Balun

En la comunicación por radiofrecuencia (RF), mantener las señales claras y fuertes es una prioridad.Un dispositivo que juega un papel importante en este proceso es el Balun.Un Balun, que representa "equilibrado a desequilibrado", ayuda a conectar dos tipos diferentes de sistemas, balanceados y desequilibrados, sin dejar que la señal se debilite o se vuelva débil o ruidosa.Al reducir la interferencia, Baluns se asegura de que la señal permanezca limpia y efectiva a medida que se mueve a través de diferentes partes del sistema.En este artículo, analizaremos de cerca a Baluns, explicando lo que hacen, los diferentes tipos disponibles y cómo se usan en situaciones de la vida real.Esto le dará una mejor comprensión de por qué son tan útiles en los sistemas de antena RF.

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Figura 1: Balun

¿Qué es un Balun?

Un balun, abreviatura de "equilibrado a desequilibrado", es un dispositivo que permite que las señales se muevan entre dos tipos de sistemas: equilibrado y desequilibrado.En un sistema equilibrado, la señal viaja a través de dos cables con voltajes iguales pero opuestos, reduciendo el ruido.En un sistema desequilibrado, un solo cable lleva la señal, con el suelo como referencia, por lo que es más propensa al ruido.

El trabajo del Balun es convertir señales entre estos sistemas sin perder la intensidad de la señal o agregar ruido.Utiliza un diseño especial con bobinas de alambre alrededor de un núcleo magnético para que coincida con las propiedades eléctricas entre los dos sistemas, asegurando la transferencia de señal suave.

Los balun se usan comúnmente en la comunicación de radiofrecuencia (RF), especialmente con antenas.Por ejemplo, una antena dipolar equilibrada a menudo se conecta a un cable coaxial desequilibrado a través de un Balun para evitar problemas de señal.Sin un balun, la señal podría debilitar o recoger el ruido, reduciendo la calidad.

Baluns también ayuda en otras áreas como antenas de transmisión y transmisión de video, manteniendo las señales claras y fuertes durante la conversión.En resumen, un Balun asegura que las señales se muevan sin problemas y permanezcan claras al hacer la transición entre sistemas equilibrados y desequilibrados.

¿Por qué se necesita Baluns?

Figura 2: Antena Balun

Los Baluns son partes importantes de los sistemas de antena, que hacen trabajos que ayudan al sistema a funcionar mejor y de manera más eficiente.

Detener la radiación no deseada o la recolección de señal: Cuando conecta una antena equilibrada directamente a un cable coaxial desequilibrado, la parte exterior del cable coaxial podría enviar o recoger señales accidentalmente.Esto puede provocar interferencia durante la recepción de la señal o causar radiación no deseada al transmitir.Baluns soluciona esto asegurándose de que el cable coaxial funcione correctamente, reduciendo estos problemas significativamente.

Manteniendo el patrón de radiación de la antena: Sin un balun, la radiación o recogida de señal no deseada por el cable coaxial puede estropear el patrón de radiación diseñado por la antena, lo que lleva a un rendimiento más pobre.Al usar un Balun, el patrón de radiación de la antena permanece igual, protegiendo el rendimiento y la dirección de la señal.

Reducción de la radiación de RF cerca del transmisor: A veces, las señales de RF pueden provenir del alimentador en lugar de la antena, causando interferencia alrededor del transmisor.Esto puede ser especialmente problemático en los sistemas de transmisión de datos, donde la interferencia de RF puede estropear las conexiones entre el transmisor y otros dispositivos.Un Balun ayuda con esto asegurándose de que las señales de RF se envíen de la manera correcta, reduciendo la posibilidad de interferencia.

Tipos de baluns en sistemas de antena RF

Los Baluns son dispositivos utilizados en sistemas de antena RF (radiofrecuencia) para cambiar las señales entre líneas equilibradas y desequilibradas.Existen diferentes tipos de baluns, cada uno hecho para satisfacer las necesidades específicas en estos sistemas.Aquí hay una mirada detallada a los diferentes tipos:

Transformador balun

Figura 3: Transformador Balun

Un transformador Balun es un tipo común y ampliamente utilizado en los sistemas de RF.Tiene dos devanados separados, o bobinas, envueltos alrededor de un núcleo de ferrita.Estos devanados mantienen los lados equilibrados y desequilibrados del sistema separados entre sí, lo que ayuda a evitar la interferencia y mantiene la señal clara.La forma en que el transformador Balun ajusta la impedancia (que es un tipo de resistencia eléctrica) depende del número de giros en los dos devanados.Por ejemplo, si un devanado tiene el doble de vueltas que el otro, puede igualar una impedancia de 100 ohmios en el lado equilibrado a 50 ohmios en el lado desequilibrado.Esta característica lo hace útil para hacer coincidir diferentes niveles de impedancia.

