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발룬 및 RF 변압기 계산기

밸런싱-언밸런스 피드 라인 매칭을 위한 발룬 회전율, 임피던스 변환 및 삽입 손실을 계산합니다.무료로 즉시 결과를 얻을 수 있습니다.

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공식

N=ZLZSN = \sqrt{\frac{Z_L}{Z_S}}
N— 회전 비율 (보조:기본)
Z_L— 부하 임피던스 (Ω)
Z_S— 소스 임피던스 (Ω)

작동 방식

발룬 트랜스포머 계산기는 밸런스 (디퍼런셜) 회로와 언밸런스 (싱글 엔드) 회로 간 변환을 위한 권선비와 페라이트 코어 선택을 결정합니다. RF 엔지니어, 안테나 설계자 및 EMC 전문가는 이를 사용하여 다이폴을 동축 케이블에 연결하고 푸시풀 증폭기를 매칭하고 공통 모드 간섭을 억제합니다.권선비 N = sqrt(Z_balanced/Z_unbalanced) 은 임피던스 변환을 결정합니다. Sevick의 '송전선 변압기' (4판) 와 Pozar의 '마이크로파 엔지니어링' (4판) 에 따르면 4:1 발룬은 N = 2 권선비를 사용하여 200옴 접힌 쌍극자와 50옴 동축 케이블을 일치시킵니다.제7장.반사 손실 및 균형을 포함한 발룬 성능 파라미터는 IEEE 표준 287-2007 (최대 110GHz 주파수의 정밀 동축 커넥터에 대한 IEEE 표준) 교정 방법에 따라 측정됩니다.

전송선 발룬 (Guanella, Ruthroff) 은 전송선 특성 임피던스가 대역폭을 결정하는 코일형 동축 또는 이중 권선을 사용합니다. 1:1 전류 발룬은 3:1 주파수 범위에서 20dB 이상의 균형을 달성합니다.플럭스 결합 발룬은 주파수에 대해 투과성이 선택된 페라이트 코어를 사용합니다. 1~30MHz의 경우 유형 43 (mu = 850), 30-200MHz의 경우 유형 61 (mu = 125), 200MHz-1GHz의 경우 유형 67 (mu = 40).

커먼 모드 제거율 (CMRR) 은 원치 않는 전류를 억제할 때 발룬 효과를 측정합니다. 고품질 발룬은 30dB 이상의 CMRR을 달성합니다.진폭 밸런스 (< 0.5dB) 와 위상 밸런스 (< 3도) 는 푸시풀 증폭기와 측정 시스템에 매우 중요합니다.삽입 손실 범위는 설계 및 주파수에 따라 0.1dB (전송선) ~ 1dB (플럭스 커플링) 입니다.

계산 예제

문제: 14MHz (20미터 아마추어 대역) 에서 200옴 접힌 쌍극자를 50옴 동축과 일치시키도록 4:1 발룬을 설계하십시오.

세빅 방법론별 솔루션:

  1. 회전율: N = sqrt(200/50) = 2:1 (보조 2회전: 1회전 기본 등가)
  2. 토폴로지 선택: 1:1 송전선 구간 2개를 사용한 구아넬라 4:1 전류 발룬
- 각 섹션은 페라이트에 50ohm 동축 감겨져 있습니다. - 언밸런스 측에서는 병렬, 밸런스 측에서는 직렬: 50 || 50 = 25옴 입력이 50 + 50 = 100옴으로 변환됩니다... - 잠시만요. 재구성 필요: 직렬 병렬의 50옴 섹션은 4:1 변형을 제공합니다.

