什么是巴伦及巴伦的应用

在构建天馈系统的时候，老HAM经常会提到巴伦，对于一些新HAM来说，巴伦这个名词还比较陌生，下面让我们来简单介绍一下。
一、巴伦的定义和作用
巴伦这个词来源于英文BALUN，正确的发音为[’baelan]，按照这个发音，应该译为“贝兰”，但在国人翻译的时候，按照汉语拼音的发音方法，直接将这个词译为了“巴伦”，习惯成自然，巴伦便成了国内的通用叫法。BALUN的英文全称是BaLanceTo Unbalance Transformer，即“平衡到不平衡变压器”。
作为电子系统中的重要组成部分，巴伦在射频、视频和音频等领域有着广泛的应用，而非仅用于无线通信领域。巴伦的本质是一种变压器，在电路中的作用是把“与参考地相对平衡的电信号”和“与参考地相对不平衡的电信号”进行相互转换和匹配。比如在视频领域，通过巴伦可以将不平衡的同轴电缆传输的信号转变为平衡的信号，以便使用低损耗的双绞线进行100m以上较远距离的传输。在专业音频领域，使用音频巴伦可以将不平衡信号与平衡信号进行相互转换。同时巴伦在各个应用领域中也常作为阻抗转换使用。
在业余无线电通信领域，巴伦在天馈系统中起着非常重要的作用，很多时候是必不可少的。由于传输线理论、天线理论非常复杂，所以在这里只简单介绍一下现象。现有大多数短波电台的输出是不平衡的，要用同样不平衡的同轴电缆将信号输送到天线。同轴电缆传输信号时，因趋肤效应，信号在电缆芯线的外表面及电缆屏蔽层的内表面传输，两者电流大小相等，方向相反，所以屏蔽层可以防止信号泄漏出去，屏蔽层外表面不应该存在电流，电缆外部也不应该存在辐射。在使用偶极天线时，两个振子被看作是平衡的，因为不平衡的同轴电缆与平衡的偶极天线连接，产生不匹配现象，原本在电缆屏蔽层内表面传输的信号除了一部分流向连接它的振子，另一部分会流向屏蔽层的外表面，这部分电流被称为共模电流。这样在偶极天线的两个振子上的电流大小就不一致，而且共模电流会从同轴电缆屏蔽层的外表面辐射出去，从而改变天线辐射的方向并影响天馈系统的整体质量。更为让人烦恼的是，共模电流的辐射会成为射频干扰源，使得您家的电器受到非常严重的干扰，尤其在同轴电缆的长度等于1/2波长的时候，共模电流辐射造成的干扰最为严重。为了解决这些问题，就需要对同轴电缆和偶极天线进行匹配，我们就可以使用巴伦来对传输电缆

上的信号做出修正。
二、巴伦的种类
巴伦分为两大类，一类是电流型巴伦，另一类是电压型巴伦。电流型巴伦的制作原理是通过提高同轴电缆屏蔽层外表面的阻抗来抑制共模电流。一种最简单的电流型巴伦是用同轴电缆绕制成的扼流巴伦，用3m长-3的同轴电缆，并排绕7到8圈，用胶带固定好就成了一个有效的扼流巴伦。由于绕成线圈，同轴电缆的屏蔽层外表面被看成是一个电感线圈的导体表面，这样形成一个电感，其感抗可以阻止共模电流从天线根部流向整个馈线，从而抑制共模电流，消除射频干扰。在绕制这样的扼流巴伦时，电缆最好是整齐排列，这样比胡乱缠绕起来的线圈有更小的分布电容。这种利用同轴电缆绕制的扼流巴伦可以承受的功率与这种电缆本身所能承受的功率大致相同，而且在整个短波段对共模电流的抑制效果都比较好，所以在业余领域中被广泛接受和应用。

绕在PVC管上的同轴扼流巴伦
另外，也可以把同轴电缆或绝缘双绞线（漆包线）绕在磁环或磁棒上做成扼流巴伦，由于使用磁性材料，巴伦的电感量得比较高，对抑制共模电流可以有更好的效果，不少商品巴伦采用这种方案。但由于磁性材料的特响，这种巴伦所能承受的功率有限，在购买时要注意商品的说明。另外，这种巴伦的资料多来自国外，我们不太容易购买到所使用的磁性材料，在性能方面，虽然国产磁性材料也可以应用，但国产磁性材料的参数与国外资料中所使用的磁性材料可能存在差异，所以在自制时需要认真进择材料的选择。

使用同轴电缆和磁环的电流型巴伦
另一种扼流巴伦是W2DU发明的，他把一串铁氧体磁珠套在同轴电缆外，同样能够有效地达到了抑制共模电流的效果。但与磁环型巴伦的问题一样，在功率较高时，严重不平衡的天馈系统会使磁珠发热，甚至在靠近天线根部的磁珠可能会损坏。
为了抑制同轴电缆外皮上的共模电流，还可以从天线的馈电点处开始，给同轴电缆套上一个金属的扼流筒，在离天线1/4波长的地方与同轴电缆的外皮连接起来。这样就形成了一个射频开路的结构，能够提供最好的扼流效果。但是，因为扼流筒的长度必须为1/4波长，这个方案只适合单波段天线，而且在短波波段，其长度会随波段的降低而变长，在业余条件下很难制作，所以很少有HAM采用。
电压型巴伦多采用绝缘导线（漆包线）以不同的方式绕在磁性材料上制成，与电流型磁芯巴伦一样，看起来更像一个变压器（实际上就是变压器）。最典型的就是传统变压器型，通过两组互相隔离的线圈，达到平衡与不平衡转换的目的。市场上大部分商品巴伦采用电压型，如钻石公司生产的BU-50。
三、巴伦的选择和获取
前边说到巴伦除了能够将不平衡的同轴电缆与平衡的偶极天线进行匹配、抑制共模电流、消除共模干扰外，还有阻抗转换的功能。根据巴伦的制作方法不同，可以有不同的阻抗转换比，比较常见的比值有1：1、4:1、9:1、16:1等等。不管是购买成品还是自制巴伦，都需要根据所使用的天线和传输线的阻抗而定。比如最常见的是用同轴电缆馈电的倒V、水平半波偶极天线，因为这种天线的阻抗不是很高，可以选用1：1或2：1转换比的巴伦。如果打算用45Ω或600Ω的平行馈线来连接偶极天线，那么就需要在电台输出端加装9：1的巴伦来提供平衡输出。不少商品手动天调在内部内置了4：1的巴伦，其输出端为平衡式输出，供平行馈线使用。

几种巴伦的电路图
如果要使用不平衡的单极天线（如水平架设的鱼竿天线），除了使用地网之外，可能还需要自制一个“不平衡到不平衡的变压器”(Un-Un)，以便将同轴电缆与天线进行匹配。由于很多人将鱼竿天线用于多波段工作，其阻抗在某个波段可能非常高，所以需要比较大的阻抗转换比，如9：1或16：1。

一种阻抗转换比为4：1的“不平衡到不平衡变压器”

一个阻抗转换比为9：1的“不平衡到不平衡变压器”
国际上有不少厂商提供商品巴伦供HAM选购，在国内市场上能见到的而且比较有名的是日本第一电波生产的钻石BU-50和BU55、港中通信经销的彗星CBL-3000等。除此之外，国际上比较有名的厂商如MFJ、PALSTAR、Amidon、BalunDesigns、Radio-works、LDG等等也提供各种不同类型的巴伦供HAM选择。
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