Autotransformador Balun

Figura 4: Autotransformador Balun

El AutoTransformer Balun es diferente del transformador Balun porque usa solo un devanado para cambiar la señal.Este diseño de viento único permite una ruta de corriente continua (DC) hacia el suelo para todas las conexiones, lo que ayuda a liberar de forma segura la electricidad estática que puede acumularse en antenas externas.El AutoTransformer Balun a menudo se usa en sistemas donde tener una conexión a tierra es muy importante tanto para la seguridad como para la función adecuada.Debido a que solo tiene un devanado, este balun suele ser más simple y más pequeño que el transformador Baluns, aunque podría no proporcionar el mismo nivel de separación entre los lados equilibrados y desequilibrados.

RF Choke Balun

Figura 5: RF Choke Balun

Un estrangulador RF Balun funciona al aumentar la inductancia (que resiste los cambios en la corriente) en el conductor externo de un cable coaxial.Este aumento de la inductancia ayuda a bloquear las señales de RF no deseadas que viajan a lo largo del conductor, lo que puede causar interferencia y reducir el rendimiento del sistema de antena.Una forma común de hacer un estrangulador RF Balun es alinear el cable coaxial en el punto donde se conecta a la antena, creando un "estrangulador de línea de alimentación".Este método es simple y efectivo para mejorar el rendimiento.Otro método es envolver el cable coaxial alrededor de un núcleo de ferrita toroidal, lo que aumenta aún más la inductancia y proporciona un fuerte estrangulador.

Corriente vs. voltaje baluns

Figura 6: Balun actual

Un Balun actual funciona asegurando que la corriente igual fluya a través de ambos lados de una carga equilibrada.Este equilibrio evita las corrientes en modo común que pueden causar distorsión de señal e interferencia.El Balun actual logra esto mediante el uso de un diseño que obliga a la corriente en cada conductor a ser igual y opuesta, como con devanados bifilares o cables coaxiales enrollados alrededor de un núcleo de ferrita.Esta configuración no solo minimiza el potencial de radiación desde la línea de alimentación, sino que también ayuda a mantener la integridad de la señal transmitida.

El diseño actual de Balun lo hace altamente efectivo en las aplicaciones donde el objetivo principal es garantizar que la carga equilibrada reciba corrientes iguales y opuestas, lo cual es necesario para reducir la interferencia y la degradación de la señal.Esta característica hace que el Balun actual sea particularmente adecuado para los sistemas de antena.

Figura 7: Voltaje Balun

Por otro lado, un voltaje Balun está diseñado para garantizar que ambos lados de una carga equilibrada experimenten un voltaje igual.El voltaje Balun hace esto imponiendo voltajes iguales en ambos lados de la carga, pero no necesariamente garantiza que las corrientes sean iguales.Esto puede ser problemático porque las corrientes desiguales pueden conducir a corrientes en modo común, que son menos deseables en las aplicaciones de RF debido al potencial de interferencia y pérdida de señal.Los balun de voltaje a menudo son menos efectivos para prevenir estos problemas en comparación con los Baluns actuales, por lo que se usan menos comúnmente en los sistemas de antena de alto rendimiento.Sin embargo, aún pueden encontrar la aplicación en situaciones en las que el saldo de voltaje es más crítico que el balance actual, aunque estos escenarios son menos frecuentes en las aplicaciones de RF.

¿Cómo funciona un balun?

El concepto básico de un balun

Figura 8: Alimentador desequilibrado a equilibrado y equilibrado a un alimentador desequilibrado

Una antena o alimentador equilibrado tiene dos cables que transportan corrientes iguales pero en direcciones opuestas, mientras que un cable coaxial desequilibrado tiene un cable con un escudo conectado.Para conectar estos dos sistemas sin causar problemas, un Balun los mantiene separados.

Esta separación se realiza a través de un transformador, una parte principal dentro del Balun.El transformador tiene dos conjuntos de bobinas, uno conectado al sistema equilibrado y el otro al sistema desequilibrado.Las bobinas están diseñadas para evitar que la conexión a tierra del sistema desequilibrado afecte el sistema equilibrado.En términos simples, el Balun se asegura de que el sistema equilibrado funcione de forma independiente y no se ve perturbada por el cable desequilibrado.

Coincidencia de impedancia y ancho de banda

Figura 9: coincidencia de impedancia

Este diagrama muestra cómo funciona la coincidencia de impedancia en un sistema de comunicación de radio, lo que ayuda a garantizar que la señal se mueva suavemente entre diferentes partes como la antena, el filtro de pase de banda (BPF) y el transceptor.Baluns, que son transformadores, juegan un papel importante en el ajuste de la impedancia entre estas partes.Por ejemplo, la antena tiene una impedancia de 400 ohmios, y el Balun la cambia a 50 ohmios para que coincida con la línea de transmisión y BPF.El BPF filtra la señal, permitiendo que solo pasen las frecuencias deseadas.Después de filtrar, otro Balun ajusta la impedancia para que coincida con la resistencia de 200 ohmios del transceptor.

