50Ω ~ 300Ω 매칭: 실용적인 발룬 설계 가이드

발룬이 대부분의 엔지니어가 생각하는 것보다 더 중요한 이유

동축 피드라인을 다이폴 안테나에 연결할 때마다 문제가 발생합니다.동축 케이블은 균형이 맞지 않습니다. 즉, 차폐와 중심 도체는 같거나 반대되는 전류를 전달하지 않습니다.쌍극자는 균형을 이룹니다. 양 반쪽 모두 180° 위상 간에 동일한 전류를 전달해야 합니다.직접 연결하면 동축 쉴드 외부에 공통 모드 전류가 흐르며, 이 전류는 신호를 방출하고 패턴을 왜곡하며 수신 시 잡음을 흡수합니다.

바로 발룬이 필요한 이유죠.이름은 말 그대로 “밸런스 투 언밸런스”인데, 이 근본적인 불일치를 해결합니다.하지만 문제가 하나 있습니다. 대부분의 발룬은 임피던스를 변환하기도 하는데, 이 비율을 잘못 설정하면 전력이 소모되고 송신기가 손상될 수 있습니다.

임피던스 변환 문제

자유 공간에 있는 단순한 반파장 쌍극자의 피드포인트 임피던스는 약 73Ω 정도입니다.실제로 지면 위의 높이, 주변 물체 및 와이어 지름은 이 값을 50Ω ~ 100Ω 이상으로 이동합니다.접힌 쌍극자?명목상으로는 300Ω입니다.오픈 와이어 래더 라인은 간격에 따라 300~600Ω입니다.

한편 라디오는 50Ω을 예상합니다.TV는 75Ω을 예상합니다.불일치로 인해 반사가 발생하고 반사는 전력이 방사되지 않고 송신기 쪽으로 되돌아가는 것을 의미합니다.

권선비와 임피던스 비율 간의 관계는 간단합니다.

여기서$N$은 회전비 (보조에서 1차측으로) 입니다.따라서 권선비가 2:1 이면 임피던스 변환이 4:1 이 됩니다.4:1 발룬은 아마도 가장 흔히 접할 수 있는 유형일 것입니다. 이 발룬은 2:1 회전 비율을 사용하여 200Ω 하향 50Ω 또는 300Ω 하향 75Ω 사이의 값을 일치시킵니다.

실제 사례: 접힌 쌍극자를 50Ω 동축에 맞추기

146MHz의 2미터 접이식 쌍극자를 만든다고 가정해 봅시다.안테나의 피드포인트는 약 300Ω 정도입니다.동축 케이블은 표준 RG-58 (50Ω) 입니다.

먼저 필요한 임피던스 비율을 찾으십시오.

이제 회전율을 구하십시오.

이건 어색해요.2.45턴은 감을 수 없어요.옵션으로는 2:1 비율 (임피던스를 4:1 이므로 200Ω 제공) 또는 3:1 비율 (9:1 임피던스를 제공하므로 450Ω 제공) 이 있습니다.둘 다 완벽하지는 않습니다.

실제로 대부분의 엔지니어는 여기서 4:1 발룬을 사용하고 불일치를 받아들입니다.4:1 발룬에 300Ω을 넣으면 동축 쪽에서 75Ω이 나옵니다.이는 50Ω 대비 1. 5:1 VSWR입니다. 이상적이지는 않지만 실행 가능합니다.반사 손실은 약 14dB이며, 이는 전력의 약 4% 가 역반사된다는 의미입니다.100W 송신기의 경우 4W는 방사되지 않습니다.짜증나지만 치명적이지는 않습니다.

또는 75Ω 동축 케이블 (예: RG-6 또는 RG-11) 을 사용할 수도 있습니다. 그러면 거의 완벽에 가까운 결과를 얻을 수 있습니다.어쨌든 75Ω 피드라인이 표준인 TV 안테나와 같은 수신 전용 애플리케이션에 더 적합한 솔루션입니다.

발룬 및 RF 트랜스포머 계산기 를 열고 50Ω 소스, 300Ω 부하, 146MHz 및 10MHz 대역폭을 연결하세요.계산기가 2. 45:1 의 비율을 권장하고 실제 정수 비율로 실제 VSWR이 어떻게 될지 보여줍니다.

대역폭 고려 사항

발룬은 광대역이 아닙니다.송전선 발룬 (클래식 1:1 초크 발룬과 같은) 은 약 3:1 의 주파수 범위에서 작동합니다.일반 트랜스포머 발룬은 운이 좋으면 10:1 을 커버할 수 있지만 엣지에서는 성능이 떨어집니다.

핵심 소재는 매우 중요합니다.페라이트 코어는 수백 kHz부터 VHF까지 잘 작동하지만 믹스마다 주파수 범위가 다릅니다.타입 43 페라이트는 HF (1~30MHz) 에 널리 사용됩니다.타입 61은 VHF로 확장됩니다.잘못된 믹스를 사용하면 “발룬”이 작동 주파수에서 손실이 큰 저항이 됩니다.

협대역 애플리케이션 (예: 단일 아마추어 대역) 의 경우 설계를 엄격하게 최적화할 수 있습니다.여러 대역에서 광대역을 사용하는 경우 성능이 저하될 수 있습니다.계산기의 대역폭 입력은 설계가 무너지기 시작하는 지점을 이해하는 데 도움이 됩니다.

삽입 손실: 숨겨진 세금

모든 발룬은 어느 정도의 힘을 발산합니다.동축 케이블이나 트위스트 페어를 사용하는 송전선 발룬은 효율성이 매우 뛰어나며 일반적으로 손실은 0.2dB 미만입니다.페라이트 코어의 기존 권선 트랜스포머는 HF에서 0.3—0.5dB를 실행하지만 잘못 선택하면 VHF에서 1dB 이상으로 올라갑니다.

