Balun
Dans la communication par radiofréquence (RF), garder les signaux clairs et forts est une priorité absolue.Un appareil qui joue un grand rôle dans ce processus est le Balun.Un balun, qui signifie «équilibré à déséquilibré», aide à connecter deux types de systèmes différents - équilibrés et déséquilibrés - sans laisser le signal se faible ou bruyant.En réduisant les interférences, les baluns s'assurent que le signal reste propre et efficace lorsqu'il se déplace à travers différentes parties du système.Dans cet article, nous allons examiner de près les baluns, expliquant ce qu'ils font, les différents types disponibles et comment ils sont utilisés dans des situations réelles.Cela vous donnera une meilleure compréhension des raisons pour lesquelles ils sont si utiles dans les systèmes d'antennes RF.Catalogue
Figure 1: Balun
Qu'est-ce qu'un balun?
Un balun, abrégé pour «équilibré à déséquilibré», est un appareil qui permet aux signaux de se déplacer entre deux types de systèmes: équilibré et déséquilibré.Dans un système équilibré, le signal parcourt deux fils avec des tensions égales mais opposées, réduisant le bruit.Dans un système déséquilibré, un seul fil transporte le signal, avec le sol comme référence, le rendant plus sujet au bruit.
Le travail du Balun consiste à convertir les signaux entre ces systèmes sans perdre la force du signal ni ajouter du bruit.Il utilise une conception spéciale avec des bobines métalliques autour d'un noyau magnétique pour correspondre aux propriétés électriques entre les deux systèmes, assurant un transfert de signal en douceur.
Les baluns sont couramment utilisés dans la communication par radiofréquence (RF), en particulier avec les antennes.Par exemple, une antenne dipolaire équilibrée se connecte souvent à un câble coaxial déséquilibré via un balun pour éviter les problèmes de signal.Sans balun, le signal pourrait affaiblir ou ramasser le bruit, réduisant la qualité.
Les baluns aident également dans d'autres domaines comme les antennes de diffusion et la transmission vidéo, gardant les signaux clairs et forts pendant la conversion.En résumé, un balun garantit que les signaux se déplacent en douceur et restent clairs lors de la transition entre les systèmes équilibrés et déséquilibrés.
Pourquoi les baluns sont-ils nécessaires?
Figure 2: Antenne Balun
Les baluns sont des éléments importants des systèmes d'antenne, faisant des emplois qui aident le système à mieux fonctionner et plus efficacement.
Arrêt du rayonnement indésirable ou du ramassage du signal: Lorsque vous connectez une antenne équilibrée directement à un câble coaxial déséquilibré, la partie extérieure du câble coaxial peut accidentellement envoyer ou ramasser des signaux.Cela peut entraîner des interférences lors de la réception du signal ou provoquer un rayonnement indésirable lors de la transmission.Les baluns réparent ceci en s'assurant que le câble coaxial fonctionne correctement, réduisant considérablement ces problèmes.
Garder le modèle de rayonnement de l'antenne: Sans balun, le rayonnement involontaire ou le ramassage de signal par le câble coaxial peut gâcher le modèle de rayonnement conçu de l'antenne, conduisant à de moins performances.En utilisant un balun, le modèle de rayonnement de l'antenne reste le même, protégeant les performances et la direction du signal.
Réduire le rayonnement RF près de l'émetteur: Parfois, les signaux RF peuvent provenir de la mangeoire au lieu de l'antenne, provoquant des interférences autour de l'émetteur.Cela peut être particulièrement gênant dans les systèmes de transmission de données, où l'interférence RF peut gâcher les connexions entre l'émetteur et d'autres appareils.Un balun aide à cela en s'assurant que les signaux RF sont envoyés dans la bonne façon, en réduisant les chances d'interférence.
