什么是巴伦,巴伦有几种类型

什么是巴伦?巴伦的作用是什么?

巴伦(英文:Balun)是平衡Balanced和不平衡Unbalanced转换器的英文音译。

众所周知,我们的业余电台输出是阻抗为50欧姆不平衡的,使用的传输线缆也是阻抗为50欧姆的不平衡馈线。

按照天线理论,偶极天线属于平衡型天线,而同轴电缆属于不平衡传输线缆,如果将其直接连接,则同轴电缆的外皮就有高频电流流过产生共模电流,这样一来,就影响到了天线的辐射(可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射。

按照同轴电缆传输原理,高频电流应在电缆内部流动,外皮是屏蔽层,是不应该有电流的)。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。2.巴伦的种类

我们可以把巴伦分为电流型(Current balun)和电压型(Voltage balun)两种。

电流型巴伦(Current balun)允许工作电流通过,扼制馈线上共模电流,不进行阻抗转换。

电压型巴伦(Voltage balun)除遏制馈线上的共模电流,还会进行阻抗的转换。

简单的说,电压型巴伦更像变压器,电流型巴伦更像扼流器。

电流型巴伦的形式 电流型巴伦从形式上又分为三种:

第一种“磁环巴伦”。通常使用锰锌铁氧体MXo,初始磁导率在800 ~ 2000之间,这是使用的较广泛的一种;

第二种“磁珠巴伦” (ferrite bead balun)。在馈线上套上若干个磁珠,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;

第三种“空心巴伦”。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之后做成的电流型巴伦。这种方式不受材料(磁环)限制,使用我们平常用的馈线就可以制作,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(比如在八木天线上就很常用、效果也好),如果用于多波段,最好不要超过一个倍频的使用范围,也就是3.5-7Mhz,或者7—14Mhz,或者14-28Mhz。

电压型巴伦的形式

除了八木天线使用的电流型巴伦,国内大多数天馈系统采用的还都是电压型巴伦,从形式上主要分为两种:

第一种“磁环巴伦”。它和电流型巴伦用锰锌铁氧体MXo不同,通常使用镍锌铁氧体NXO,初始磁导率60 ~ 100之间。“磁环巴伦”耐入功率相对“空心巴伦”较小,但是带宽相对较宽。这种电压型巴伦是基于传输线变化器的平衡不平衡变化,同时具备阻抗变换作用,兼有扼流式和磁耦合式的特征,是目前使用的最广泛的一种;

第二种“空心巴伦”。采用三线并饶的电压型巴伦,可耐较大功率,但是带宽相对“磁环巴伦”较窄。

### 宽带巴伦在天线中的作用 宽带巴伦(Balun)是一种用于平衡信号传输的关键器件,在天线系统中起到至关重要的作用。其主要功能是实现不平衡信号到平衡信号之间的转换,或者反之亦然。这种转换对于减少电磁干扰、提高系统的效率以及优化阻抗匹配具有重要意义[^1]。 具体来说,宽带巴伦作用可以概括为以下几个方面: - **阻抗变换**:通过调整输入端和输出端的阻抗特性,使天线能够更好地与馈电网络相匹配,从而降低反射损耗并提升能量传递效率。 - **模式转换**:将单端信号转化为差分信号形式,有助于抑制共模噪声,增强射频电路的整体性能。 - **极化控制**:某些类型巴伦还参与调节电磁波的偏振状态,这对于双极化或多极化的现代通信天线尤为重要。 ### 工作原理分析 宽带巴伦的工作机制基于变压器理论及其衍生技术。它利用磁耦合效应来完成不同导体间电流分布形态的变化过程。典型的结构包括但不限于螺旋型、折叠偶极子型以及微带线过渡等形式。这些设计方案均旨在拓宽操作频率范围的同时保持良好的电气特性和机械稳定性。 以一种常见的宽带集成巴伦为例说明其内部运作机理:该装置由多个级联的LC谐振腔构成,每一个独立单元都针对特定中心频率进行了精确调校;当高频交流电压施加于初级绕组两端时,次级绕组会产生相应的感应电动势,此过程中伴随着必要的幅度比例缩放和平移处理,最终形成适配下游负载需求的理想输出波形参数集合[^1]。 ```python # 示例代码展示如何模拟简单理想条件下巴伦的功能仿真模型构建思路 import numpy as np def balun_simulation(frequency_range=np.linspace(1e9, 6e9, num=500)): impedance_ratio = [] for freq in frequency_range: Zin = complex_function_of(freq) # 输入阻抗计算函数 Zout = another_complex_func(freq) # 输出阻抗计算函数 ratio = abs(Zout / Zin) impedance_ratio.append(ratio) return frequency_range, np.array(impedance_ratio) frequency_data, ratios = balun_simulation() print("Frequency vs Impedance Ratio:", list(zip(frequency_data/1e9, ratios))) ``` 以上脚本片段展示了通过编程手段探索某类假定条件下的巴伦行为特征曲线绘制方法论框架示意。
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