  1. 대안: 러스로프 4:1 전압 발룬
- 페라이트 토로이드에 바이필러 와인딩이 있는 오토트랜스포머 동작을 사용합니다. - FT-140-43 토로이드의 풍속은 바이필러 (16 게이지 와이어) 를 8바퀴 돌립니다. - 권선의 특성 임피던스: Z0 = sqrt(Z1*Z2) = sqrt(50*200) = 100옴
  1. 임피던스 변환 확인:
- 밸런스 포트에 200옴 저항을 연결합니다. - 안테나 분석기로 언밸런스 포트에서 50 +/- 5옴 측정 - 적절한 설계의 SWR은 10-20MHz에서 1.5:1 미만이어야 합니다.
  1. 14MHz에 대한 코어 선택:
- FT-140-43 (타입 43 페라이트, mu = 850): 14메가헤르츠에서 500옴 이상의 초킹 임피던스를 제공합니다. - 또는 더 높은 전력 처리를 위해 FT-114-43 두 대를 스택하여 사용할 수도 있습니다 (500W 대 200W).
  1. 테스트 결과 벤치마크: 잘 설계된 4:1 발룬은 다음을 달성합니다.
- 삽입 손실: 14MHz에서 0.3dB 미만 - 삽입 손실: 20 데시벨 (SWR < 1.22:1) - 밸런스: 0.5dB 미만의 진폭, < 5도 위상

실용적인 팁

  • ✓수신 전용 애플리케이션 (SDR, 스캐너) 의 경우 상용 1:1 전류 발룬을 사용하십시오. 20달러 단위는 적절한 균형을 유지할 수 있습니다. 직접 와인딩하면 전력 처리가 중요한 송신 발룬의 경우에만 비용이 절약됩니다.
  • ✓각 밸런스 단자에 50ohm 저항을 장착하여 접지에 대한 밸룬 밸런스를 테스트합니다. 전류는 같고 반대여야 합니다 (각 저항기의 전압 강하 측정). 불균형은 권선의 비대칭 또는 코어 포화를 나타냅니다.
  • ✓광대역 애플리케이션에는 전송 라인 발룬 (페라이트에 동축 권선) 을 사용하십시오. 고유 임피던스 매칭은 10:1 주파수 범위에서 자속 결합 설계보다 더 평평한 응답을 제공합니다.

흔한 실수

  • ✗주파수에 잘못된 페라이트 재료 사용 — 유형 43은 30MHz 이상에서 포화되어 손실 및 발열을 유발합니다. 유형 61은 10MHz 미만의 투과율이 불충분하여 균형이 맞지 않습니다. 항상 재료를 작동 주파수에 일치시키십시오.
  • ✗공통 모드 초크 기능 무시 — 발룬은 공통 모드 전류에 높은 임피던스를 제공해야 합니다. 초킹이 충분하지 않으면 (200ohms 미만) 피드라인 방사가 발생하여 안테나 패턴이 왜곡되고 RF 간섭이 발생합니다.
  • ✗잘못된 권선 기법 — 2중 권선은 단단히 결합해야 합니다 (와이어가 닿는 경우). 간격이 느슨하면 결합 계수가 감소하고 대역폭이 2~3배 정도 저하됩니다.
  • ✗고출력에서의 코어 포화도 무시 — 페라이트 코어는 코어 면적 및 투과율에 따라 결정된 플럭스 수준에서 포화됩니다. 3.5MHz에서 100W를 처리하는 Type 43 토로이드는 30MHz에서 동일한 전력으로 과열될 수 있습니다.

