綜述
BALUN 是人部雙向式的平衡至非平衡轉換器,可用於擴聲級或半專業音響設備的非平衡輸出,轉換到專業及廝播級的平衡輸入, 亦可反過來使用。
平衡接頭設有XLRF-3卡農母頭及相連的XLRM-3卡農公頭,可作平衡輸入及輸出,內置一級質量的歐洲名廠音頻變壓器,把信號隔離轉換到非平衡的蓮花插座及相連的6.3mm插座。
非平衡部份設有地線連線開關,可幫助解決因地線迴路產生的噪音。將開關推向左時,地線會設於高阻抗狀態:將開關推向右時,地線會設定為連線。
BALUN 平衡至非平衡轉換器,是以最高質量的音頻規格來設計,合適高音質擽現的要求使用。
此外,BALUN在天線設計(如雙偶極子天線)中負責將不平衡傳輸線轉化為平衡負載!這樣使得天線的方向圖達到對稱!
平衡轉換器是連線平衡傳輸線和非平衡傳輸線的設備。平衡轉換器是一種變壓器:它可以把非平衡信號轉化為平衡信號,反之亦可。平衡轉換器隔離傳輸線,提供平衡輸出。平衡轉換器的典型套用就是電視機的天線設備(antenna)。它的專業術語即來源於平衡與非平衡。
在平衡轉換器中有一對平衡的終端設備,電流在數值上相等,但相位相反。另外還有一對不平衡的終端設備,其中一端接地,另一端傳送信號。平衡轉換器廣泛套用於無線通信和電纜通信中。
實現方式
巴侖(Balun)是英文“平衡-不平衡變換器”縮寫的音譯。它的作用除了平衡-不平衡變換之外,同時還視乎巴侖的形式、結構,可以進行1:1、4:1、6:1、9:1、25:1等比值的阻抗轉換。原理是按天線理論,偶極天線屬平衡型天線,而同軸電纜屬不平衡傳輸線,若將其直接連線,則同軸電纜的外皮就有高頻電流流過(按同軸電纜傳輸原理,高頻電流應在電纜內部流動,外皮是禁止層,是沒有電流的),這樣一來,就會影響天線的輻射 (可以想像成電纜的禁止層也參與了電波的輻射)。因此,就要在天線和電纜之間加入平衡不平衡轉換器,把流入電纜禁止層外部的電流扼制掉,也就是說把從振子流過電纜禁止層外皮的高頻電流截斷。 要達到這樣的目的有很多種辦法:
一種是高頻開路法,在電纜禁止層外皮四分之一波長處接一個四分之一波長的套筒(等於效四分之一波長的開路線),因四分之一波長開路線對該頻率視為開路,達到截斷高頻電流的作用,這種辦法,工作頻寬窄,頻率低時四分之一波長套筒就顯得很長,適合大功率高頻率使用。
另一種是抵消法,想辦法使流入的電流大小相等方向相反而互相抵消,套用較多的用磁環三線繞的平衡不平衡轉換器就屬這種,這種頻帶較寬,使用但大功率時受磁環磁飽和的限制,適合低頻率小功率使用。
再一種是變壓器法,通過高頻變壓器實現平衡不平衡轉換,原理就像推輓輸出變壓器一樣,把雙向平衡電流變換成單向不平衡電流。變壓器可採用磁心或空心繞成,適用大功率使用。
還有一種是抑制法,振子經過一高頻扼流圈接電纜禁止層外皮,阻止高頻電流流向電纜禁止層外皮,此法比較簡單,就是把電纜繞十圈左右,繞在磁環上更好,空心也沒關係,一般是頻率低繞多幾圈,頻率高小繞幾圈。但抑制效果沒有前述幾種好,因此前面幾種多用於專業套用,這種業餘套用較多。
要記住的是我們只是截斷禁止層外皮的高頻電流,並不是截斷流向禁止層的所有高頻電流(要這樣的話把振子和電纜皮斷開就得了),高頻電流是在禁止層的裡面流的。形象一點可以把電纜想像成水管,本來應該是水都在水管里流,如不加巴倫,水不單在水管里流,而且有一部分還流到管子的外皮。巴倫的作用就是防止跑、冒、滴、漏,迫使水都在水管里流,難言之隱,一用了之!
