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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK BALUN oder nicht BALUN? Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Antennen. Theorie Der Zweck des Geräts besteht darin, den Fluss hochfrequenter Ströme entlang der Außenfläche des Geflechts zu verhindern, um den Antennenspeiseeffekt zu reduzieren [2]. Das Gerät besticht durch seine Einfachheit und einfache Herstellung, aber erfüllt es die Anforderungen gut? Betrachten wir sie. Der Balun muss einen möglichst hohen Widerstand für HF-Ströme auf dem Geflecht haben, ohne den Gleichstromkontakt zu unterbrechen, d. h. ein Würgegriff sein. Als Drosseln verwendete Induktivitäten werden nach bekannten Regeln ausgeführt: Der Wunsch, eine maximale induktive Reaktanz bei minimaler Eigenkapazität zu erreichen, erfordert die Verwendung von geteilten und/oder zylindrischen Wicklungen mit einer bestimmten Steigung. Bei Breitbanddrosseln geschieht dies häufig: Von Anfang an („heißer“ Ausgang) wird mit einem großen Schritt gewickelt, dann mit einem kleineren, dann Windung für Windung und manchmal wird der letzte Abschnitt im „Universal“ gewickelt " Weg. Die Eigenkapazität der Induktivität C0 bildet mit der Induktivität ihrer Wicklung L einen Parallelschwingkreis (Abb. 1), dessen Resonanzfrequenz f0 umso höher ist, je kleiner die Kapazität ist. Bei Frequenzen über f0 hat die Induktivität eine Kapazität, die mit zunehmender Frequenz schnell abnimmt, d. h. ihre Funktion nicht mehr erfüllt.
Die durchgezogene Linie im Diagramm (Abb. 1) zeigt die Abhängigkeit der Induktorreaktanz von der Frequenz für eine ideale Spule mit unendlichem Qualitätsfaktor. Verluste in der Spule reduzieren die Güte, die Kurvenäste gehen nicht mehr gegen Unendlich (gestrichelte Linie im Diagramm) und im Gesamtwiderstand erscheint ein aktiver Anteil R. Er ist bei der Resonanzfrequenz maximal und gleich pQ , wobei p = (L/C0)1/2 – charakteristischer Widerstand. Daraus wird deutlich, dass es zur Erhöhung der Impedanz des Induktors notwendig ist, seine Induktivität auf jede erdenkliche Weise zu erhöhen und seine eigene Kapazität zu verringern. Aber zurück zu unseren Valuns. Das zu einer Spule aufgerollte Kabel muss eine spürbare Eigenkapazität aufweisen (bis zu mehreren zehn pF/m!). Dadurch wird die Kabelspule nicht zur Drossel, sondern zu einem Schwingkreis mit einer bestimmten Resonanzfrequenz. Der natürliche Wunsch, mehr Windungen in der Bucht zu wickeln (um die Induktivität zu erhöhen), kann zum genau gegenteiligen Ergebnis führen: Die Resonanzfrequenz wird niedriger sein als die Betriebsfrequenz, und der Balun verhält sich wie eine Kapazität, und zwar entsprechend der Anzahl der Windungen steigt, nimmt die Kapazität ab. Um diese Annahme zu überprüfen, wurde ein einfacher Messaufbau aufgebaut (Abb. 2), bestehend aus einem Standardsignalgenerator (SGS) und einem Oszilloskop. Der Balun befand sich direkt auf einem Holztisch und wurde mit einem Ausgang des Kabelgeflechts (der Kern wurde nicht verwendet) mit dem GSS-Gehäuse verbunden, an den anderen Ausgang wurden eine VD1-Detektordiode und ein Eingangskabel eines Niederfrequenzoszilloskops angeschlossen . Das AM-Signal vom GSS wurde dem Balun über eine sehr kleine Koppelkapazität zugeführt, die aus einem etwa 10 cm langen Stück eines isolierten Leiters bestand. Somit fügte die Installation der Eigenkapazität der Kabelspule (Diodenkapazität – Bruchteile von a) praktisch nichts hinzu Pikofarad).