자주 묻는 질문

발룬 (밸런스-언밸런스) 은 밸런스 회로와 언밸런스 회로 사이를 변환합니다. 예: 쌍극자 (밸런스) 에서 동축 (언밸런스) 으로, 차동 증폭기를 싱글 엔드 부하로 변환합니다.유니언 (언밸런스-언밸런스) 은 두 언밸런스 회로 간의 임피던스 변환을 제공합니다. 예를 들어 엔드 피드 안테나의 경우 50옴 ~ 12.5옴, 오프 센터 피드 다이폴의 경우 50옴 ~ 450ohm입니다.둘 다 비슷한 트랜스포머 기술을 사용하는데, 차이점은 밸런스 변환이 필요한지 여부입니다.1:1 발룬은 순전히 밸런스용이고 (임피던스 변경 없음), 4:1 유니언은 순전히 임피던스용입니다 (밸런스 변경 없음).
제조업체 지침에 따라 페라이트 투과도를 작동 주파수와 일치시키십시오. 유형 43 (mu = 850): 1-30MHz — HF 아마추어, 단파HF 발룬의 주요 선택.유형 61 (뮤 = 125): 30-200 메가헤르츠 — VHF, 낮은 UHF.더 높은 주파수에서는 손실이 적습니다.타입 67 (mu = 40): 200 메가헤르츠 - 1 기가헤르츠 — UHF, 마이크로파.손실이 가장 적고 투과율이 가장 낮습니다.분말 철 (유형 2, 6): 포화 플럭스가 높은 1~50MHz — 고전력 RF에 더 적합하지만 투과성이 낮으면 더 많은 회전이 필요합니다.필요한 초킹 임피던스 (일반적으로 500옴 이상) 를 계산하고 코어가 작동 주파수에서 초킹 임피던스를 제공할 수 있는지 확인하십시오.
회전율 N = sqrt(Z_high/Z_low). 공통 비율: 1:1 (N=1): 50 ~ 50옴 — 밸런스 변환만 해당, 임피던스 변경 없음. 4:1 (N=2): 200 ~ 50옴 — 폴드 다이폴 대 동축, 일반적으로 2요소 야기 구동 소자에 적합. 9:1 (N=3): 450 ~ 50옴 — 오픈 와이어 피드라인에서 동축으로, 중심에서 벗어난 쌍극자. 16 :1 (N=4): 800~50옴 — 하이 임피던스 안테나.비표준 비율의 경우 발룬을 캐스케이드: 6:1 = 4:1 에 이어 1.5:1 (탭형 오토트랜스포머로 달성 가능).
공통 모드 제거율 (CMRR) 은 발룬이 양쪽 도체에 동일하게 흐르는 전류 (공통 모드) 와 다르게 흐르는 전류 (차동 모드) 에 비해 얼마나 잘 억제하는지를 측정합니다.발룬이 없으면 외부 실드가 리턴 전류를 전달하기 때문에 동축 피드라인이 방사됩니다. 이로 인해 안테나 패턴이 왜곡되고 RF가 판잣집에 연결됩니다.CMRR이 30dB 탑재된 발룬은 공통 모드 전류를 30배 (전압) 만큼 감소시키는데, 이는 일반적으로 피드라인 방사를 제거하기에 충분합니다.밸런스 포트를 차동 구동하고 공통 모드 출력을 측정하여 CMRR을 측정합니다. 25dB 이상은 허용되고 35dB 이상은 우수합니다.
예, 성능이 저하된 경우: 설계 주파수 미만: 초킹 임피던스 부족, 공통 모드 제거 불량, 고전력 시 코어 포화 가능성.CMRR이 10~20dB 더 나빠질 수 있으며 피드라인 방사가 발생할 수 있습니다.설계 주파수 초과: 페라이트 손실 탄젠트로 인한 손실 증가, 권선 커패시턴스로 인한 공진, 대역폭 감소.50MHz에서 1~30MHz 발룬을 사용할 경우 삽입 손실이 3dB 증가하고 밸런스가 15dB 더 나빠질 수 있습니다.대역 외 사용의 경우 실제 성능을 측정하십시오. 일부 발룬은 2:1 주파수 확장을 견딜 수 있지만 다른 발룬은 치명적으로 고장납니다.

방법론 및 참고문헌

참고문헌

  • Microwave Engineering, 4th ed. — David M. Pozar (2011), Chapter 8.5 — Baluns and power dividers
  • Matthaei, Young & Jones — Microwave Filters, Impedance-Matching Networks — Artech House (1980), Chapter 4 — Coupled resonators and transformers

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