天線時,兩個振子被看作是平衡的,因為不平衡的同軸電纜與平衡的偶極天線連接,產(chǎn)生不匹配現(xiàn)象,原本在電纜屏蔽層內(nèi)表面?zhèn)鬏數(shù)男盘柍艘徊糠至飨蜻B接它的振子,另一部分會流向屏蔽層的外表面,這部分電流被稱為共模電流。這樣在偶極天線的兩個振子上的電流大小就不一致,而且共模電流會從同軸電纜屏蔽層的外表面輻射出去,從而改變天線輻射的方向并影響天饋系統(tǒng)的整體質(zhì)量。更為讓人煩惱的是,共模電流的輻射會成為射頻干擾源,使得您家的電器受到非常嚴(yán)重的干擾,尤其在同軸電纜的長度等于1/2波長的時候,共模電流輻射造成的干擾最為嚴(yán)重。為了解決這些問題,就需要對同軸電纜和偶極天線進(jìn)行匹配,我們就可以使用巴倫來對傳輸電纜 上的信號做出修正。 二、巴倫的種類 巴倫分為兩大類,一類是電流型巴倫,另一類是電壓型巴倫。電流型巴倫的制作原理是通過提高同軸電纜屏蔽層外表面的阻抗來抑制共模電流。一種最簡單的電流型巴倫是用同軸電纜繞制成的扼流巴倫,用3m長-3的同軸電纜,并排繞7到8圈,用膠帶固定好就成了一個有效的扼流巴倫。由于繞成線圈,同軸電纜的屏蔽層外表面被看成是一個電感線圈的導(dǎo)體表面,這樣形成一個電感,其感抗可以阻止共模電流從天線根部流向整個饋線,從而抑制共模電流,消除射頻干擾。在繞制這樣的扼流巴倫時,電纜最好是整齊排列,這樣比胡亂纏繞起來的線圈有更小的分布電容。這種利用同軸電纜繞制的扼流巴倫可以承受的功率與這種電纜本身所能承受的功率大致相同,而且在整個短波段對共模電流的抑制效果都比較好,所以在業(yè)余領(lǐng)域中被廣泛接受和應(yīng)用。 ![什么是巴倫及巴倫的應(yīng)用](http://image105.360doc.com/DownloadImg/2017/03/2907/95158725_2) 繞在PVC管上的同軸扼流巴倫 另外,也可以把同軸電纜或絕緣雙絞線(漆包線)繞在磁環(huán)或磁棒上做成扼流巴倫,由于使用磁性材料,巴倫的電感量得比較高,對抑制共模電流可以有更好的效果,不少商品巴倫采用這種方案。但由于磁性材料的特響,這種巴倫所能承受的功率有限,在購買時要注意商品的說明。另外,這種巴倫的資料多來自國外,我們不太容易購買到所使用的磁性材料,在性能方面,雖然國產(chǎn)磁性材料也可以應(yīng)用,但國產(chǎn)磁性材料的參數(shù)與國外資料中所使用的磁性材料可能存在差異,所以在自制時需要認(rèn)真進(jìn)擇材料的選擇。 ![什么是巴倫及巴倫的應(yīng)用](http://image105.360doc.com/DownloadImg/2017/03/2907/95158725_3) 使用同軸電纜和磁環(huán)的電流型巴倫 另一種扼流巴倫是W2DU發(fā)明的,他把一串鐵氧體磁珠套在同軸電纜外,同樣能夠有效地達(dá)到了抑制共模電流的效果。但與磁環(huán)型巴倫的問題一樣,在功率較高時,嚴(yán)重不平衡的天饋系統(tǒng)會使磁珠發(fā)熱,甚至在靠近天線根部的磁珠可能會損壞。 為了抑制同軸電纜外皮上的共模電流,還可以從天線的饋電點處開始,給同軸電纜套上一個金屬的扼流筒,在離天線1/4波長的地方與同軸電纜的外皮連接起來。這樣就形成了一個射頻開路的結(jié)構(gòu),能夠提供最好的扼流效果。但是,因為扼流筒的長度必須為1/4波長,這個方案只適合單波段天線,而且在短波波段,其長度會隨波段的降低而變長,在業(yè)余條件下很難制作,所以很少有HAM采用。 電壓型巴倫多采用絕緣導(dǎo)線(漆包線)以不同的方式繞在磁性材料上制成,與電流型磁芯巴倫一樣,看起來更像一個變壓器(實際上就是變壓器)。最典型的就是傳統(tǒng)變壓器型,通過兩組互相隔離的線圈,達(dá)到平衡與不平衡轉(zhuǎn)換的目的。市場上大部分商品巴倫采用電壓型,如鉆石公司生產(chǎn)的BU-50。 三、巴倫的選擇和獲取 前邊說到巴倫除了能夠?qū)⒉黄胶獾耐S電纜與平衡的偶極天線進(jìn)行匹配、抑制共模電流、消除共模干擾外,還有阻抗轉(zhuǎn)換的功能。根據(jù)巴倫的制作方法不同,可以有不同的阻抗轉(zhuǎn)換比,比較常見的比值有1:1、4:1、9:1、16:1等等。不管是購買成品還是自制巴倫,都需要根據(jù)所使用的天線和傳輸線的阻抗而定。比如最常見的是用同軸電纜饋電的倒V、水平半波偶極天線,因為這種天線的阻抗不是很高,可以選用1:1或2:1轉(zhuǎn)換比的巴倫。如果打算用45Ω或600Ω的平行饋線來連接偶極天線,那么就需要在電臺輸出端加裝9:1的巴倫來提供平衡輸出。不少商品手動天調(diào)在內(nèi)部內(nèi)置了4:1的巴倫,其輸出端為平衡式輸出,供平行饋線使用。 ![什么是巴倫及巴倫的應(yīng)用](http://image105.360doc.com/DownloadImg/2017/03/2907/95158725_4) 幾種巴倫的電路圖 如果要使用不平衡的單極天線(如水平架設(shè)的魚竿天線),除了使用地網(wǎng)之外,可能還需要自制一個“不平衡到不平衡的變壓器”(Un-Un),以便將同軸電纜與天線進(jìn)行匹配。由于很多人將魚竿天線用于多波段工作,其阻抗在某個波段可能非常高,所以需要比較大的阻抗轉(zhuǎn)換比,如9:1或16:1。 ![什么是巴倫及巴倫的應(yīng)用](http://image105.360doc.com/DownloadImg/2017/03/2907/95158725_5) 一種阻抗轉(zhuǎn)換比為4:1的“不平衡到不平衡變壓器” ![什么是巴倫及巴倫的應(yīng)用](http://image105.360doc.com/DownloadImg/2017/03/2907/95158725_6) 一個阻抗轉(zhuǎn)換比為9:1的“不平衡到不平衡變壓器” 國際上有不少廠商提供商品巴倫供HAM選購,在國內(nèi)市場上能見到的而且比較有名的是日本第一電波生產(chǎn)的鉆石BU-50和BU55、港中通信經(jīng)銷的彗星CBL-3000等。除此之外,國際上比較有名的廠商如MFJ、PALSTAR、Amidon、BalunDesigns、Radio-works、LDG等等也提供各種不同類型的巴倫供HAM選擇。 轉(zhuǎn)載 BG3ILJ
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