Qué es un Balun: Balun de antena RF
Los baluns se utilizan en muchas áreas para realizar la transición entre escenarios equilibrados y desequilibrados: un área clave es la radiofrecuencia y aplicaciones de RF para antenas.
Baluns y Ununs de antena RF Incluye:
Conceptos básicos del Balun de antena Conceptos básicos actuales del Balun Unun
Los baluns de RF se utilizan con muchas antenas y sus alimentadores para transformar una línea o alimentación equilibrada en una desequilibrada.
Hay problemas cuando una antena balanceada, como un dipolo o una forma similar de antena, se alimenta directamente con un alimentador no balanceado como el coaxial.
El alimentador coaxial tiene muchas ventajas sobre el alimentador balanceado cuando se utiliza en VHF y superiores y también cuando se enruta el alimentador a través de un edificio o cerca de otros objetos.
Para obtener el mejor rendimiento y conveniencia general, es necesario convertir el alimentador balanceado o el punto de alimentación de la antena en un sistema no balanceado usando un balun.
Qué es un balun: definición
Los baluns se utilizan ampliamente con antenas y sistemas de antenas para comunicaciones por radio, transmisiones y muchas otras aplicaciones. Permiten obtener el mejor rendimiento de muchas formas de antena.
Es útil definir exactamente qué es un balun.
Definición de balún:
Un balun: balanceado a no balanceado es un dispositivo eléctrico que convierte entre una señal balanceada y una señal no balanceada, o línea de alimentación. Un balun puede adoptar muchas formas y puede incluir dispositivos que también transforman impedancias, pero no es necesario que lo hagan.
Aunque se utilizan ampliamente con antenas de RF, los baluns también se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones que incluyen: comunicaciones por línea eléctrica; conversión de comunicaciones de datos entre Cat 5, Cat 6, etc. y Twinax; vídeo donde se realiza una conversión entre un par trenzado y un cable coaxial, etc. Hay muchos otros usos para los baluns, pero estos son algunos de los principales.
Para usar con antenas de RF, se necesitan baluns cuando se usa una antena balanceada como un dipolo. La forma más cómoda de utilizar el alimentador es el cable coaxial, ya que se puede tender de forma mucho más cómoda a lo largo de torres o postes de antena, a lo largo del suelo y a través de edificios, etc., sin necesidad de preocuparse por afectar el rendimiento del cable coaxial.
El alimentador balanceado es muy bueno, normalmente tiene niveles de pérdida muy bajos, pero su funcionamiento depende del hecho de que fluyen corrientes iguales y opuestas en los dos cables, lo que permite que los campos se cancelen y la señal se transfiera con muy baja pérdida. Los objetos cercanos provocan que se perjudique el equilibrio y que los niveles de pérdida aumenten como resultado de la radiación de la señal, así como que aumenten los niveles de captaciones espurias a lo largo del cable, lo que puede dar lugar a interferencias no deseadas.
Para permitir que se realice la transición entre un punto de alimentación de antena balanceado, o un alimentador balanceado y un alimentador no balanceado, como un cable coaxial, se requiere un balun.
Una de las principales formas de antena equilibrada es la antena dipolo. Esta forma de antena de radio se utiliza en muchas aplicaciones de comunicaciones de radio por sí sola, así como dentro de otras formas de antena, como una antena Yagi (Yagi-Uda) y muchos otros tipos de antena de radio. Para que estas antenas balanceadas puedan alimentarse mediante cable coaxial, se suele incluir un balun de antena en el punto de alimentación.
Hay varias razones por las que se pueden necesitar baluns para un sistema de antena:
Evite la radiación/captación del conductor exterior coaxial: si se utiliza una antena balanceada y se alimenta directamente mediante un alimentador coaxial, se descubre que el exterior o el blindaje del coaxial puede irradiar y captar señales de radiofrecuencia. Para la recepción, esto puede significar que se pueden captar interferencias de aparatos eléctricos, etc. dentro de la casa, el edificio o simplemente cerca del alimentador. Para transmitir, puede significar que el alimentador irradiará una señal que podría causar interferencias y provocar pérdidas en el alimentador.
El uso de un balun garantiza que el alimentador coaxial funcione de la manera correcta y se logre el mejor rendimiento general para el sistema de antena.
A veces es posible salirse con la suya sin utilizar un balun. A menudo, una señal reveladora es si el VSWR del sistema de antena cambia si se mueve o toca el alimentador, pero en realidad la única forma real de saber si se necesita un balun es medir las corrientes de modo común en la línea de alimentación.