Types de baluns dans les systèmes d'antenne RF
Les baluns sont des dispositifs utilisés dans les systèmes d'antennes RF (radiofréquence) pour modifier les signaux entre les lignes équilibrées et déséquilibrées.Il existe différents types de baluns, chacun conçu pour répondre aux besoins spécifiques de ces systèmes.Voici un aperçu détaillé des différents types:
Balun de transformateur
Figure 3: Balun Transformateur
Un balun de transformateur est un type commun et largement utilisé dans les systèmes RF.Il a deux enroulements, ou bobines séparés, enroulés autour d'un noyau de ferrite.Ces enroulements gardent les côtés équilibrés et déséquilibrés du système séparés les uns des autres, ce qui aide à prévenir les interférences et maintient le signal clair.La façon dont le transformateur ajuste l'impédance (qui est une sorte de résistance électrique) dépend du nombre de virages dans les deux enroulements.Par exemple, si un enroulement a deux fois plus de virages que l'autre, il peut correspondre à une impédance de 100 ohms du côté équilibré à 50 ohms du côté déséquilibré.Cette fonctionnalité le rend utile pour faire correspondre différents niveaux d'impédance.
Balun autotransformateur
Figure 4: Balun Autotransformateur
Le Balun Autotransformateur est différent du transformateur Balun car il utilise un seul enroulement pour modifier le signal.Cette conception unique permet un chemin de courant direct (DC) vers le sol pour toutes les connexions, ce qui aide à libérer en toute sécurité l'électricité statique qui peut s'accumuler sur les antennes externes.Le balun autotransformateur est souvent utilisé dans les systèmes où avoir une connexion à la terre est très important pour la sécurité et la fonction appropriée.Parce qu'il n'a qu'un seul enroulement, ce balun est généralement plus simple et plus petit que les baluns de transformateur, bien qu'il puisse ne pas fournir le même niveau de séparation entre les côtés équilibrés et déséquilibrés.
RF Choke Balun
Figure 5: RF Choke Balun
Un Bake Balun RF fonctionne en augmentant l'inductance (qui résiste aux changements de courant) sur le conducteur extérieur d'un câble coaxial.Cette inductance accrue aide à bloquer les signaux RF indésirables en voyageant le long du conducteur, ce qui peut provoquer des interférences et réduire les performances du système d'antenne.Une façon courante de fabriquer un balust de starter RF consiste à enrouler le câble coaxial au point où il se connecte à l'antenne, en créant un «étranglement de la ligne d'alimentation».Cette méthode est simple et efficace pour améliorer les performances.Une autre méthode consiste à enrouler le câble coaxial autour d'un noyau de ferrite toroïdal, ce qui augmente encore l'inductance et fournit un starter fort.
Courant vs baluns de tension
Figure 6: Balun actuel
Un balun de courant fonctionne en garantissant que le courant égal passe à travers les deux côtés d'une charge équilibrée.Ce solde empêche les courants en mode commun qui peuvent provoquer une distorsion et une interférence du signal.Le balun actuel y parvient en utilisant une conception qui oblige le courant dans chaque conducteur à égal et opposé, comme avec les enroulements bifilaires ou les câbles coaxiaux enroulés autour d'un noyau de ferrite.Cette configuration minimise non seulement le potentiel de rayonnement de la ligne d'alimentation, mais aide également à maintenir l'intégrité du signal transmis.
La conception actuelle de Balun le rend très efficace dans les applications où l'objectif principal est de s'assurer que la charge équilibrée reçoit des courants égaux et opposés, ce qui est nécessaire pour réduire les interférences et la dégradation du signal.Cette caractéristique rend le balun actuel particulièrement adapté aux systèmes d'antenne.
