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JH1FCZ 关于平衡-不平衡变换器（巴伦）的实验、结论与制作 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2012-01-11
aaaa前两天群里ba7ck以自己亲手体验，介绍了三线交合绕制的巴伦比两线的抗干扰效果好且噪声低，想起自己绕制或购买的成品巴伦都是双线绕制，在翻找有关巴伦知识有关书籍时，看到了jh1fcz关于巴伦的实验和结论，感到很新颖，于是扫描上传，有兴趣的爱好者可以试试。

aaaa大久保 忠先生是个无线电业余爱好者，他的呼号是jh1fcz，每当比赛总带着自己制作的qrp设备登山发报，1976年，他辞去服务多年的公司，和妻子创立了私人fcz研究所，（fcz是他的呼号后缀），还创办了一份fcz杂志，想热衷于自己动手制做装备的业余无线电爱好者提供信息，发布元器件或者套件等的相关行情。他的杂志上的文章被编译成册，在国内出版。
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只看该作者 1楼 发表于: 2012-01-11
6.5 200w超级平衡-不平衡变换器

6.5.1现有天线平衡-不平衡变换器的问题
 
  如果1：1的平衡-不平衡变换器连接50Ω的模拟负载(图6.30)，那么发送机—侧的阻抗理应为50Ω。因此，如果用史密斯圆图表示swr特性的话，即使频率变化，总是出现在位于中央的原点。
 
  下面，我们用网络分析器针对fcz研究所出售的寺子屋系列#048天线平衡—不平衡变换器进行了实验验证。
 
  图6.31给出实验的结果。由于网络分析器原来的显示刻度不容易辨认，所以改绘成swr刻度。
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只看该作者 2楼 发表于: 2012-01-11
6.5.2 平衡-不平衡变换器的特性分析
 
  观察图6.31的测量结果，对平衡—不平衡变换器的特性如此起伏，作者感到十分吃惊。但是，迄今为止已经有很多平衡—不平衡变换器问世了，并没有暴露出明显的缺点，而且作者自制的平衡—不平衡变换器在使用中也没有出现任何问题。再查找以前关于平衡变换器的读书笔记，对平衡—不平衡变换器的使用特性都是肯定的，也未发现有关评论它们特性起伏剧烈的文章。
 
  在下面，作者尝试给出—个解答。
 
  所谓天线，无论是偶极天线还是偏振天线，它们都具有—种性质，就是能够与自身的阻抗匹配。因此，即使平衡变换器的输出相对于50Ω,略有偏差，但是如果
 
  从实用的角度来看，只要使用中没有任何问题，特性究竟如何其实是无关紧要的。
话是这么说，不过作者仍对于上述特性大惑不解。
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只看该作者 3楼 发表于: 2012-01-11
6.5.3进—步实验的结果
 
  应该说网络分析器是十分有力的测量分析仪器，我们还可以对它做进—步的讨论。
 
  如前所述，制作平衡—不平衡变换器是—件相当麻烦的工作，必须针对各种结构进行测试，为了提高实验的效率，我们选用了—种小型磁心12—6—4(环形磁心的大小用外径—内径—高度来表示，单位是mm)。
 
  作者在同样的磁心上，改用φ0.16mm×7股的聚四氟乙烯导线(下面简称为聚四氟乙烯导线)，并与#048平衡—不平衡变换器—样缠绕5匝做成—个新的平衡—不平衡变换器进行了实验。
 
  新平衡—不平衡变换器的特性表示在图6.32。由图可知，它的特性与#048相差不大，仍然不好。
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只看该作者 4楼 发表于: 2012-01-11
6.5.4 c和l的平衡
 
  往常制作1：1平衡—不平衡变换器，必须用3股绞合线缠绕线圈(三线绕法)。据说这是前人经验的总结，不过其间的理由是什么呢?
 