Donde el patrón de radiación de la antena es importante: Si se produce radiación o captación desde el conductor externo del cable no balanceado (alimentador coaxial), esto afectará el patrón de radiación general de la antena. En los casos en los que esto sea importante, por ejemplo al realizar pruebas de patrones de radiación, es importante que la radiación y la captación sólo se produzcan desde la antena. En estos casos un balun es imprescindible.
Dónde se debe minimizar la radiación cerca del transmisor: si parte de la señal de radiofrecuencia destinada a la radiación de la antena también se irradia desde el alimentador, habrá niveles más altos de RF alrededor del transmisor. Esto puede afectar la transmisión de diversas maneras. Puede interrumpir las transmisiones en modo de datos cuando RF ingresa a la interfaz entre el transmisor y la computadora, lo que provoca que el sistema falle. Si se utilizan transmisiones de audio analógicas, pueden llegar a las líneas de entrada de audio y provocar efectos de retroalimentación extraños. La solución a problemas como este puede ser utilizar un balun en la transición de equilibrado a desequilibrado. Incluso si el problema no se cura, lo más probable es que mejore la situación.
Conceptos básicos del balún
El concepto básico de un balun normalmente es utilizar un transformador. Aunque hay muchos tipos diferentes de balun, el tipo de transformador básico es un buen punto de partida para ilustrar el funcionamiento básico.
El concepto de balun se basa en un transformador, y su función principal como balun es aislar la conexión directa entre la antena o alimentador balanceado y el alimentador coaxial no balanceado. De esta forma, la conexión a tierra del cable no balanceado no se conecta directamente al sistema balanceado y éste permanece balanceado.
Todos los transformadores tienen un ancho de banda limitado, por lo que el ancho de banda del balun debe diseñarse para que sea mayor que el de la antena u otro sistema con el que se utilizará.
El método más obvio para crear un balun es crear un transformador con dos devanados: un lado está conectado a tierra y el otro lado tiene salidas diferenciales. Es posible conectar a tierra una toma central del balun si es necesario, pero para los sistemas de antena esto normalmente no se hace.
También vale la pena señalar que el balun es bidireccional, no hay entrada ni salida como tal, solo conjuntos de terminaciones balanceadas y no balanceadas.
Balún típico de antena de radioaficionado HF para adaptar una línea balanceada a una desequilibrada para aplicaciones de medición
Balún típico de antena de radioaficionado HF para adaptar una línea balanceada a una desequilibrada para aplicaciones de medición
Baluns de corriente y voltaje
Hay dos clases principales de baluns que se pueden realizar:
Balun actual: el balun actual fuerza una corriente igual a través de los dos lados de una carga equilibrada. El balun de corriente 1:1 es efectivamente una línea de transmisión simple, como un devanado bifilar o un cable coaxial enrollado en un núcleo de ferrita.
Balun de voltaje: El balun de voltaje fuerza un voltaje igual en los dos lados de una carga equilibrada. Los baluns de voltaje son un poco más complicados que los baluns de corriente y demuestran ser muy ineficientes para evitar que el blindaje del cable coaxial, así como la línea de escalera abierta, transporten corrientes de modo común e irradien energía. En consecuencia, los baluns de voltaje no se utilizan para la mayoría de aplicaciones de antena.
Tipos de antena balun
Aunque la esencia de muchos baluns es un transformador, existen varios tipos diferentes de balun que se pueden utilizar. Algunos emplean diferentes técnicas de circuitos, mientras que otros usan conceptos diferentes. Sin embargo, todos forman la función básica de pasar de un sistema equilibrado a un sistema desequilibrado.
Balun transformador clásico: El enfoque tradicional para un balun es utilizar un transformador. Consta de dos devanados eléctricamente separados, normalmente enrollados en un núcleo, normalmente un núcleo de ferrita toroidal. Tener dos devanados separados de esta manera significa que los dos circuitos están aislados eléctricamente, lo que puede tener ventajas para algunas aplicaciones.
Concepto de un balun de antena basado en transformador.
Balun de antena transformadora
El núcleo sobre el que se enrolla el transformador puede ser un núcleo de aire, generalmente con un formador que puede ser de porcelana para mantener las dos bobinas en su lugar, o puede estar hecho de un conductor magnético como la ferrita. Es necesario elegir la ferrita de manera que pueda manejar las frecuencias y niveles de potencia involucrados.
La relación de vueltas entre el primario y el secundario determina la relación de los niveles de impedancia de entrada y salida. Por lo tanto, es posible no sólo utilizar el balun para convertir entre equilibrado y desequilibrado, sino también actuar como transformador de adaptación si es necesario. Esto puede ser muy útil cuando la antena u otro alimentador tiene niveles de impedancia altos que deben reducirse a un nivel más bajo para usar con coaxial estándar de 50 Ω, etc. . En algunos casos puede ser necesario aumentar la impedancia del alimentador coaxial.