Figure 7: Balun de tension
D'un autre côté, un balun de tension est conçu pour garantir que les deux côtés d'une charge équilibrée expérimentent la tension égale.Le balun de tension le fait en imposant des tensions égales des deux côtés de la charge, mais elle ne garantit pas nécessairement que les courants sont égaux.Cela peut être problématique car les courants inégaux peuvent conduire à des courants en mode commun, qui sont moins souhaitables dans les applications RF en raison du potentiel d'interférence et de perte de signal.Les baluns de tension sont souvent moins efficaces pour prévenir ces problèmes par rapport aux baluns actuels, c'est pourquoi ils sont moins couramment utilisés dans les systèmes d'antennes à haute performance.Cependant, ils peuvent toujours trouver une application dans des situations où l'équilibre de tension est plus critique que l'équilibre actuel, bien que ces scénarios soient moins fréquents dans les applications RF.
Comment fonctionne dose un balun?
Le concept de base d'un balun
Figure 8: mangeur déséquilibré à équilibré et mangeoire équilibré à déséquilibré
Une antenne ou une mangeoire équilibrée a deux fils transportant des courants égaux mais dans des directions opposées, tandis qu'un câble coaxial déséquilibré a un fil avec un bouclier mis à la terre.Pour connecter ces deux systèmes sans causer de problèmes, un balun les maintient séparés.
Cette séparation se fait à travers un transformateur, une partie principale à l'intérieur du balun.Le transformateur a deux ensembles de bobines, l'une connectée au système équilibré et l'autre au système déséquilibré.Les bobines sont conçues pour empêcher la mise à la terre du système déséquilibré d'affecter le système équilibré.En termes simples, le Balun s'assure que le système équilibré fonctionne indépendamment et n'est pas dérangé par le câble déséquilibré.
Correspondance d'impédance et bande passante
Figure 9: correspondance d'impédance
Ce diagramme montre comment la correspondance d'impédance fonctionne dans un système de communication radio, aidant à garantir que le signal se déplace en douceur entre différentes parties comme l'antenne, le filtre de pass de bande (BPF) et l'émetteur-récepteur.Les baluns, qui sont des transformateurs, jouent un rôle majeur dans l'ajustement de l'impédance entre ces parties.Par exemple, l'antenne a une impédance de 400 ohms, et le balun le change à 50 ohms pour correspondre à la ligne de transmission et au BPF.Le BPF filtre le signal, permettant uniquement aux fréquences souhaitées de passer.Après filtrage, un autre balun ajuste l'impédance pour correspondre à la résistance de 200 ohms de l'émetteur-récepteur.
Les baluns font plus que connecter différents systèmes;Ils aident également à faire correspondre la résistance de l'antenne ou du mangeur à la norme à 50 ohms standard du câble coaxial.La correspondance est importante car si l'impédance n'est pas correctement alignée, le signal peut rebondir, provoquant une efficacité réduite et une perte de signal potentielle.Les baluns sont conçus pour ajuster la résistance pour un meilleur transfert de signal avec une perte minimale.Cependant, ils ne fonctionnent bien que dans une certaine gamme de fréquences, connues sous le nom de bande passante.Pour que le Balun fonctionne correctement, sa bande passante doit couvrir toute la gamme de fréquences que l'antenne ou le système utilise.Une bande passante plus large permet au Balun de gérer différentes fréquences sans perdre de performances, aidant le système à fonctionner efficacement.
Applications pratiques et considérations des baluns dans les systèmes d'antenne
Systèmes d'antenne et utilisation de Balun
Figure 10: Balun pour les systèmes d'antenne
Les baluns sont couramment utilisés dans les systèmes d'antennes, en particulier avec les antennes dipolaires.Dans ces configurations, le balun est placé au point où l'antenne se connecte au câble coaxial.Le travail principal du balun ici est de relier les parties équilibrées de l'antenne dipolaire au câble coaxial déséquilibré.Cette connexion est nécessaire car les antennes dipolaires ont naturellement des courants égaux et opposés de chaque côté, tandis que les câbles coaxiaux ne transportent le courant que sur le fil intérieur.Le Balun s'assure que ces deux systèmes différents fonctionnent bien ensemble, aidant le signal à passer sans problèmes.
