При подключении антенн с центральным питанием, таких как диполи, Vs, треугольники, яги, ромбы, петли и так далее, к коаксиальному кабелю, если не соблюдать осторожность, нетрудно получить фидерное излучение. Потеря мощности может быть не только весьма значительной, но и серьёзно ухудшить характеристики излучения антенной системы.
Поскольку фидерная линия становится частью антенны, токи могут течь от линии в сеть и по телевизионным кабелям, металлическим мачтам и штангам yagi, вызывая различные проблемы с ЭМС, которые бывает очень трудно отследить. Часто эти проблемы возникают просто из–за дисбаланса, и решением является скромный балун.
Тесты, проведённые в безэховой камере для определения влияния дисбаланса на диаграммы направленности полуволнового диполя (опубликовано в QST), показывают, насколько серьёзным это может быть и насколько важна функция balun для достижения предсказуемых диаграмм направленности.
1/2-волновой диполь с балуном (не расположен в центре опоры)
Та же антенна без балуна (перемещение коаксиального кабеля значительно изменило диаграмму направленности)
Хотя эти результаты являются только ориентировочными и будут варьироваться в зависимости от каждого отдельного случая, будь то приём или передача, снижение пиковой амплитуды на 5 дБ в диаграмме направленности приёма несимметричных бесбалансных антенн является значительным.
Более того, в реальной жизни объекты, находящиеся вблизи антенны, будут оказывать своё влияние на диаграмму направленности, поскольку сигналы отражаются от них и переизлучаются. Итак, то, как они установлены, имеет решающее значение для сбалансированности системы и достижения желаемой производительности, а также для качества и эффективности самого балуна.
Если питание антенной системы осуществляется в центре по параллельной проводящей линии (при условии соблюдения правильных процедур установки), баланс будет поддерживаться за счёт токов равной и противоположной фазы, компенсирующих друг друга.
При подключении к коаксиальному кабелю этого не может произойти, поскольку токи, протекающие внутри кабеля от соединения с внутренним проводником, отделены от токов, протекающих снаружи от соединения с экраном, и в результате возникает дисбаланс, вызывающий фидерное излучение. Однако, если два элемента электрической цепи (антенна и коаксиальный кабель) соединены с помощью балансира, баланс будет сохранён.
По сути, существует два типа балунов: дроссельный балун и трансформаторный балун, каждый из которых работает по-разному для достижения схожей цели. Название происходит от balance — «сбалансированный». Каждая из них направлена на решение проблемы, но совершенно разными способами.
| Дроссельный балун предназначен для отключения тока в точке подачи за счёт создания большого последовательного сопротивления на внешней стороне кабеля, таким образом предотвращая протекание тока. Это может быть всего лишь несколько витков кабеля в петле, кабель, намотанный на тороид или ферритовый, или пропущенный через ферритовые трубки или шарики для образования рукава. Однако, если установка асимметрична, дроссельный балун может быть не в состоянии предотвратить поверхностные токи от электромагнитного соединения дальше по кабелю, особенно если длина питающей линии резонансная. Поэтому, если поверхностный ток сохраняется, требуется больше дросселей через определённые промежутки по питающей линии. |
Добавление дросселя обычно не влияет на КСВН, поскольку оно воздействует только на внешнюю поверхность кабеля и не может повлиять на импеданс внутри кабеля. Однако это приведёт к дисбалансу, поскольку фидер становится частью антенной системы и изменяется сопротивление нагрузки. Дроссель просто подавляет поверхностные токи и не пытается создать баланс.
| С другой стороны, трансформаторный балун создаёт баланс, подавая равные и противоположные токи по обе стороны от точки питания через тесно связанные обмотки внутри трансформатора. С помощью трансформаторного балуна также возможно изменять полное сопротивление в большую или меньшую сторону. Как и в случае с дроссельным балуном, важны качество и эффективность. Нежелательные резонансы из-за распределённой ёмкости между витками трансформатора могут вызвать рассогласование импеданса и дисбаланс, а также индуктивность утечки из-за ослабленного соединения между обмотками. |
Для достижения полного баланса по обе стороны от точки подачи необходимо также учитывать факторы установки и окружающей среды. Если какой-либо дисбаланс сохраняется, трансформаторный балун не будет подавлять возникающие поверхностные токи. Однако это можно свести на нет при использовании дроссельных баллонов в дальнейшем.
Приемлемыми стандартами производительности на краях рабочего диапазона обычно являются: баланс в пределах 1 дБ, фазовый угол 180 +/- 10 градусов и КСВН менее 1,5 при сбалансированной нагрузке. При неточном подборе нагрузок, особенно на высоких частотах, где длина спиральной линии передачи может приближаться к 1/4 электрической волны, балун не сможет компенсировать это, и это отрицательно скажется на производительности балуна.
Факторы окружающей среды, влияющие на баланс, наиболее критичны на высоких частотах. Однако на частотах VHF / UHF именно длины соединительных проводов и необходимый зазор в центре диполя вызывают трудности, препятствуя созданию симметричного соединения в точке питания, поскольку они часто составляют значительную долю длины волны.
С практической точки зрения всегда важно поддерживать баланс в системе. Там, где антенна расположена в непосредственной близости от зданий, может возникнуть дисбаланс, приводящий к излучению фидера и проблемам с электромагнитной связью. При других условиях на конце антенны сбалансированная антенна может стать несбалансированной, что сведёт на нет эффект балуна. Если один конец подключить к металлическому зданию, металлическая конструкция может действовать как огромный конденсатор, что серьёзно ухудшит желаемую конструкцию антенны.
| Условия на конце антенны различаются, создавая дисбаланс Излучение фидера из-за угла наклона линии подачи Излучение от линии подачи реагирует на бытовую проводку, что затрудняет установку ЭМС из-за телевизионной проводки. |
Центральная линия подачи всегда должна располагаться под прямым углом к проводу, в противном случае энергия может поступать по внешней стороне коаксиального кабеля из-за того, что он проходит почти в той же плоскости, что и провод антенны. В этом случае коаксиальный кабель больше не будет служить хорошим экраном. Энергия будет поступать в здание, реагируя с проводкой в доме (и наоборот), вызывая проблемы с ЭМС и шумовые помехи в режиме приёма.
Хотя балун может показаться незначительным на более масштабной и сложной картине, наименьшим звеном в цепи, стоит помнить, что его функция имеет решающее значение. Устранение проблем, возникающих из-за дисбаланса, может отнять много времени и денег. Зная, что ваша система центрального питания спроектирована и изготовлена таким образом, чтобы обеспечить предсказуемую сбалансированную производительность, вам остаётся беспокоиться только об установке.
moonraker.com