Baluns hace más que solo conectar diferentes sistemas;También ayudan a coincidir con la resistencia de la antena o alimentador con los 50 ohmios estándar del cable coaxial.La coincidencia es importante porque si la impedancia no está alineada correctamente, la señal puede recuperarse, causando una eficiencia reducida y una posible pérdida de señal.Los Baluns están diseñados para ajustar la resistencia para una mejor transferencia de señal con una pérdida mínima.Sin embargo, funcionan bien solo dentro de un cierto rango de frecuencias, conocido como ancho de banda.Para que el balun funcione correctamente, su ancho de banda debe cubrir la gama completa de frecuencias que usa la antena o el sistema.Un ancho de banda más amplio permite al Balun manejar varias frecuencias sin perder el rendimiento, ayudando al sistema a funcionar de manera eficiente.

Aplicaciones prácticas y consideraciones de Baluns en sistemas de antenas

Sistemas de antena y uso de Balun

Figura 10: Balun para sistemas de antena

Los balun se usan comúnmente en sistemas de antena, especialmente con antenas dipolo.En estas configuraciones, el Balun se coloca en el punto donde la antena se conecta al cable coaxial.El trabajo principal del Balun aquí es vincular las partes equilibradas de la antena dipolo con el cable coaxial desequilibrado.Esta conexión es necesaria porque las antenas dipolo naturalmente tienen corrientes iguales y opuestas en cada lado, mientras que los cables coaxiales llevan corriente solo en el cable interno.El Balun se asegura de que estos dos sistemas diferentes funcionen bien juntos, lo que ayuda a que la señal no pase sin problemas.

Sin un balun, conectar la antena directamente al cable puede causar problemas como la reflexión de la señal, la interferencia y la eficiencia reducida.El Balun ayuda a prevenir estos problemas al mantener la coincidencia eléctrica entre la antena y el cable, lo que reduce la pérdida de señal y permite que el sistema de antena funcione correctamente.

Montaje y protección del clima para balun al aire libre

Figura 11: Balun resistente a la intemperie para sistemas de antena al aire libre

Al usar Baluns en los sistemas de antena al aire libre, deben construirse para manejar condiciones climáticas difíciles.El sol, la lluvia, el calor y el frío pueden afectar lo bien que funciona un balun si no está protegido adecuadamente.Para que el Balun funcione bien, debe sellarse correctamente para evitar que el agua entre.El agua dentro de un Balun puede causar cortocircuitos o cambiar la forma en que funciona, lo que lleva a la pérdida de señal o incluso haciendo que el sistema de antena deje de funcionar.

Además, la forma en que se adjunta el balun debe incluir características que alivien la tensión.El alivio de la tensión es importante porque evita el estrés físico en las conexiones de Balu, lo que de otro modo podría desgastarse con el tiempo y conducir a la falla.Por ejemplo, en fuertes vientos, el sistema de antena podría moverse, poniendo estrés en el balun.Un alivio de tensión bien diseñado protegerá las conexiones, asegurándose de que el Balun permanezca de forma segura y sigue funcionando correctamente incluso en estas condiciones.

Conclusión

Los Baluns son partes útiles de los sistemas de antena RF que ayudan a las señales se mueven suavemente entre los sistemas equilibrados y desequilibrados, al tiempo que los mantienen libres de ruido e interferencia.Ya sea que se trate un transformador Balun, Autotransformer Balun o RF Choke Balun, cada tipo tiene un trabajo específico que ayuda al sistema de antena a funcionar mejor.Saber cómo funcionan los Baluns y el uso de la correcta puede hacer que su sistema de comunicación de RF sea más eficiente y confiable.Como hemos discutido, los Baluns ayudan a coincidir con diferentes partes del sistema, detener las señales no deseadas y mantener la antena que funcione correctamente.Al elegir el Balun correcto, puede asegurarse de que sus señales de RF se mantengan fuertes y claras, lo que lleva a un mejor rendimiento general.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Dónde se debe colocar un Balun?

Se debe colocar un balun donde una antena equilibrada, como un dipolo, se conecta a una línea de transmisión desequilibrada, como un cable coaxial.Este lugar es el mejor lugar para asegurarse de que la señal se mueva suavemente y no retire el ruido o la interferencia.

2. ¿Necesito un balun para un dipolo?

Sí, necesita un balun para una antena dipolo cuando está conectada a una línea de transmisión desequilibrada, como un cable coaxial.El Balun ayuda a evitar que la señal se distorsione o recoge interferencia, lo que permite que el dipolo funcione correctamente.

3. ¿Cuál es el tipo más común de balun?

El tipo más común de balun es el transformador Balun.Se usa ampliamente en los sistemas de RF para ayudar a que coincidan con la conexión entre las piezas equilibradas y desequilibradas, asegurándose de que la señal permanezca clara.

4. ¿Es un Balun solo un transformador?

Un Balun no es solo un transformador, aunque muchos Baluns funcionan como Transformers.Un Balun también puede usar otros diseños, como un autotransformador o un estrangulador de RF, para equilibrar y desequilibrar las señales.

5. ¿Cuáles son los diferentes tipos de baluns?

Los diferentes tipos de Baluns incluyen transformador Baluns, Autotransformer Baluns y RF Choke Baluns.Cada tipo está hecho para usos específicos y tiene diferentes formas de equilibrar o desequilibrar la señal.