Sans balun, la connexion directement de l'antenne au câble peut provoquer des problèmes tels que la réflexion du signal, les interférences et l'efficacité réduite.Le Balun aide à prévenir ces problèmes en gardant la correspondance électrique entre l'antenne et le câble, ce qui réduit la perte de signal et permet au système d'antenne de fonctionner correctement.
Montage et protection contre les intempéries pour les baluns extérieurs
Figure 11: Balun résistant aux intempéries pour les systèmes d'antennes extérieures
Lorsque vous utilisez des baluns dans des systèmes d'antennes extérieurs, ils doivent être construits pour gérer les conditions météorologiques difficiles.Le soleil, la pluie, la chaleur et le froid peuvent affecter le fonctionnement d'un balum s'il n'est pas correctement protégé.Pour que le Balun fonctionne bien, il doit être scellé correctement pour empêcher l'eau d'entrer à l'intérieur.L'eau à l'intérieur d'un balun peut provoquer des courts circuits ou changer son fonctionnement, entraîner une perte de signal ou même faire en sorte que le système d'antenne arrête de fonctionner.
De plus, la façon dont le balun est attaché doit inclure des fonctionnalités qui soulagent la tension.Le soulagement de la contrainte est important car il empêche le stress physique sur les connexions de Balu, qui pourraient autrement s'user au fil du temps et entraîner une défaillance.Par exemple, dans des vents forts, le système d'antenne peut se déplacer, mettant le stress sur le balun.Un soulagement de la contrainte bien conçu protégera les connexions, en s'assurant que le Balun reste en toute sécurité et continue de travailler correctement même dans ces conditions.
Conclusion
Les baluns sont des parties utiles des systèmes d'antennes RF qui aident les signaux à se déplacer en douceur entre les systèmes équilibrés et déséquilibrés tout en les gardant à l'écart du bruit et des interférences.Qu'il s'agisse d'un Balun Transformateur, d'un balun autotransformateur ou d'un BALUM RF, chaque type a un travail spécifique qui aide le système d'antenne à mieux fonctionner.Savoir comment les baluns fonctionnent et utiliser le bon peuvent rendre votre système de communication RF plus efficace et plus fiable.Comme nous l'avons discuté, les baluns aident à correspondre à différentes parties du système, à arrêter les signaux indésirables et à maintenir correctement l'antenne.En choisissant le bon balun, vous pouvez vous assurer que vos signaux RF restent forts et clairs, ce qui conduit à de meilleures performances globales.
Questions fréquemment posées [FAQ]
1. Où doit être placé un balun?
Un balun doit être placé où une antenne équilibrée, comme un dipôle, se connecte à une ligne de transmission déséquilibrée, comme un câble coaxial.Cet endroit est le meilleur endroit pour s'assurer que le signal se déplace en douceur et ne ramasse pas le bruit ou les interférences.
2. Ai-je besoin d'un balun pour un dipôle?
Oui, vous avez besoin d'un balun pour une antenne dipolaire lorsqu'il est connecté à une ligne de transmission déséquilibrée, comme un câble coaxial.Le balun aide à empêcher le signal de se déformer ou de ramasser des interférences, permettant au dipôle de fonctionner correctement.
3. Quel est le type de balun le plus courant?
Le type de balun le plus courant est le transformateur balun.Il est largement utilisé dans les systèmes RF pour aider à faire correspondre la connexion entre les pièces équilibrées et déséquilibrées, en s'assurant que le signal reste clair.
4. Un balun est-il juste un transformateur?
Un balun n'est pas seulement un transformateur, bien que de nombreux baluns fonctionnent comme des transformateurs.Un balun peut également utiliser d'autres conceptions, comme un autotransformateur ou un starter RF, pour équilibrer et déséquilibrer les signaux.
5. Quels sont les différents types de baluns?
Les différents types de baluns comprennent des baluns de transformateurs, des baluns de transformateur autotransformateur et des baluns d'étranglement RF.Chaque type est fait pour des utilisations spécifiques et a différentes façons d'équilibrer ou de déséquilibrer le signal.