  理由就是3股线的长度必须完全—样。但是这似乎不能成为三线绕法的有力理由。因为用3股单根线并联均匀地缠绕同样可以得到同样的长度。毫无疑问，在环形磁心上缠绕的线圈具有—定的电阻，进而线与线之间还肯定存在电容。有必要考虑这些电感与电容之间的平衡问题。假设这个前提是正确的，我们来考察—下，如果取3根或4根3股绞合线进行并联缠绕，将会出现怎样的结果，以及出现哪些新的变化。
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只看该作者 5楼 发表于: 2012-01-11
实验中我们用手钻将φo.2mm的红、绿、土色三种颜色的氨基甲酸乙脂导线绞合制成3股绞合线，需要准备多根这样的绞合线，以便做下面多组并联实验：
 

  ①取3根3股绞合线，将它们并联、缠绕4匝，实验结果表示在图6.33。与图6.32(单根绞合线)比较，发现性能有所提高，方法有向好发展的趋势。
 
  ②取3根3股绞合线，将它们并联、缠绕5匝，实验结果表示在图6.34。与图6.33比较，性能大致相同。
 
  ③取4根3股绞合线，将它们并联、缠绕3匝，实验结果表示在图6.35。与图6.33、图6.34比较，性能的差别不大，虽有提高，但是估计已经到达性能的限度。
 
  ④取4根3股绞合线，将它们并联、缠绕4匝，实验结果表示在图6.36。发现在20mhz以下性能稍差，但是在20～100mhz之间，swr≤1.2，与图6.32比较，性能有了显著的提高。
 
  ⑤取4根3股绞合线，将它们并联、缠绕5匝，实验结果表示在图6.37。原来以为增加匝数，能提高低频性能，结果正好相反，是高频性能得到提高。但是原因何在仍不清楚。
 
  分析上述实验结果，结论是可以将4根3股绞合线并联使用、在磁心上缠绕4匝为标准，这样制作的平衡—不平衡变换器能够得到较好的特性。

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只看该作者 6楼 发表于: 2012-01-11
6.5.5针对#048磁心的实验
 
  由上述实验可知，3股绞合、4根并联、4匝平衡—不平衡变换器的性能比较理想。因此启发我们继续针对#048平衡—不平衡变换器的磁心进行实验。供实验的3股绞合线用3股o.16mm×7股的聚四氟乙烯导线绞合而成，磁心为sb-5s的22—14—8。
 
  ①取4根3股绞合线，将它们并联、缠绕4匝，实验结果表示在图6.38。由图可知，在50mhz以下，swr≤1.2，即使到达150mhz，仍然保持swr≤1.6，这个性能相当不错。可以说再现了图6.35的结果。
 
  ②取5根3股绞合线，将它们并联、缠绕4匝，实验结果表示在图6.39。与图6.37相比，发现某些性能指标已经有所下降。
 
  分析上述实验结果，结论是可以将4根3股绞合线并联使用、在磁心上缠绕4匝为标准，这样制作的平衡—不平衡变换器能够得到较好的特性。
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只看该作者 7楼 发表于: 2012-01-11
6.5.6插入损失
 
  针对上面实验的天线平衡—不平衡变换器进行插入损失的测量。
 
  因为网络分析器的输出处于不平衡(50Ω)的状态，所以在天线平衡—不平衡变换器的输入中没有任何问题。但是如果天线平衡—不平衡变换器的输出是平衡的，那么就不能将它如数施加到网络分析器的不平衡输入端子上。因此如图6.40所示，制作—个完全相同的平衡—不平衡变换器，将它串联到电路中使输出产生不平衡，再向网络变换器输入(平衡—不平衡变换器是可以从平衡转换为不平衡的)。
 
  此时获取的插入损失值包括两个天线平衡—不平衡变换器的值，该值的1/2当然应该表示平衡—不平衡变换器的插人损失。
 
  测量结果如图6.41所示，可以看出结果还不错，50mhz处对应0.5db。

  50mhz对应0.5db，那么在144mhz的情况如何呢?我们将量程改成500mhz，测量结果表明，在150mhz处约对应1.25db，这说明在144mhz下是勉强可以使用的。
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只看该作者 8楼 发表于: 2012-01-11
6.5.7 配线方法的影响
 