También hay que recordar que habrá pérdidas en el balun. Aunque normalmente son pequeños, todavía es necesario considerarlos en algunas aplicaciones.
Un problema con esta forma de balun es que las dos mitades están totalmente aisladas eléctricamente. Se ha descubierto que las antenas externas pueden captar estática y se puede acumular una carga. Para superar esto, se puede utilizar un balun con una toma central en el devanado equilibrado. La toma central se lleva a tierra para disipar la carga.
Balun de autotransformador: como su nombre lo indica, esta forma de balun utiliza un autotransformador, es decir, un solo devanado, para proporcionar la transición de equilibrado a desequilibrado.
Concepto de un balun de antena basado en autotransformador.
Balun de antena con autotransformador
Una de las ventajas del estilo de autotransformador de balun es que proporciona inherentemente una ruta de CC a tierra para todas las conexiones, tanto en la entrada coaxial no balanceada como también para la entrada balanceada. Como se describió anteriormente, esto permite que se descargue la estática.
Estrangulador de RF como balun: Uno de los principales problemas al alimentar una antena balanceada con un alimentador no balanceado como el coaxial es que la RF viaja a lo largo del exterior del coaxial y esto puede resultar en radiación y captación no deseadas.
El concepto del estrangulador balun es aumentar la inductancia en el conductor exterior del conductor no balanceado para evitar que las señales viajen sólo a lo largo de este conductor.
Una implementación de un estrangulador balun es enrollar algunas vueltas del alimentador en el punto de alimentación de la antena para que actúe como un estrangulador de línea de alimentación. Aunque es una implementación muy sencilla, no siempre funciona bien. La relación de rechazo de modo común de un balun depende de la impedancia del sistema en el punto en que se utiliza el balun. Además, la inductancia de unas pocas vueltas de cable coaxial puede no ser suficiente para proporcionar un rechazo adecuado en frecuencias inferiores a 10 MHz aproximadamente.
Otra implementación es enrollar el coaxial alrededor de un formador toroidal. Obviamente es necesario considerar el radio de curvatura del coaxial y esto significa que generalmente se requieren toroides más grandes. También es necesario considerar las propiedades de la ferrita toroidal para proporcionar la mejor atenuación en las frecuencias de uso.
Balun típico de antena de radioaficionado HF
Balun de antena HF que muestra las fijaciones y la forma en que el cable de la antena y las conexiones no soportan la tensión del cable de la antena.
Montar un balún
Aunque los baluns adoptan muchas formas, a menudo se utilizan con antenas externas y requieren que también se atiendan las disposiciones mecánicas.
Hay una serie de factores a considerar:
Protección contra la intemperie: Como muchos baluns se utilizan externamente, deben fabricarse de manera que puedan resistir los rigores del clima. El calor, el sol, la lluvia, las temperaturas bajo cero y más pasan factura a cualquier elemento que se encuentre en una posición remota. Si bien la entrada de agua es un problema importante que puede permitir que la humedad entre en cualquier alimentador coaxial, el sol también puede hacer que los plásticos se degraden con el tiempo, el calor puede hacer que cualquier sellado de la caja u otro tipo de sellado se degrade, y las temperaturas bajo cero también pueden causar degradación.
Cualquier cable coaxial debe sellarse adecuadamente, posiblemente cubriendo cualquier conector con cinta autoamalgamante, etc.
Fijaciones mecánicas: Es importante que cualquier balun pueda incorporarse mecánicamente al sistema de antena. Si el balun interactúa entre el cable coaxial y la línea de escalera, es posible que no necesite ningún método adicional para mantenerlo en su lugar. Sin embargo, muchos baluns también forman la pieza central o "T" de una antena dipolo de alambre, por ejemplo, para antenas de alambre de HF.
Balun típico de antena de radioaficionado HF
Balún de antena HF típico
En este caso, la tensión del cable no debe retenerse en las conexiones. En su lugar, debería incorporarse algún tipo de alivio de tensión al balun, o se debería utilizar una pieza dipolo en "T" y el balun conectado a la pieza central con cables en bucle a las conexiones del balun. También suele ser útil tener una fijación para el soporte central. Esto es particularmente útil cuando el balun se usa con un dipolo en V invertida, donde el centro del dipolo se fija a un poste central alto, mástil u otro punto de fijación.
Los baluns son un elemento esencial en muchos sistemas de antenas. Permiten realizar la transición correcta de una antena o alimentador balanceado a uno no balanceado, como un coaxial, que puede enrutarse fácilmente a través de un edificio, etc., hasta donde sea necesario.
Los baluns pueden adoptar muchas formas, lo que permite adoptar el formato más adecuado para cada situación particular.
