バルン

無線周波数（RF）通信では、信号を明確にして強い状態に保つことが最優先事項です。このプロセスで大きな役割を果たすデバイスの1つは、Balunです。「バランスのとれたバランスのとれた」の略であるBalunは、信号を弱くなったり騒がせることなく、2つの異なるタイプのシステム（バランスとバランスの取れたバランス）を接続するのに役立ちます。干渉を減らすことにより、Balunsは、システムのさまざまな部分を移動する際に信号が清潔で効果的であることを確認します。この記事では、Balunsを詳しく見て、それらが何をしているのか、利用可能なさまざまなタイプ、そして実際の状況でどのように使用されるかを説明します。これにより、RFアンテナシステムで非常に役立つ理由をよりよく理解できます。

カタログ

図1：Balun

バルンとは何ですか？

「バランスからバランスのとれた」の略であるバルンは、バランスと不均衡の2つのタイプのシステム間を信号を移動できるようにするデバイスです。バランスの取れたシステムでは、信号は等しいが反対の電圧で2つのワイヤーを通過し、ノイズが減少します。不均衡なシステムでは、単一のワイヤが信号を搭載し、地面を参照として運び、ノイズが発生しやすくなります。

Balunの仕事は、信号強度を失ったりノイズを追加せずに、これらのシステム間で信号を変換することです。磁気コアの周りにワイヤーコイルを備えた特別なデザインを使用して、2つのシステム間の電気特性を一致させ、滑らかな信号伝達を確保します。

バランは、特にアンテナを使用して、無線周波数（RF）通信で一般的に使用されます。たとえば、バランスの取れたダイポールアンテナは、信号の問題を防ぐためにバランを介して不均衡な同軸ケーブルに接続することがよくあります。バルンがなければ、信号はノイズを弱めたり拾い上げたりして品質を低下させる可能性があります。

Balunsは、ブロードキャストアンテナやビデオ伝送などの他の分野でも支援し、変換中に信号を明確かつ強く保ちます。要約すると、Balunは、バランスの取れたシステムと不均衡なシステムを遷移するときに、信号がスムーズに移動し、明確なままであることを保証します。

なぜバランは必要なのですか？

図2：アンテナバラン

バランはアンテナシステムの重要な部分であり、システムがより良く効率的に機能するのに役立つ仕事をしています。

不要な放射または信号ピックアップの停止： バランスの取れたアンテナを不均衡な同軸ケーブルに直接接続すると、同軸ケーブルの外側部分が誤って信号を送信または拾うことがあります。これにより、信号受信中に干渉が発生したり、送信時に不要な放射線を引き起こす可能性があります。Balunsは、同軸ケーブルが正しく機能することを確認することでこれを修正し、これらの問題を大幅に減らします。

アンテナの放射パターンを維持します： バルンがなければ、同軸ケーブルによる意図しない放射または信号のピックアップは、アンテナの設計された放射パターンを台無しにし、パフォーマンスが低下する可能性があります。バルンを使用することにより、アンテナの放射パターンは同じままで、信号の性能と方向を保護します。

送信機の近くでRF放射を減らす： 時には、RF信号がアンテナの代わりにフィーダーから来て、送信機の周りの干渉を引き起こすことがあります。これは、RF干渉が送信機と他のデバイス間の接続を台無しにすることができるデータ送信システムで特に厄介です。Balunは、RF信号が正しい方法で送信されていることを確認し、干渉の可能性を減らすことにより、これに役立ちます。

RFアンテナシステムのバランの種類

Balunsは、RF（無線周波数）アンテナシステムで使用されるデバイスであり、バランスラインと不均衡なライン間の信号を変更します。バルンにはさまざまな種類があり、それぞれがこれらのシステムで特定のニーズを満たすために作られています。さまざまなタイプの詳細な見方を次に示します。

トランスバラン

図3：トランスバラン

トランスバルンは、RFシステムで一般的で広く使用されているタイプです。フェライトのコアに包まれた2つの別々の巻線またはコイルがあります。これらの巻線は、システムのバランスの取れた不均衡な側面を互いに分離し、干渉を防ぎ、信号を明確に保ちます。トランスバルンがインピーダンスを調整する方法（これは一種の電気抵抗）は、2つの巻線のターン数に依存します。たとえば、1つの巻線の2倍のターンが他のターンの2倍にある場合、バランスの取れた側の100オームのインピーダンスと、不均衡な側の50オームに一致することがあります。この機能により、さまざまなインピーダンスレベルを一致させるのに役立ちます。