  这是在进行图6.37的再现性实验时得到的结果。经过比较可知，如图6.42所示，结果比图6.37更好。初看起来，似乎开始阶段衰减器的设定不大理想，但是仔细查看并非如此。

  实验时我们—边摆弄平衡—不平衡变换器的配线，—边测量，结果发现显示画面—会儿大，—会儿小。进—步实验还发现，如果同轴电缆与平衡—不平衡变换器的输入连接点的距离彼此靠近的话，swr的值就变小。
 
  但是，针对平衡—不平衡变换器的输出发生些许改变，并未发现swr的值呈现出急剧改变的趋势。
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只看该作者 9楼 发表于: 2012-01-11
6.5.8 加大磁心的实验
 
  天线平衡—不平衡变换器的额定功率是由磁心大小决定的，磁心越大，所能处理的功率也越大。
 
  因为作者手头有—个外径40mm的磁心，也比较适合平衡—不平衡变换器。它的材质为富士电气化学公司的“k32”，而尺寸则比40—27—15稍大—些，导磁率为7000。于是决定动手做—个加大磁心的实验。
 
  实验的条件设定为3股绞合线、4根并联、4匝，实验的结果证实在网络分析器的阴极射线管中显示变成了—个位于正中的点。
 
  对这个显示结果，作者感到十分满意，因为这恰好验证了作者原本对平衡—不平衡变换器的设想。为了有利于细节的观察，实验将灵敏度提高到20db。其结果在图6.43给出。读者要注意的是刻度与前面的差别很大。
 
  在5～50mhz的范围内未超过swr—1.06，而在100mhz处也仅1.09。
 
  作者又—次对配线的影响进行了实验，结果如图6.44所示，在5～50mhz的范围内达到swr—1.02，这真是—个意外的结果。
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只看该作者 10楼 发表于: 2012-01-11
6.5.9 冷静地分析
 
  在标准灵敏度的条件下得到的上述测量结果，即在阴极射线管的中央部位仅
仅显示出—个点，确实是令人鼓舞的。但是冷静地分析之后，还需要证实“k32"和“sb5s'’的特性如何。

  从这个设想出发，作者用与#048相同的标准条件(乙烯树脂线3股绞合线、4匝)制作了平衡—不平衡变换器，并进行了测量。结果如图6.45。它与图6.43既像又不像，不过至少打消了作者先前的顾虑，同时也证实了3股绞合线、4根并联、4匝的优越性。
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只看该作者 11楼 发表于: 2012-01-11
6.5.10   制作超级天线平衡—不平衡变换器(200w)

下面进入具体的制作阶段。
 
以200w的应用举例说明，电路如图6.46所示。
 
  ①首先加工机壳。参考图6.47。加工m连接器的底底孔φ16mm，和平衡输出孔φ4mm。
 
  ②固定m连接器。由于后部有振动，易发生松动，应该保证足够牢固。按照图6.48把弹簧垫圈套在机壳的外侧，然后把插头插入连接器紧固，再用螺母锁死。注意，m连接器的固定螺母最终的朝向不应影响机壳盖的开闭。
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只看该作者 12楼 发表于: 2012-01-11
③参照图6.49，将a，b，c三根各长1.4m、不同颜色的导线绞合成3股绞合线(35mm×4)，如果没有绞合工具，用手工编织也可以。
 
  ④将上面制作的4根各长35mm的3股绞合线缠绕在环形磁心(fdk k3240—27—15)上，做—个4匝线圈。
 
  ⑤按照图6.50所示，线圈末端将同样颜色的导线剥去被覆层并联焊接在—起(即a和a，b和b，c和c彼此焊接)。
 
  ⑥将a的末端与b的始端，b的末端与c的始端连接起来。

  ⑦以a为连接器的中心，把b’c接到连接器地线接头的位置(图6.5l，但先不要焊接)。将平衡输出线a’b和c’分别接到各个平衡输出点，各自预留适当的长度，然后切断。
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只看该作者 13楼 发表于: 2012-01-11
⑧用压线钳将平衡输出线的前端固定在压紧端子2—4上(图6.52)。注意此时如果线头拧得太紧反倒可能无法塞入压紧端子。如果手头没有压线钳，可以用手锤敲打后焊接。
 
