------ R E K L A M A ------

Symetryzatory ferrytowe prądowe i napięciowe - anteny i linie (1)

Tym artykułem rozpoczynamy serię tekstów dotyczących anten oraz antenowych linii zasilających. Tekst ten przybliża temat tzw. balunów ferrytowych - bardzo często stosowanego rodzaju symetryzatorów.

 

Symetryzator (balun) jest układem stosowanym w miejscu styku linii niesymetrycznej (współsiowej) z anteną lub linią symetryczną. Jest ważnym elementem systemu antenowego. Można go pominąć, jednak wtedy linia współosiowa będzie zachowywać się jak "przedłużenie" anteny i również promieniować energię. Po zewnętrznej powierzchni ekranu kabla popłynie prąd asymetrii powodując dodatkowe straty oraz mogąc być przyczyną z jednej strony zniekształcenia sygnału nadajnika i TVI a z drugiej zwiększonego poziomu szumów przy odbiorze.  Dodatkowo, na charakterystykę promieniowania anteny nałoży się charakterystyka promieniowania linii współosiowej powodując zmianę charakterystyki całego układu. Dlatego też warto stosować symetryzatory.

Spośród symetryzatorów, w tym aperiodycznych ferrytowych, wyróżnić można prądowe (choke balun, current balun) oraz napięciowe (voltage balun).

Baluny prądowe zbudowane są z dwóch uzwojeń nawiniętych w cewkę dla uzyskania jak największej indukcyjności. W układach tego typu wykorzystuje się rdzeń ferrytowy, najczęściej okrągły (toroidalny), jednootworowy. Uzyskuje się dzięki temu zwiększenie indukcyjności uzwojeń i zmniejszenie potrzebnej liczby zwojów oraz zamknięcie strumienia magnetycznego wewnątrz rdzenia. Uzwojenia nawija się bifilarnie, w miarę możliwości zachowując impedancję falową ok. 50 om. Jest to możliwe przez utrzymanie niewielkiej odległości między uzwojeniami, (łącznie ze skręcaniem uzwojeń), bądź wykonanie baluna za pomocą odcinka cienkiego kabla współosiowego o impedancji 50om. Prądy, które "chcą popłynąć" w tym samym kierunku w obu uzwojeniach na raz lub prądy płynące w jednym uzwojeniu spotykają się  z bardzo dużą reaktancją i w rezultacie ich wartość jest radykalnie zmniejszana. Z kolei prądy o równych wartościach ale płynące w przeciwnych kierunkach są tłumione w niewielkim stopniu* .

Podstawowy symetryzator prądowy tworzą dwa bifilarne uzwojenia - rys. 1a (kropka oznacza początek uzwojenia). Można dodatkowo stosować trzecie, uzwojenie mające poprawiać pracę baluna na 3,5 MHz** - rys.1b. Uzwojenie to w różnych wykonaniach występuje jako nawinięte osobno lub trifilarnie***. Jeżeli balun prądowy 1:1 ma być wykonany z kabla koncentrycznego na rdzeniu jednootworowym, warto nawinąć go przeciwsobnie: kilka zwojów w jedną stronę, przeplot przez środek rdzenia i tyle samo zwojów w drugą stronę.

 Istnieje możliwość połączenia dwóch symetryzatorów prądowych 1:1 w transformator o przekładni 1:4. W takim wypadku można zastosować jeden, dwa rdzenie lub rdzeń dwuotworowy. Punkty A obu symetryzatorów należy połączyć. Łączymy także obydwa punkty B. Punkt D jednego jednego symetryzatora połączyć trzeba z punktem C drugiego. Wolne(niepodłączone) punkty C i D są wyjściem z przekładnią 1:4. Wejście  stanowią: punkt A pierwszego symetryzatora i punkt B drugiego. Otrzymany układ transformuje impedancję lecz nie jest symetryzatorem. W przypadku gdy za układem transformującym ma być antena lub linia symetryczna należy dodatkowo zastosować symetryzator prądowy (np. taki jak na rys. 1a).