オートトランスフォーマーバルン

図4：オートトランスフォーマーバルン

自動トランスフォーマルバルンは、信号を変更するために1つの巻線だけを使用するため、変圧器Balunとは異なります。この単一巻きデザインにより、すべての接続の地面への直接電流（DC）パスが可能になり、外部アンテナに蓄積できる静的な電力を安全に解放できます。自動トランスフォーマルバルンは、安全性と適切な機能の両方にとって地上接続を持つことが非常に重要であるシステムでよく使用されます。ワインディングが1つしかないため、このバランは通常、変圧器バランよりもシンプルで小さくなりますが、バランスの取れた側面と不均衡な側面の間で同じレベルの分離を提供しない可能性があります。

RFチョークバラン

図5：RFチョークバラン

RFチョークバルンは、同軸ケーブルの外側導体のインダクタンス（電流の変化に抵抗する）を増やすことで機能します。このインダクタンスの増加は、導体に沿って移動する不要なRFシグナルをブロックするのに役立ち、干渉を引き起こし、アンテナシステムの性能を低下させる可能性があります。RFチョークバルンを作成する一般的な方法は、アンテナに接続するポイントで同軸ケーブルを巻き付けて、「フィードラインチョーク」を作成することです。この方法は、パフォーマンスの向上にシンプルで効果的です。別の方法は、同軸ケーブルをトロイダルフェライトコアの周りに包むことです。これにより、インダクタンスがさらに増加し​​、強力なチョークが提供されます。

電流と電圧バラン

図6：現在のバルン

電流は、バランスの取れた負荷の両側を等しい電流が流れるようにすることで動作します。このバランスは、信号の歪みと干渉を引き起こす可能性のあるコモンモード電流を防ぎます。現在のBalunは、フェライトコアの周りに巻かれたバイラル巻線や同軸ケーブルなど、各導体の電流を等しく反対にするデザインを使用することにより、これを達成します。この構成は、供給線からの放射の可能性を最小限に抑えるだけでなく、送信された信号の完全性を維持するのにも役立ちます。

現在のBalunの設計により、主な目標がバランスの取れた負荷が等しい逆電流を受け取ることを保証することであり、干渉と信号の分解を減らすために必要なアプリケーションで非常に効果的です。この特性により、現在のバルンはアンテナシステムに特に適しています。

図7：電圧バルン

一方、電圧バルンは、バランスの取れた負荷体験の両側が電圧等しいことを保証するように設計されています。電圧バルンは、負荷の両側に等しい電圧を課すことでこれを行いますが、電流が等しいことを必ずしも保証するわけではありません。不平等な電流は、干渉と信号損失の可能性があるため、RFアプリケーションではそれほど望ましくないコモンモード電流につながる可能性があるため、問題が発生する可能性があります。電圧バランは、現在のバランと比較してこれらの問題を防ぐのに効果が低いことがよくあります。そのため、高性能アンテナシステムではあまり使用されていません。ただし、これらのシナリオはRFアプリケーションではあまり頻繁ではありませんが、電圧バランスが現在のバランスよりも重要である状況でアプリケーションを見つける可能性があります。

バルンの仕事はどのように投与しますか？

バルンの基本概念

図8：バランスのとれたフィーダーからバランスの取れたバランス、バランスのとれたバランスの取れないフィーダー

バランスの取れたアンテナまたはフィーダーには、等しい電流を運ぶ2つのワイヤがありますが、反対方向にありますが、不均衡な同軸ケーブルには接地されたシールドが1つのワイヤがあります。問題を引き起こすことなくこれらの2つのシステムを接続するために、Balunはそれらを別々に保ちます。

この分離は、バルン内の主要部分である変圧器を介して行われます。変圧器には2セットのコイルがあり、1つはバランスのとれたシステムに接続され、もう1つは不均衡なシステムに接続されています。コイルは、不均衡なシステムの接地がバランスのとれたシステムに影響を与えるのを防ぐように設計されています。簡単に言えば、Balunはバランスの取れたシステムが独立して動作し、不均衡なケーブルによって邪魔されないことを確認します。

インピーダンスマッチングと帯域幅

図9：インピーダンスマッチング

この図は、インピーダンスマッチングが無線通信システムでどのように機能するかを示しており、アンテナ、バンドパスフィルター（BPF）、トランシーバーなどの異なる部品間で信号がスムーズに動くことを保証します。変圧器であるBalunsは、これらの部品間のインピーダンスを調整する上で大きな役割を果たします。たとえば、アンテナには400オームのインピーダンスがあり、Balunは送電線とBPFに合わせて50オームに変更します。BPFは信号をフィルタリングし、目的の周波数のみが通過できるようにします。フィルタリング後、別のBalunがインピーダンスを調整して、トランシーバーの200オームの抵抗に合わせます。

