Balun
TODO: paljon..
Yleistä
Balun on termi, jolla viitataan siirtolinjamuuntajaan, joka sovittaa balansoidun siirtolinjan balansoimattomaan: Esimerkiksi parijohdon koaksiaaliin. (Alunperin ajateltu nimenomaan bal->un(bal) suunnassa - eikä "unbal" kuulosta kivalta..)
Tavallisesti tällaisessa yhteydessä tehdään myös impedanssimuunnoksia.
Balunit ovat muuntajien serkkuja, mutta kaikki mallit eivät edes käytä magneettikenttää, vaan ovat enemmänkin siirtolinja- tai peräti viivelinjasovituksia. Ferriitin päälle rakennetut siirtolinjabalunit kykenevät käsittelemään saman ferriitin poikkileikkauksen pinta-alalla enemmän tehoa, kuin vastaava varsinainen muuntaja. (Noin kertoimella 4 - 10.)
Monessa paikassa pärjätään ilmankin Balunia, mutta vaikka dipoli-antennin syöttöpisteen impedanssi onkin hyvin lähellä 50 Ohmia, syöttökaapelin vaippaan tulee vähemmän epäsymmetrisiä RF virtoja (ja kääntäen: se sieppaa niitä vähemmän keskijohtimeensa) jos balansoimattoman (koaksiaalin) ja itse dipolin välillä on 1:1 impedanssisuhteinen balun, eikä vain dipolin toinen haara ole koaksiaalin keskijohtimessa ja toinen vaipassa. Balun tekee siis myös "RF isolointia" eristäen syöttöjohdon ja antennin toisistaan.
Esimerkkejä
4:1 impedanssin nosto balun
Tavallisimmin tarvitaan sovitusta 50 Ω -> 200 Ω joka syntyy mukavasti tällaisella Toroidin 4:1 balunilla:
1:1 unbal-bal sovitus balun
Toinen tapaus on 1:1 impedanssisovitus toroidilla:
4:1 balun viivelinjatyyppisenä
4:1 balunin voi tehdä myös koaksiaalista kytkemällä sähköisen puolen aallonpituuden mittaisen koaksiaalikaapelin pätkä kuvan mukaisesti. Ks. Nopeuskerroin
Viivelinjarakenteet ovat aina kapeakaistaisia - vain muutama prosentti taajuudesta, mutta erinomaisia esim. Yagi-antennien syöttöelementtien sovitukseen.
Siirtolinjabalunit
Guanella
Guanella julkaisi 1944 paperin, jossa hän esitteli siirtolinjojen käyttöä kuristinrakenteissa niin, että ne vähentäisivät epätoivottuja moodeja balansoidun/balansoimattoman siirtolinjan suhteen sovittamisessa.
Näillä saa toteutettua helposti 1:n2 muuntosuhteita, missä n on bifilaaristen käämiparien lukumäärä. Pienellä lisäaskartelulla muitakin.
Ruthroff
Ruthroff julkaisi 1959 merkittäviä näkökulmia ongelmakenttään. Yhdistämällä yksittäisen siirtolinjan siten, että negatiivinen tai positiivinen potentiaaligradientti vaikuttaa sen pituudella, hän kykeni tekemään 1:4 balun tai unun impedanssimuunnoksen.
Näiden teoria on varsin kompleksinen.
Huomioita siirtolinjabaluneista
- Huomattava kaistaleveys (1:10 jopa 1:50) (3-6 oktaavia!)
- Korkea hyötysuhde (häviöt alle 0.2 dB toimintakaistallaan)
- Yksinkertainen rakenne
- Ei kuitenkaan tarjoa galvaanista eristystä!
Käytetään siirtolinjamuuntajia
On suositeltavaa käyttää siirtolinjamuuntajia!
- Virta kulkee siirtolinjassa, eikä varsinaisesti tarvitse esim. ferritti-toroidia (toki se auttaa!)
- Kierretyn parin tai striplinen lisäksi kääminä voi käyttää (ohutta) koaksiaalia.
- Kun alimmallakin käyttötaajuudella käämin reaktanssi on vähintään 10 kertaa terminointien impedanssi, virta pysyy käämeissä, eikä juurikaan mene ferriittiin -> ferriitin ominaisuudet ovat vähämerkityksisiä
- Korkeataajuuksisten baluneiden core-häviöt ja ylipäätään taajuusvaste määräytyvät lähinnä käämin käytöksestä RF-kuristimena (oli ydintä tai ei)
- Rakenne on itsessään laajakaistainen ainakin koko HF, usein myös VHF samalla balunilla
- Häviöt ovat desibelin luokkaa muutamasta kilohertsistä yli 200 MHz:lle
Käämien impedanssien hallinta
- Käytetään käämejä, joiden impedanssi on samaa luokkaa kuin matalampi terminointien impedansseista (esim. jos halutaan ulos erittäin matalaimpedanssista RF virtaa...)
- onnistuu stripline rakenteilla
Suljettu magneettipolku
- Suositellaan toroideja ferriittisauvojen, tai ilmasydänten sijasta
- Sauvan päälle tehty balun tarvitsee n. 4-6 kertaisen kierrosmäärän kuin toroidi
- Ilmasydäminen tarvitsee n. 10-15 kertaisen kierrosmäärän kuin toroidi ja on rajoittunut alataajuudeltaan
un-un, bal-un, bal-bal
- Sovitetaan siirtolinjan (parijohto vs. koaksiaali) ominaisuuksia toisiinsa.
Muuntajat
- RF-energiaa kuljetetaan käämistä toiseen nimenomaan magneettikentän kautta.
- Vaatii sydämeltä paljon enemmän, kuin siirtolinjamuuntajat
- Yleensä huonohkoa toimintaa korkeammilla taajuuksilla ferriitin häviöiden noustessa liiallisiksi
- Mahdollistaa lähes mielivaltaisia muuntosuhteita (esim: 7:11)
- Leveähkö kaista, ei kuitenkaan yllä ihan yhtä korkeille taajuuksille, kuin siirtolinjamuuntaja ferriitin häviöiden takia.
- Suurilla tehoilla sydämen magneettinen kyllästyminen vaatii isompia ferriittejä, joka puolestaan rajoittaa ylärajataajuutta
- Rakentelijan kannattaa muistaa, että impedanssien suhde vastaa kierrosmäärien neliöjuurten suhteita:
Säästömuuntajat
Yksi käämi, johon sekä syöttö että lähdöt on kytketty väliulosottoina. Ei tarjoa galvaanista erotusta.
Varsinaiset muuntajat
Erilliset käämit syötölle ja lähdölle. Galvaaninen erotus.
Viivelinjabalunit
- 1/2 lambda (ks. esimerkkiosiosta)
- muut impedanssisovitukset koaksiaalista toiseen, jne.
- kapeakaistaisia, mutta toimivat missä siirtolinjamuuntajat eivät enää toimi...
Lue lisää
- Kirja: "Transmission line Transformers, Jerry Sevick, Noble Publishing Corporation; 4th edition (June 1, 2001)"
- Kirja: "The ARRL Handbook" (vuosikirja)
- Kirja: "Building and Using Baluns and Ununs: Practical Designs for the Experimenter, Jerry Sevick"
- http://www.electronics-tutorials.com/basics/wide-band-rf-transformers.htm
...