常見電台輸出常為不平衡型,常見垂直天線也為不平衡型,如R7000等(垂直極化的偶極天線等是平衡輸入)一般不用巴侖,阻抗匹配主要通過匹配電路來調整,地網和天線振子夾角的變化也能影響輸入阻抗。對於常見的倒V天線用的巴侖來說,它只起到不平衡->平衡變換的作用,它的阻抗比是1:1。特定高度的諧振在目標頻率上的倒V天線的阻抗調整,一般通過改變天線的夾角來實現。省去常見的倒V天線的巴侖,直接對天線饋電,雖然有時未必會造成駐波比的明顯劣化,但是饋線外層網線會有電流,饋線外層網線也參與輻射,形成一個實質為三條輻射振子的輻射體。這將會導致天線輻射圖的改變,改變饋線的長度就會改變天線的駐波比。由於饋線輻射的存在,接近接電台饋線的電視、電話等,常會有TVI、TEL-I等RFI。
類型
巴倫可以分為電流型巴倫和電壓型巴倫:
電流型巴倫有三種形式:
一種是繞在磁環上的(但是和電壓型巴倫用鎳鋅鐵氧體NXO不同,電流型通常是用錳鋅鐵氧體MXo,初始磁導率在800-2000之間),這是用的最廣泛的一種,有些人也稱它為W8JI電流型巴倫;
第二種是在饋線、也就是同軸電纜上套上若干個磁珠(幾十個),磁珠的材料和一般EMI磁珠一樣,初始導磁率大概也在2000左右,只是內徑大一些,可以套在同軸電纜外面,其工作原理和抑制(衰減)電磁干擾的EMI磁珠一樣,這種被成為磁珠巴倫(ferrite bead balun)或者W2DU型電流巴倫(w2du style current balun)——w2du發明的;
第三種,就是用同軸電纜繞若干圈之後做成的電流型巴倫,這種方式不受材料(磁環)限制,就地取材,每個人都可以做,而且很容易成功,損耗也比較小,但是覆蓋的頻率範圍比較窄,用於單波段效果最好(比方在yagi上就很常用、效果也好),如果用於寬波段,最好不要超過一個倍頻程,也就是3.5-7Mhz,或者7—14Mhz,或者14-28Mhz。同軸電纜的電流型巴倫有兩種方法:亂繞(堆疊)和整齊排布,後者效果更好。找一個合適直徑的圓筒做骨架,把同軸電纜整齊的繞在上面,固定,即可。
電流型巴倫有時稱為current balun(這個比較正式),有時稱為chokebalun或choke,甚至有人直接叫它filter或filterbalun(這裡choke是阻塞、阻斷的意思,不是陷波器,陷波器通常是用trap這個詞),因為電流型巴倫的目的是阻斷(濾除)饋線上的共模電流。
除了八木,國內大多數場合採用的是電壓型巴倫,相比之下,電流型巴倫性能比電壓型巴倫好得多,所以,如果你要使用巴倫,即使在沒有合適磁環的情況下也應該按照上面連結的介紹用同軸電纜做一個電流型巴倫,要不,你就乾脆不用巴倫。
常用的三線並繞和空心巴倫都是電壓型巴倫,根據很多ham的研究結果(有些人水平很高、使用的也都是矢量網路分析儀一類的,叫他們業餘無線電愛好者不太合適,應該叫職業愛好者)電壓型巴倫只有在天線非常對稱的時候才有作用,比方說dippole的兩個振子的長度、角度、高度、與周圍物體的距離等等,實際上我們通常是做不到的。所以,我覺得要不然就乾脆不用巴倫,要用就電流型的——不用巴倫直接後果是天線方向畸變,如果你不在乎方向的話不用巴倫也沒有太大危害。(也有一群愛好者堅稱巴倫沒用—除了八木)
有一種情況下電壓巴倫是有用的,就是配天調,天線寬波段使用是阻抗變化極大,電流型巴倫在負載阻抗和饋線接近時作用才明顯,所以天調和對稱天線間需要一個電壓巴倫。
簡單的說,電壓巴倫更像變壓器,電流巴倫更像扼流器