大家一起来认识：巴伦（BALUN）

卡哥 · 发表于 2018-6-28 10:09:29

大家一起来认识：巴伦（BALUN）
BALUN在天线设计（如双偶极子天线）中负责将不平衡传输线转化为平衡负载！这样使得天线的方向图达到对称！平衡转换器是连接平衡传输线和非平衡传输线的设备。平衡转换器是一种变压器：它可以把非平衡信号转化为平衡信号，反之亦可。平衡转换器隔离传输线，提供平衡输出。平衡转换器的典型应用就是电视机的天线设备。它的专业术语即来源于平衡与非平衡。在平衡转换器中有一对平衡的终端设备，电流在数值上相等，但相位相反。另外还有一对不平衡的终端设备，其中一端接地，另一端传送信号。平衡转换器广泛应用于无线通信和电缆通信中。　　巴仑(Balun)是英文“平衡－不平衡变换器”缩写的音译。它的作用除了平衡－不平衡变换之外，同时还视乎巴仑的形式、结构，可以进行1:1、4:1、6:1、9:1、25:1等比值的阻抗转换。原理是按天线理论，偶极天线属平衡型天线，而同轴电缆属不平衡传输线，若将其直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过（按同轴电缆传输原理，高频电流应在电缆内部流动，外皮是屏蔽层，是没有电流的），这样一来，就会影响天线的辐射（可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射）。因此，就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器，把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。要达到这样的目的有很多种办法：一种是高频开路法，在电缆屏蔽层外皮四分之一波长处接一个四分之一波长的套筒（等于效四分之一波长的开路线），因四分之一波长开路线对该频率视为开路，达到截断高频电流的作用，这种办法，工作带宽窄，频率低时四分之一波长套筒就显得很长，适合大功率高频率使用。另一种是抵消法，想办法使流入的电流大小相等方向相反而互相抵消，应用较多的用磁环三线绕的平衡不平衡转换器就属这种，这种频带较宽，使用但大功率时受磁环磁饱和的限制，适合低频率小功率使用。　　再一种是变压器法，通过高频变压器实现平衡不平衡转换，原理就像推挽输出变压器一样，把双向平衡电流变换成单向不平衡电流。变压器可采用磁心或空心绕成，适用大功率使用。还有一种是抑制法，振子经过一高频扼流圈接电缆屏蔽层外皮，阻止高频电流流向电缆屏蔽层外皮，此法比较简单，就是把电缆绕十圈左右，绕在磁环上更好，空心也没关系，一般是频率低绕多几圈，频率高小绕几圈。但抑制效果没有前述几种好，因此前面几种多用于专业应用，这种业余应用较多。要记住的是我们只是截断屏蔽层外皮的高频电流，并不是截断流向屏蔽层的所有高频电流（要这样的话把振子和电缆皮断开就得了），高频电流是在屏蔽层的里面流的。形象一点可以把电缆想象成水管，本来应该是水都在水管里流，如不加巴伦，水不单在水管里流，而且有一部分还流到管子的外皮。巴伦的作用就是防止跑、冒、滴、漏，迫使水都在水管里流。常见电台输出常为不平衡型，常见垂直天线也为不平衡型，如R7000等(垂直极化的偶极天线等是平衡输入)一般不用巴仑，阻抗匹配主要通过匹配电路来调整，地网和天线振子夹角的变化也能影响输入阻抗。对于常见的倒V天线用的巴仑来说，它只起到不平衡－>平衡变换的作用，它的阻抗比是1:1。特定高度的谐振在目标频率上的倒V天线的阻抗调整，一般通过改变天线的夹角来实现。省去常见的倒V天线的巴仑，直接对天线馈电，虽然有时未必会造成驻波比的明显劣化，但是馈线外层网线会有电流，馈线外层网线也参与辐射，形成一个实质为三条辐射振子的辐射体。这将会导致天线辐射图的改变，改变馈线的长度就会改变天线的驻波比。由于馈线辐射的存在，接近接电台馈线的电视、电话等，常会有TVI、TEL-I等RFI。　　
巴伦可以分为电流型巴伦和电压型巴伦,电流型巴伦有三种形式：
一种是绕在磁环上的（但是和电压型巴伦用镍锌铁氧体NXO不同，电流型通常是用锰锌铁氧体MXo，初始磁导率在800－2000之间），这是用的最广泛的一种，有些人也称它为W8JI电流型巴伦；　　
第二种是在馈线、也就是同轴电缆上套上若干个磁珠（几十个），磁珠的材料和一般EMI磁珠一样，初始导磁率大概也在2000左右，只是内径大一些，可以套在同轴电缆外面，其工作原理和抑制（衰减）电磁干扰的EMI磁珠一样，这种被成为磁珠巴伦（ferrite bead balun）或者W2DU型电流巴伦（w2du style current balun）——w2du发明的；

第三种，就是用同轴电缆绕若干圈之后做成的电流型巴伦，这种方式不受材料（磁环）限制，就地取材，每个人都可以做，而且很容易成功，损耗也比较小，但是覆盖的频率范围比较窄，用于单波段效果最好（比方在yagi上就很常用、效果也好），如果用于宽波段，最好不要超过一个倍频程，也就是3.5-7Mhz,或者7—14Mhz，或者14－28Mhz。同轴电缆的电流型巴伦有两种方法：乱绕（堆叠）和整齐排布，后者效果更好。找一个合适直径的圆筒做骨架，把同轴电缆整齐的绕在上面，固定，即可。
电流型巴伦有时称为current balun（这个比较正式），有时称为chokebalun或choke，甚至有人直接叫它filter或filterbalun（这里choke是阻塞、阻断的意思，不是陷波器，陷波器通常是用trap这个词），因为电流型巴伦的目的是阻断（滤除）馈线上的共模电流。
除了八木，国内大多数场合采用的是电压型巴伦，相比之下，电流型巴伦性能比电压型巴伦好得多，所以，如果你要使用巴伦，即使在没有合适磁环的情况下也应该按照上面链接的介绍用同轴电缆做一个电流型巴伦，要不，你就干脆不用巴伦。
常用的三线并绕和空心巴伦都是电压型巴伦，根据很多ham的研究结果（有些人水平很高、使用的也都是矢量网络分析仪一类的，叫他们业余无线电爱好者不太合适，应该叫职业爱好者）电压型巴伦只有在天线非常对称的时候才有作用，比方说dippole的两个振子的长度、角度、高度、与周围物体的距离等等，实际上我们通常是做不到的。所以，我觉得要不然就干脆不用巴伦，要用就电流型的——不用巴伦直接后果是天线方向畸变，如果你不在乎方向的话不用巴伦也没有太大危害。（也有一群爱好者坚称巴伦没用—除了八木）
有一种情况下电压巴伦是有用的，就是配天调，天线宽波段使用是阻抗变化极大，电流型巴伦在负载阻抗和馈线接近时作用才明显，所以天调和对称天线间需要一个电压巴伦。　　
简单的说，电压巴伦更像变压器，电流巴伦更像扼流器.

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