Balunsは、異なるシステムを接続するだけではありません。また、同軸ケーブルの標準50オームにアンテナまたはフィーダーの抵抗を一致させるのにも役立ちます。インピーダンスが適切に整列していない場合、信号が跳ね返り、効率の低下と潜在的な信号損失を引き起こす可能性があるため、マッチングが重要です。Balunsは、最小限の損失でより良い信号伝達のために抵抗を調整するように設計されています。ただし、帯域幅として知られる特定の周波数内でのみうまく機能します。Balunが適切に機能するためには、その帯域幅は、アンテナまたはシステムが使用する周波数の全範囲をカバーする必要があります。より広い帯域幅により、Balunはパフォーマンスを失うことなくさまざまな周波数を処理し、システムが効率的に実行されるのを助けます。

アンテナシステムにおけるバランの実用的なアプリケーションと考慮事項

アンテナシステムとバルンの使用

図10：アンテナシステム用のBalun

バランは、特にダイポールアンテナでは、アンテナシステムで一般的に使用されています。これらのセットアップでは、バルンはアンテナが同軸ケーブルに接続するポイントに配置されます。ここでのバルンの主な仕事は、ダイポールアンテナのバランスの取れた部分を不均衡な同軸ケーブルにリンクすることです。この接続は、ダイポールアンテナが自然に両側に等しく反対の電流を持っているため、同軸ケーブルは内側のワイヤにのみ電流を運ぶためです。Balunは、これらの2つの異なるシステムがうまく機能することを確認し、問題なく通過することができます。

バルンなしでは、アンテナをケーブルに直接接続すると、信号反射、干渉、効率の低下などの問題が発生する可能性があります。Balunは、アンテナとケーブル間の電気的一致を維持することにより、これらの問題を防ぐのに役立ち、信号損失を減らし、アンテナシステムが適切に動作するようにします。

屋外バランの取り付けと天気保護

図11：屋外アンテナシステム用の耐候性バルン

屋外アンテナシステムでバランを使用する場合、困難な気象条件を処理するために構築する必要があります。太陽、雨、暑さ、寒さは、適切に保護されていない場合、バルンがどれだけうまく機能するかに影響を与える可能性があります。Balunをうまく機能させるには、水が中に入るのを止めるために正しく密閉する必要があります。バルン内の水は、短絡を引き起こしたり、その仕組みを変更したり、信号損失を引き起こしたり、アンテナシステムの動作を停止したりする可能性があります。

また、Balunの接続方法には、ひずみを緩和する機能を含める必要があります。緊張の緩和は重要です。なぜなら、それはバルの接続に対する物理的なストレスを防ぎ、それ以外の場合は時間とともに摩耗し、失敗につながる可能性があるからです。たとえば、強風では、アンテナシステムが動き、バルンにストレスをかける可能性があります。適切に設計されたひずみの緩和は、接続を保護し、バルンが安全に付着したままであり、これらの条件でも適切に機能し続けることを確認します。

結論

Balunsは、RFアンテナシステムの有用な部分であり、シグナルがバランスのとれたシステムと不均衡なシステムの間をスムーズに移動し、ノイズと干渉を避けています。トランスバルン、オートトランスフォーマーバルン、またはRFチョークバランのいずれであっても、各タイプにはアンテナシステムの動作を改善する特定のジョブがあります。Balunsがどのように機能するかを知り、適切なものを使用すると、RFコミュニケーションシステムがより効率的かつ信頼性が高くなります。議論したように、Balunsはシステムのさまざまな部分と一致し、不要な信号を停止し、アンテナを適切に動作させ続けます。適切なBalunを選択することにより、RF信号が強く明確であり続け、全体的なパフォーマンスが向上することを確認できます。

よくある質問[FAQ]

1.バルンはどこに配置すべきですか？

双極子のようなバランスの取れたアンテナが、同軸ケーブルなどの不均衡な伝送ラインに接続する場合、バルンを配置する必要があります。このスポットは、信号がスムーズに移動し、ノイズや干渉を受け取らないようにするのに最適な場所です。

2.双極子にバランが必要ですか？

はい、同軸ケーブルのような不均衡な伝送ラインに接続されているときに、ダイポールアンテナのバランが必要です。Balunは、信号が歪んだり、干渉を獲得したりしないようにするのに役立ち、双極子が適切に機能するようにします。

3.バルンの最も一般的なタイプは何ですか？

バルンの最も一般的なタイプは、変圧器バルンです。RFシステムで広く使用されており、バランスの取れた部分と不均衡な部分の接続に合わせて、信号が明確であることを確認します。

4.バルンは単なる変圧器ですか？

バルンは単なる変圧器ではありませんが、多くのバルンは変圧器のように機能します。Balunは、自動トランスフォーマーやRFチョークなどの他のデザインを使用して、シグナルのバランスをとることもできます。

5.バランのさまざまな種類は何ですか？

さまざまな種類のバランには、変圧器バルン、オートトランスフォーマーバラン、RFチョークバランが含まれます。各タイプは特定の用途のために作成されており、信号のバランスまたはバランスを整えるさまざまな方法があります。