实用高效的1.8MHz~30MHz巴仑(BALUN)

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偶极天线(Dipole ant)由于装设容易,效能又高,所以是各个业余电台最常用的天线,但它的两极是平衡供电的,而通常的收发信机输出端和同轴电缆多是50Ω的不平衡方式。如果将电缆的芯线和网线直接与偶极天线相连接,天线两极的高频电流由于分布电容影响,就引起附加电阻损耗和辐射损耗,使传输效率降低。

在实验中,笔者发现如果将同轴电缆直焊到偶极天线上测量时,往往(1)驻波比较难调好;(2)很易受周围环境影响(例如其他天线或金属物体);(3)经常有两个以上谐振点;(4)当SWR调到最佳状态时,天线两极的长度不一致,通常是接网线那极较长些。

为了使偶极天线与电缆和收发信机较好匹配,所以在它们之间应加入一个平衡—不平衡转换器,即巴仑(BALUN—由BALANCE和UNBALANCE两字合并合成)。在VHF/UFH天线中,巴仑很容易用伽玛匹配或1/4~3/4同轴电缆等方式解决,但在HF时,由于频率范围在1.8~30MHz,高低端相差很远,上述的巴仑很难满足这样的频带宽度。在HF波段上,巴仑通常是用传输线变压器的方法完成的。什么是传输线式变压器呢?首先,我们知道,普通的变压器工作形式如图1所示,它先将收发信机接到变压器的初级,而天线则接到次级,当变压器初次级的圈数比是1∶1,而又独立绕制时,便可达到阻抗匹配和对天线平衡供电了。但这时初次级的交连是通过电磁转换达成的,而要使变压器的磁芯能线性工作于1.8~30MHz和往往大于100W的功率并不是一件容易的事情。所以,我们将供电的方法改成图2的样子时,情形就不同了。变压器初次级的线圈实际上是传输线的一部分,而且在磁芯上产生较少磁力线,这就使频带带宽大大增加,又能使平衡和不平衡状态匹配了。

图1
图1 🔍原图 (831×206)

巴仑的各组线圈通常都是绕在环状的磁芯上,根据国外的资料,这种磁芯在本地并不易找,但笔者发现在IBM PC的开关稳压电源上有很多10mm~30mm的磁环,虽然它们通常只工作于几百kHz的频率,但在并无多大选择的情况下,亦可试试。经过几次试验,发觉效果亦算满意,具体过程如下:

首先用两条线径为0.8mm长约50cm的漆包线互相绞合,为使绞合得均匀,用手摇钻夹紧漆包线旋转便可,绞合程度约每厘米绞合3次。然后在20mm内径的磁环上绕8圈,如图3所示。绕好后,便可用收发信机配合高频功率表和假负载进行测试,具体接法如图4所示。先从收发信机按照1.8~30MHz的各个波段,输出稳定的CW或FM信号,这时观察功率表的输出功率如果有100W时,则各波段的反射功率都不超过1W为合格(通常14MHz以下小于0.5W,18~30MHz小于0.8W)。

图2
图2 🔍原图 (557×179)
图3
图3 🔍原图 (783×674)

在试验不同直径和材料的磁环后,发觉有少部分磁环在21~30MHz时,驻波较大,反射功率约2~3W,但亦有一少部分可工作至50MHz的6米业余波段。而通过实际实验,便可找到合用的磁环。但如果我们只用在14MHz以下波段,则大部分都可使用。

因为50Ω的同轴线是不平衡的,所以绕成后的巴仑应安装在天线顶上连接电缆的部分。另外,亦要留意,完全水平的偶极天线阻抗约73Ω,如果希望SWR能达到最佳状态,应把天线装成V字或倒V字的形式。(李锦鸿)