漫谈长城天线的巴伦(修订版).pdf

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1、漫谈长城天线的巴伦漫谈长城天线的巴伦我翻译的系列长城天线的文章——阿摩司天线系列发布之后，很多网友给我发短消息，询问巴伦的问题。常常看到很多关于巴伦的文章，大都是各处抄来的，特别是很多例子和图纸都是从短波火腿论坛照搬来的，有的是从电视论坛转抄来的，东拼西凑，逻辑性不强，前言不搭后语的情况时有发生，让人看着如坠雾中，理解起来十分困难。最主要的是，网友的这些实践，大都是集中在短波或者超短波领域，比如电视天线用磁芯做巴伦，在2.4G的WIFI频段并不适用，当然也就不适用于长城天线。所以，这段时间，恶补了一下关于巴

2、伦的知识，特别是翻阅了大量的高校教科书，大有收获。不敢独享，下面仅就长城天线的巴伦向坛友汇报自己的学习体会。业余无线电通信中常用到的巴伦，主要指的是同轴电缆向天线馈电时所需要的不平衡到平衡的变换器，英文是Balance—Unbalance组合，缩写为一个新词：Balun，音译为巴伦。我们知道，我们平常应用的很多天线，半波振子天线、折合振子天线、环行天线等都是平衡馈电的，它们都有两个馈电点，这两个馈电点的信号电压（或电流）的相位是互为反相的。而主馈电缆常常都是用同轴电缆，同轴电缆属于不平衡（不对称）馈线，其内

3、导体是馈电点，而外导体是地线点，不参与馈电。用不平衡的同轴电缆给平衡的对称天线馈电，就会出现不平衡现象。见下图：内导体电流I1全部流向振子臂1；外导体内壁电流一部分流向振子臂2成为I2，另一部分外导体内壁电流流向外壁成为I3。可见振子两臂上的电流方向相同，但幅度不等，且I1＞I2。外壁电流I3的存在，破坏了对称天线电路分布的平衡性，同时，I3产生的附加辐射又使天线方向图发生畸变，损耗增加，效率下降。因此，必须采取措施1August，2009漫谈长城天线的巴伦抑制同轴电缆外导体外侧的电流，使I3≈0。巴伦就承

4、担了把不对称传输转化为对称传输的任务。上图就是长城天线常用的巴伦——U形管变换器。同轴电缆内导体在a点直接和天线振子的左臂相连，然后由a点经过弯折成U型的、长度为λg/2的一段同轴电缆(λg是同轴电缆内的波长)，在b点与天线振子的右臂连接。由传输线理论可知，在传输线上相距λ/2两点之间的电压（或者电流）是等幅反相的，也就是说，通过λ/2传输线，a点和b点电位正好相差了180°。若a点对地电压Ua为正，则b点对地电压Ub为负，且Ua=—Ub。同时，该结构保证了天线振子两臂对地的分布参数是相同的，因而，当同轴电

5、缆通过U形管向对称天线馈电时，对称振子两臂上的电流分布是完全对称的。这样，就把不平衡馈电转化为平衡了。同轴电缆的特性阻抗大都是50欧姆，而一般所用的对称双极天线，其阻抗多是200—300欧姆左右。因而，用同轴电缆向对称双极天线馈电还必须解决阻抗匹配的问题，即将同轴电缆的50欧姆阻抗和天线的200—300欧姆匹配起来。巴伦同样可以完成这个阻抗转换的任务。设天线的输入阻抗（即a、b两点之间的阻抗）为ZA，输入电压Uab=2U，则天线输入端电流I为A点（或b点）对地的阻抗为2August，2009漫谈长城天线的巴

6、伦Zba经过半波长的U形管变换到a点处的阻抗仍为ZA/2，并和Zab并联共同构成了同轴电缆的负载阻抗。也就是说，使用U形管平衡装置后，同轴电缆的负载阻抗应为ZA/4。这样，50Ω的同轴电缆通过半波长U形管平衡器就可以和200Ω左右的对称振子获得良好的匹配。所以，巴伦承载了两项任务。（1）平衡—不平衡转换。（2）阻抗变换。实在是天线馈电不可或缺的重要器件。我们DIY的长城天线，都要在振子的后面加上一个狭窄的反射板，这个反射板有2个作用：（1）把天线的全向辐射变为单向辐射，加强了天线正面的辐射强度。（2）通过调

7、整反射板和天线振子的距离，把天线的阻抗变换为200Ω左右。这样，就可以用1：4的半波长巴伦（即半波长U形管平衡器），和50Ω的同轴电缆匹配了。刚才说，U型管是长度为λg/2的一段同轴电缆做成的，我特别标注了，这个λg，是同轴电缆内的波长。为什么这么说呢？这是因为，同轴电缆是由中心导体、绝缘材料层、网状织物构成的屏蔽层以及外部隔离材料层组成的。同轴电缆内部填充的绝缘材料层的绝缘介质，对电波的传输是有影响的，会产生介质损耗。这种损耗会使电波的传播速度变慢。也就是说，电波在同轴电缆里传播，它的波长会缩短，并不等于

8、电波在空气里的传播波长。所以，我们在制作U形管巴伦时，同轴电缆的长度不能按自由空间的波长计算，而是要加上一个波长缩短系数（有的教材叫速率因子）。通过上面的论证，我们知道了，半波巴伦U形管电缆长度=0.5×电缆的波长缩短系数×300/24.47。电缆的波长缩短系数是和电缆使用的绝缘介质有关的。如果使用的是聚乙烯介质，则缩短系数为0.66，如果是发泡材料，则缩短系数是0.8到0.9。空心电缆的缩短系数当然就是1了。制