 

 Drugą grupę stanowią symetryzatory napięciowe. Różnią się od prądowych budową oraz zastosowaniem. O ile baluny prądowe wykonuje się głównie z przekładnią 1:1 to napięciowe oferują przekładnię aż do 1:10 i więcej bez znacznego komplikowania układu. Ceną jaką się za to płaci jest znacznie gorsze tłumienie prądów asymetrii w sytuacji niejednakowej impedancji na styku obu części anteny z balunem****. Podstawowy układ symetryzatora napięciowego  - rys. 2 - zawiera dwa sprzężone ze sobą uzwojenia. Koniec pierwszego z nich stanowi początek drugiego. Podobnie jak w poprzednim przypadku sprzężenie uzyskuje się dzięki bifilarnemu nawinięciu uzwojeń na rdzeniu ferrytowym. Uzyskiwana przekładnia zależy od miejsca w którym zrobiony jest odczep. Przy dwóch pełnych uzwojeniach uzyskuje się przekładnię 1:4 (rys. 2a).

Powyższy układ umożliwia zmianę przekładni od 1:4 wzwyż przez zastosowanie odczepu (rys. 2b).  Odczep wykonuje się w zaznaczonym fragmencie. Przełożenie wzrasta wraz ze zwiększaniem się różnicy ilości zwojów obu uzwojeń. Jeżeli na wyjściu niesymetrycznym baluna ma znajdować się antena typu LW, to ramienia A - B można należy zrezygnować. Aby uzyskać przełożenie 1:2 można zastosować układ jak na rys. 2c.

 

Uwagi praktyczne

Konstruując symetryzator ferrytowy należy zastosować rdzeń ferrytowy o odpowiednio dobranej indukcyjności. Zbyt mała indukcyjność transformatora najszybciej da o sobie znać na najniższych pasmach spadkiem tłumienia asymetrii. Z kolei zbyt duża ilość zwojów pogarsza pracę na wyższych pasmach a ponadto może spowodować pojawienie się rezonansu własnego transformatora w zakładanym paśmie pracy.  Dlatego lepiej stosować rdzenie o dużej przenikalności.

Duże znaczenie dla poprawności pracy baluna ma sposób wykonania uzwojeń. Powinny one być ze sobą silnie sprzężone i zachowywać równomiernie impedancję. Dobre rezultaty daje skręcenie ze sobą uzwojeń.  Uzwojenia transformatorów prądowych powinny zachowywać impedancję linii zasilającej. Dlatego celowe jest ich wykonanie z odcinka kabla współosiowego 50om.

Symetryzator napięciowy należy stosować tylko w przypadkach, gdzie wymagana jest transformacja impedancji. Jego własności symetryzacyjne są bardzo różne i zależne od wielu czynników. Dlatego symetryzacji należy dokonać za pomocą dodatkowego, włączonego od strony linii współosiowej baluna prądowego 1:1.

 

Przypisy:

* tłumienie zależy od kilku czynników. Są to przede wszystkim straty, pasożytnicza reaktancja (pojemnościowa) oraz nieoptymalne sprzężenie.

** Zdzisław Bieńkowski SP6LB, Edmund Lipiński, Anteny KF i UKF, Teoria i praktyka, Warszawa 1978, s.169.

*** tego typu baluny zachowują się jak napięciowe.

**** Biorąc pod uwagę, że sytuacja idealnie równych impedancji w rzeczywistych warunkach praktycznie się nie zdarza, to budując układ symetryzująco - transformujący należy wraz z symetryzatorem (transformatorem) napięciowym zastosować symetryzator prądowy.

 

Literatura:

Zdzisław Bieńkowski SP6LB, Edmund Lipiński, Anteny KF i UKF, Teoria i praktyka, Warszawa 1978

www.eznec.com/Amateur/Articles/Baluns.pdf

sp2swi.nawigator.biz/balun-napieciowy-pradowy.pdf

www.sp5jnw.sem.pl/technika/baluntesthtm/baluntest.pdf

 


 

By: Joomla Free Templates