从铜管巴伦说起

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1、从铜管巴伦说起从铜管巴伦说起⋯⋯最近，我优化了一款叠双菱天线，在和同轴电缆馈线进行匹配时，设计使用了一种铜管巴伦。有朋友问，不接这个铜管巴伦行不行？或者像长城天线那样，用同轴电缆做U形环巴伦，行不行？针对这些问题，我进行了比较深入的学习。今天就把学习体会，向坛友做个汇报。在无线电接收和发射系统中，天线是馈线的负载，因此，天线和馈线的匹配非常重要。在我们使用的WIFI频段，最常用的馈线就是50欧姆同轴电缆，而使用的天线，却是五花八门，既有输入阻抗为73.1欧姆的半波偶极天线，也有输入阻抗为292欧姆的折合半波偶极天线，不能不考

2、虑匹配的问题。匹配的方法，就是使用巴伦。那么，什么是巴伦？最初我以为，巴伦就是英文Balance的音译。Balance不就是平衡的意思嘛。后来才知道，巴伦是由Balance和Unbalance两个单词组合而成：Balance—Unbalance，Balance是平衡的意思，Unbalance是不平衡的意思。把这两个词合成缩写为一个单词——Balun，音译为巴伦。所以，巴伦就是“平衡—不平衡”的意思。我们在天馈系统经常要用到巴伦，就是要进行平衡不平衡的转换。为什么要进行平衡不平衡转换？我们知道，很多天线如半波振子天线、折合振子

3、天线、环形天线等都是平衡馈电的，它们都有两个馈电点，两个馈电点的信号电压（或电流）的相位是互为反相的。而主馈电缆常常使用同轴电缆，同轴电缆属于不平衡（不对称）馈线，其1October，2010从铜管巴伦说起内导体是馈电点，而外导体是地线点。不平衡馈电的同轴电缆直接连接到平衡结构的天线上，就会破坏天线的对称性，使天线两臂上的电流大小不等。这种不平衡性会造成馈线上的驻波加大，导致辐射功率的损耗。有些巴伦还有另外一个作用，就是进行阻抗变换。比如长城天线所用的1：4的U形环半波巴伦，就是一种既进行平衡不平衡转换，又兼顾阻抗转换的巴伦

4、——它把同轴电缆的50欧姆特性阻抗，转换为天线的200欧姆的输入阻抗（这就是1：4的含义）。同时，又把同轴电缆的不平衡馈电和长城天线的平衡结构相匹配。关于天馈系统不平衡造成的不良影响和1:4半波U形环巴伦的原理，请参照我《漫谈长城天线的巴伦》一文，有比较详细的描述，这里不再赘述。这里准备只说说“硬型巴伦”。——这个词可是我自己杜撰的，因为这类巴伦，都是应用了刚性材料，比如铜管，铜棒等等，这些材料不能弯折，需要一定的空间来安装。我把用非刚性同轴电缆制作的巴伦，称为“软型巴伦”，因为这些同轴电缆，可以盘绕、弯曲，可以在比较狭小的

5、空间安放。（关于硬型和软型的分类，只是根据材料的刚性程度划分的。我胡乱分，你们就胡乱听。如果和某些教科书有冲突，有人找我问责，我就闪人。哈哈）首先介绍1/4波长短路棒巴伦。我从某本教科书上截了一个图：2October，2010从铜管巴伦说起干脆把他的说明也截下来：这本教科书说的比较简单，下面我稍微详细的解说一下。我另外画一张图：3October，2010从铜管巴伦说起振子的左臂与同轴电缆外导体（屏蔽层）连接，即图中A点。振子右臂与同轴电缆内导体（芯线）、λ/4波长短路棒上端连接。见图中B点。λ/4波长短路棒下端则通过金属短路

6、环和同轴电缆外导体（屏蔽层）连接。从上图可以看出，从A点到B点的距离为两个１／４波长，即λ/4＋λ/4=λ/2。所以，同轴电缆芯线的信号从B点传到到A点，正好走了１／2波程，相位正好相差180度。就把同轴电缆的不对称变成对称了。（随便说一下：１／４波长金属短路棒的直径，应和同轴电缆馈线外导体的直径相同，上面示意图中金属短路棒画细了。大家凑合看吧。）你也许会有疑问——这样接法，A点和B点，岂不是被短路了？，恰恰相反，从A、B两点看进去，阻抗为无穷大！这就是１／４波长传输线的绝妙之处！！4October，2010从铜管巴伦说起上

7、图是一段１／４波长传输线，例如我们常用的７５Ω和５０Ω同轴电缆，选取一定的长度，便可成为某一频率的１／４波长传输线。这一段传输线在对应的频率上有一个非常重要的特性：Ａ端短路时，Ｂ端阻抗呈无限大；Ｂ端短路时，Ａ端阻抗呈无限大。神奇的是，如果A端开路时，B端阻抗呈现无限小（就是短路了）！B端开路时，A端也一样，呈现短路状态。１／４波长线的这种特性为我们带来极大的方便，比如上面的金属短路棒巴伦，就利用了这一特性。因为短路棒的长度为１／４波长，下端和同轴电缆外导体短接，从上端即从A、B两端看进去，阻抗就是无穷大！（其实，上面那个短路

8、棒也可以用一段１／４波长的同轴电缆代替，同样可以起到平衡不平衡转换的作用。但是，要求这段１／４波长的同轴电缆要与主馈同轴电缆平行，且保持一个恒定的距离。如果使用软性同轴电缆就不容易做的了，所以很少被人采用。）如果上面１／４波长短路棒巴伦的原理弄懂了，那么，我在激情版叠双菱天线中使用的铜管巴