Простой однополосный балун на 50 Ом

Прежде чем выбрать balun для вашего проекта, оцените последствия, которые дают многочисленные подходы в различных источниках, например, с точки зрения пропускной способности, простоты, стоимости, веса, ветровой нагрузки, гидроизоляции, отношения импедансов, наличия излучающих оплёток и т.д.

Описанный здесь балун подходит для МОНОполосных антенн с сопротивлением 50 Ом, которые часто могут быть удачным выбором. Хотя автор пока не встречал упоминаний об этой концепции в журналах или книгах, вполне возможно, что кто-то другой уже использовал её до этого, в любом случае, кажется целесообразным кратко рассмотреть решение, которое не освещается в общепринятых технических источниках.

Предлагаемая концепция

Описанное решение можно рассматривать как модификацию широко известного балуна, показанного на рис. 1. Однако он подходит только для антенн с сопротивлением 200 Ом (для расчёта физической длины отрезка коаксиального кабеля с задержкой обратитесь к справочнику ARRL Radio Amateur’s Handbook).

Рис. 1. Известный 200-омный балун

Идеальную и симметричную антенну сопротивлением 200 Ом можно представить как два последовательно соединенных резистора по 100 Ом, точка соединения которых находится на нулевом потенциале, то есть на том же потенциале, что и оплётка коаксиального кабеля.

Секция задержки длиной в половину длины волны, обеспечивающая необходимый сдвиг фазы на 180 градусов, может рассматриваться как нагруженная на 100 Ом (что вызывает КСВ 2:1 на этой секции); благодаря своей длине в половину длины волны, полное сопротивление, видимое на другом её конце, по-прежнему составляет 100 Ом.

Таким образом, линия передачи оказывается правильно согласованной с двумя параллельно соединенными резисторами по 100 Ом, что составляет 50 Ом.

Некоторые авторы рекомендуют физически соединять оплётку кабеля с конструкцией антенны (например, с траверсой), другие — нет; теоретически, при идеально симметричной антенне такое соединение не требуется (по этой причине оно показано пунктирной линией на рис. 1).

Тем не менее, если антенна окажется несимметричной по какой-либо причине (например, из-за неровного заземления), вышеупомянутая альтернатива может привести к некоторым небольшим различиям:

• Если оплётка подключена к конструкции антенны, нагрузка, воспринимаемая линией передачи, несколько изменится. Например, если две точки питания антенны покажут 140 Ом и 60 Ом относительно потенциала земли (в сумме все те же 200 Ом), то общая нагрузка, воспринимаемая линией передачи, составит 42 Ом. Этот пример показывает, что даже очень сильный дисбаланс вызовет лишь умеренное КСВ (около 1,19:1) на линии передачи.
• Если же оплётка будет оставлена плавающей, согласование импедансов останется идеальным, но оплётка кабеля вблизи излучающего элемента (на длине около четверти длины волны) перестанет быть «холодной», что приведёт к некоторому приёму с направления, обычно ортогонального желаемому (при условии, что линия передачи идет вдоль стрелы), что потенциально снижает отношение фронт/тыл антенны.

По мнению автора, существует несколько причин, по которым подключение оплётки коаксиального кабеля к конструкции антенны является предпочтительным решением.

Рассмотрим предложенный балансный трансформатор, схематично изображенный на рис. 2. Здесь 50-омная антенна снова представлена как два последовательно соединенных 25-омных резистора.

Рис. 2. Предлагаемый балун

Адаптирующие секции длиной λ/4 и 3λ/4 оказываются нагруженными на 25 Ом (КСВ на этих секциях составляет 2:1). Поскольку длина обеих секций является нечётным кратным λ/4, импеданс, видимый на других концах, составляет ровно 100 Ом. Это приводит к тому, что линия передачи снова корректно нагружается на два параллельно соединённых 100-омных резистора, то есть на 50 Ом. Разница в длине между секциями λ/4 и 3λ/4 обеспечивает необходимый сдвиг фазы на 180 градусов.

Выводы

Предложенное решение, применимое только к однодиапазонным антеннам, обладает следующими основными преимуществами:

• простота изготовления;
• простота гидроизоляции;
• простота монтажа (нет участков, где оплётка может быть «горячей», «под напряжением»);
• идеальная компенсация любого дисбаланса антенны относительно земли;
• отсутствие необходимости проектировать антенну специально для импеданса 200 Ом (что, однако, не всегда можно считать недостатком).

Основным недостатком по сравнению с известным 200-омным балуном является дополнительная стоимость, вес и ветровая нагрузка от разъёмов и дополнительного коаксиального кабеля. В связи с этим:

• С точки зрения стоимости, в общей сложности следует учитывать дополнительную длину кабеля в полволны.
• С точки зрения веса и ветровой нагрузки, можно учесть только дополнительную длину кабеля в четверть волны (четвертьволновая согласующая секция, проходящая вдоль стрелы и, возможно, также вдоль мачты, позволяет соответственно укоротить линию передачи).

Таким образом, можно сделать вывод, что предлагаемый балун может оказаться удобным решением для области малых длин волн, скажем, выше 15 или 20 МГц, поскольку дополнительные участки кабеля могут иметь умеренную длину.

I0JX — K0JX