0.5dB는 별로 들리지 않지만 전력의 11% 를 열로 변환한 셈입니다.1500W에서는 165W로 발룬을 데울 수 있습니다.그렇기 때문에 고출력 발룬은 세심한 열 설계가 필요하며 페라이트 대신 에어 코어 또는 분말 철 구조를 사용하는 경우가 많습니다.

흔히 저지르는 실수와 문제점

혼란스러운 전압 및 전류 발룬

4:1 전압 발룬과 4:1 전류 발룬은 모두 임피던스를 4:1 로 변환하지만 불균형 부하에서는 다르게 동작합니다.안테나가 완벽하게 대칭적이지 않고 실제 안테나는 거의 대칭이 아닌 경우 전압 발룬을 사용하면 공통 모드 전류가 흐를 수 있습니다.전류 밸런은 부하 불균형에 관계없이 동일한 전류와 반대 전류를 흐르게 합니다.

대부분의 안테나 애플리케이션에는 전류 발룬이 올바른 선택입니다.전압 발룬은 구축이 더 간단하지만 이웃 TV의 RFI 문제를 해결하기 전까지는 알아차릴 수 없는 문제가 발생합니다.

주파수 계수 무시

페라이트 투과율은 주파수에 따라 일정하지 않습니다.7MHz용으로 설계된 발룬은 28MHz에서 완전히 다른 특성을 가질 수 있습니다.인덕턴스가 변하고 손실 탄젠트가 변하며 신중하게 계산한 권선비는 더 이상 예상했던 임피던스 변환을 제공하지 않습니다.

원하는 주파수 범위의 핵심 사양을 항상 확인하십시오.대부분의 제조업체는 복잡한 투과율 곡선을 발표하므로 이를 사용하십시오.

코어 채도 과소평가

페라이트 코어는 포화 상태입니다.일부 출력 수준에서는 코어가 더 많은 자속을 지원할 수 없어 발룬이 비선형 상태가 됩니다.이로 인해 고조파가 발생하고 코어가 가열되어 치명적인 고장이 발생할 수 있습니다.

일반적인 페라이트의 포화 플럭스 밀도는 약 0.3—0.5T입니다. 주어진 코어 크기와 회전 수에 대해 안전하게 처리할 수 있는 최대 전력이 있습니다.코어가 클수록 더 많은 전력을 처리할 수 있습니다.회전 수가 많을수록 자속 밀도는 감소하지만 손실은 증가합니다.이는 항상 절충점이 됩니다.

발룬에서 SWR을 잊어버리다

안테나 튜너가 라디오에서 완벽한 1:1 SWR을 보여줄 수도 있지만, 그렇다고 해서 발룬이 만족하는 것은 아닙니다.발룬이 튜너와 안테나 사이에 있으면 안테나가 실제로 나타내는 임피던스를 감지하고 있는 것입니다.라디오 쪽에 있는 튜너는 송신기의 문제를 숨길 뿐입니다. 발룬은 여전히 불일치를 처리해야 합니다.

그렇기 때문에 다중 대역 설치에서는 튜너를 발룬보다 먼저 안테나 피드포인트에 두는 것이 더 적합합니다.

실용 구성 노트

간단한 1:1 초크 발룬의 경우 페라이트 토로이드에 동축 케이블을 10~12회 돌려 사용하세요.주파수에 적합한 투과성을 가진 코어 (예: HF 작업용 FT-240-43) 를 사용하십시오.동축 케이블은 그 자체로 임피던스를 제공합니다. 페라이트는 공통 모드 전류에 질식 임피던스를 추가할 뿐입니다.

4:1 전류 발룬의 경우 바이필러 권선이 필요합니다. 즉, 두 개의 와이어가 함께 감긴 전송 선로입니다.이 트위스트 페어의 특성 임피던스는 소스 및 부하 임피던스의 기하 평균이어야 합니다.

꼬인 자석 와이어에서 정확히 100Ω을 얻으려면 와이어 게이지와 비틀림 속도를 실험해 봐야 합니다.대부분의 빌더는 “충분히 가까운 거리”를 목표로 하며 사소한 SWR 충돌도 감수합니다.

발룬을 완전히 건너뛰는 시기

가끔은 필요 없을 때도 있습니다.방사형이 있는 1/4파 수직 구조에서는 기본적으로 균형이 맞지 않습니다. 동축 케이블은 문제 없이 직접 연결됩니다.적절한 매칭 네트워크를 갖춘 엔드 피드 안테나도 설계상 불균형을 초래합니다.

패턴 왜곡이 중요하지 않고 전도 잡음이 걱정되지 않는 수신 전용 애플리케이션의 경우 불균형 연결에서 발생하는 공통 모드 전류가 적절할 수 있습니다.진지한 스테이션에는 추천하지 않지만 퀵 필드 안테나의 경우에는 유효한 지름길입니다.

사용해 보세요

계산은 어렵지 않지만 턴 비율, 코어 선택, 대역폭, 손실 등 모든 요소를 정확히 파악하려면 세심한 주의를 기울여야 합니다.발룬 및 RF 트랜스포머 계산기 를 열고 실제 소스 및 부하 임피던스를 실험해 보세요.이 도구는 이상적인 권선비를 보여주고, 정수 권선에 매핑되지 않는 어려운 비율에 대해 경고하고, 일반적인 구조의 삽입 손실을 추정합니다.

무엇이든 와인딩하기 전에 숫자를 입력하세요.토로이드를 푸는 것보다 계산기 입력을 변경하는 것이 훨씬 쉽습니다.