Die Resonanz wurde sofort durch einen starken Anstieg sowohl der Konstantkomponente als auch der Amplitude des Modulationssignals am Oszilloskopeingang erkannt. Der Q-Faktor des Stromkreises (Kabelschacht) erwies sich als gar nicht so gering – von 30 („Shirpo-Trebovsky“-TV-Kabel) bis 60 (Kabel mit starrer Polyethylen-Außenisolierung). Die Resonanzfrequenz f0 hängt erwartungsgemäß von der Windungszahl N und dem Durchmesser der Spule D ab. Die Daten mehrerer Messungen für das weit verbreitete Kabel PK-75-4-11 (Außendurchmesser über Isolierung 7,3 mm, über Geflecht). 5 mm, Kern 0,72, XNUMX mm) sind tabelliert.
Natürlich sind diese Daten Richtwerte, da die Resonanzfrequenz von der Dichte der Spulen, der Nähe umgebender Objekte und anderen Faktoren abhängt. Basierend auf den Tabellendaten wurden Diagramme der Abhängigkeit der Resonanzfrequenz von der Windungszahl erstellt (Abb. 3). Dort erfahren Sie, bei wie vielen Umdrehungen der Balun noch als Drossel fungiert.
Zum Vergleich wurde in einem der Experimente anstelle einer Spule (D = 20 cm, N = 11) das gleiche 7 m lange Kabel auf ein Kunststoffrohr mit 10 cm Durchmesser gewickelt. Man erhielt eine zylindrische Spule mit 20 Windungen eine Wicklungslänge von 15 cm. Die Resonanzfrequenz stieg von 4 auf 7 MHz und der Gütefaktor von 30 auf 65. Der Vorteil des traditionellen Spulendesigns liegt auf der Hand! Was also tun? Der einfachste Weg besteht darin, einen Balun aus einer Kabelspule für eine Einbandantenne herzustellen – er sollte auf Resonanz bei der Betriebsfrequenz abgestimmt werden, indem Durchmesser und Anzahl der Windungen ausgewählt werden. Dann ist sein Gesamtwiderstand maximal möglich und daher ist die Wirkung der Abschwächung der Ströme auf das Geflecht maximal. Bei breitbandigen Baluns muss die Resonanzfrequenz so gewählt werden, dass sie nahe der oberen Grenze des Arbeitsbereichs liegt. Für Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz kann die induktive Reaktanz des Baluns ermittelt werden, indem die Induktivität L: Xl = 27πfL bekannt ist oder genauere Formeln für die Impedanz eines Parallelresonanzkreises verwendet werden, die in [3] angegeben sind. Wenn die Frequenz sinkt, stoppt der Balun ungefähr bei der Frequenz, bei der seine induktive Reaktanz in der gleichen Größenordnung liegt wie die charakteristische Impedanz des Kabels, betrachtet als Draht mit einem Durchmesser, der dem Durchmesser des Geflechts im freien Raum entspricht (400...600 Ohm). Abschließend stellen wir einige nützliche Techniken und Formeln aus [3] vor. Sie können für diejenigen nützlich sein, die ähnliche Geräte experimentieren oder berechnen. Die Kabellänge in einer Spule lässt sich einfach mit der Formel πDN ermitteln. Die Induktivität kann wie folgt berechnet werden: L = 2πN2D[lï(8D/d) -2]. Die Durchmesser der Spule D und des Außengeflechts des Kabels d werden in Zentimetern angegeben, die Induktivität in Nanohenry. Der Gütefaktor wird durch die Breite der Resonanzkurve 2Δf auf einem Niveau von 0,7 vom Maximum gemessen: Q = f0/2Δf. Die intrinsische Kapazität des C0-Baluns ist schwer zu berechnen, kann aber experimentell ermittelt werden. Wenn Sie einen zusätzlichen Kondensator mit bekannter Kapazität C1 an die Klemmen anschließen, verringert sich die Resonanzfrequenz und entspricht f1. Dann ist C0 = C1/[(f0/f1)2-1 ]. Mithilfe dieser Technik und Formeln wurde beispielsweise festgestellt, dass die Spuleninduktivität D = 10 cm, N = 4 3,2 μH beträgt und ihre eigene Kapazität 10 pF beträgt, was eine Resonanzfrequenz von 28 MHz ergibt, die mit der gemessenen übereinstimmt eins. Literatur
Autor: V.Polyakov
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