  ⑨将a的前部放入连接器中心部分的孔中，焊接。
 
  ⑩完成向连接器地线接头的配线。
 
  ⑩用4mm的螺钉穿过平衡输出压紧端子，再用菊形垫片和螺母固定。
 
  ⑩制作从m连接器向平衡—不平衡变换器的输入连接线的原则是在不发生短路的前提下尽量接近(这是提高swr特性的窍门)。
 
  ⑩往输出端子连接50Ω电阻，用尽量低的频率(如3.5mhz)证实swr的下降(图6.53，后面说明)。
 
  ⑩用环氧树脂粘接剂(两液体混合型)涂敷在螺钉螺母、机壳盖等处，达到防水和放松的目的。
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只看该作者 14楼 发表于: 2012-01-11
6.5.11 使用方法
 
  ①在这个平衡—不平衡变换器中，没有设置悬挂支架，目的在于避免同轴电缆的重量完全施加到支架或者bnc连接器上。
 
  ②固定的方法是将电缆挂在天线中央的绝缘体上，让m连接器朝上连接。
 
  ③凡是平衡输出处均采用图6.54所示的蝶形连接方法。
 
  ④调整完天线后，考虑填充自熔带或油脂防水。
 
  ⑤工作频率为1.9～50mhz的范围。在50mhz下的插入损失约为o.5db。
 
  ⑥本设备所能输出的最大功率为200w。在此功率下可以连续使用cw。不过如果天线的swr值比较高，在平衡—不平衡变换器中消耗的功率就比较大，因此使用功率是有限制的。
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只看该作者 15楼 发表于: 2012-01-11
6.5.12实验结果
 
  ⑦m连接器与平衡—不平衡变换器的配线之间距离越近，swr的特性越好。
 
  在制作的最后阶段，将装置置于已经完工的机壳中后还需要经过测试，即用网络分析器测量 swr，测量结果如图6.55。初看上去，会有些意外，觉得结果不大好。但是阴极射线管显示的图像应该说是真实的。
 
  下面我们来分析前后实验的差别为什么会如此之大。
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只看该作者 16楼 发表于: 2012-01-11
6.5.13 裸电阻
 
  前面曾经出现过在430mhz模拟负载下swr居高不下的情况。究其原因可能就是裸电阻的影响。平衡—不平衡变换器的输出经过线圈出来到达机壳的端子，端子的导线张开与电阻相连接，这种连接方式导致机壳中的导线，以及电阻导线的特性恶化。
 
  作者将同轴电缆的前端扩开，让导线张开，连接上51q的电阻进行了实验。实验的结果表示在图6.56，可以发现呈现出同样的倾向。
 
  这样分析起来，前面针对#048实验所得到的结果可能并不坏。作者决定再确认—下。将#048的线圈从电路板上拆下，直接将它与同轴电缆、带有最短引线的模拟负载连接起来进行swr的测量，得到的实验曲线如图6.57，它与置于机壳内的#243所得到的结果几乎—样。
 
  在同样条件下还对#243的性能进行了确认，实验结果表示在图6.58，对于超级平衡—不平衡变换器来说，这是—个十分理想的特性。
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离线BG0APD
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只看该作者 17楼 发表于: 2012-01-11
小结—下上述实验，得到以下结论：
 
  ①超级平衡—不平衡变换器的基本性能仍然是相当不错的。
 
  ②尽管如此，它置于机壳后特性就恶化了，原因归咎于机壳中引线的影响。
 
  ③实际工作时，如果能够将引线的长度与天线的长度通盘考虑，那么从发送机—侧问题可以得到解决。
 
  在上述制作中，虽然线圈的缠绕比较麻烦，但这是为了得到良好的天线平衡—不平衡变换器特性所应付出的代价。
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离线weed
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只看该作者 18楼 发表于: 2012-01-11
学习了。。。。
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离线kingdog
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只看该作者 19楼 发表于: 2012-01-11
学习了
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