بالون
 | تتضمن هذه المقالة قائمة بالمراجع العامة ، لكنها تفتقر إلى الاستشهادات المضمنة الكافية . ( أكتوبر 2008 ) |
| جزء من سلسلة عن |
| الهوائيات |
|---|
 |
المحول المتوازن / ˈbælʌn / (من " متوازن إلى غير متوازن"، أصلاً، ولكن الآن مشتق من " وحدة الموازنة " ) [ 1 ] هو جهاز كهربائي يسمح بربط خطوط متوازنة وغير متوازنة دون إزعاج ترتيب معاوقة أي من الخطين. [2] يمكن أن يأخذ المحول المتوازن أشكالًا عديدة وقد يتضمن أجهزة تعمل أيضًا على تحويل المعاوقات ولكن ليس من الضروري القيام بذلك. في بعض الأحيان، في حالة المحولات المتوازنة، تستخدم اقترانًا مغناطيسيًا ولكن ليس من الضروري القيام بذلك. تُستخدم أيضًا موانع الاختناق ذات الوضع المشترك كمحولات توازن وتعمل عن طريق إزالة إشارات الوضع المشترك بدلاً من رفضها.
أنواع البالون
نوع المحول الكلاسيكي
في المحولات الكلاسيكية، توجد لفتان منفصلتان كهربائيًا من ملفات الأسلاك حول قلب المحول. تتمثل ميزة المحولات من النوع الذي يشبه المحولات مقارنة بأنواع أخرى من المحولات في أن اللفات المنفصلة كهربائيًا للإدخال والإخراج تسمح لهذه المحولات بتوصيل الدوائر التي تكون جهداتها على مستوى الأرض عرضة لحلقات أرضية أو غير متوافقة كهربائيًا؛ ولهذا السبب غالبًا ما تسمى محولات العزل .
يُطلق على هذا النوع أحيانًا اسم "محول الجهد". يستقبل الملف الأساسي إشارة الإدخال، ويرسل الملف الثانوي الإشارة المحولة. قد يكون القلب الذي يتم لفهما عليه إما فارغًا (قلب هوائي) أو، على نحو مكافئ، مادة محايدة مغناطيسيًا مثل دعامة البورسلين، أو قد يكون مادة موصلة مغناطيسيًا جيدًا مثل الفريت في محولات التردد العالي الحديثة (HF)، أو الحديد اللين كما في الأيام الأولى من التلغراف.
تتحول الإشارة الكهربائية في الملف الأولي إلى مجال مغناطيسي في قلب المحول. وعندما ينعكس التيار الكهربائي عبر الملف الأولي، فإنه يتسبب في انهيار المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه. ثم يحفز المجال المغناطيسي المنهار مجالًا كهربائيًا في الملف الثانوي.
تحدد نسبة الحلقات في كل لف وكفاءة اقتران الملفات المغناطيسي نسبة الجهد الكهربي ( الجهد ) إلى التيار الكهربي والقدرة الكلية للخرج. بالنسبة للمحولات المثالية، على الرغم من أن نسبة الجهد إلى التيار ستتغير بنسبة دقيقة إلى مربع نسبة اللف، إلا أن القدرة (مقاسة بالواط ) تظل متطابقة. في المحولات الحقيقية، يتم فقد بعض الطاقة داخل المحول بسبب تسخين القلب المعدني للمحول، ومقاومة التيار المتردد والتيار المستمر لموصلات اللف، وتضيع خارجًا في البيئة المحيطة بسبب الاقتران المغناطيسي غير الكامل بين الملفين.
نوع المحول التلقائي
يتكون المحول المثالي من سلكين (أساسي وثانوي) ونواة: يولد التيار في السلك الأساسي مجالًا مغناطيسيًا في النواة، والذي بدوره يحفز مجالًا كهربائيًا في السلك الثانوي. يحتوي محول التيار الذاتي على ملف واحد فقط ، أو يتكون من ملفين أو أكثر لهما اتصال كهربائي، ملفوف حول قلب. يمكن للمرء أيضًا صنع محول ذاتي من محول عادي عن طريق توصيل الملفات الأولية والثانوية بشكل متقاطع. تسمى المحولات المصنوعة من ملفات المحول الذاتي أيضًا محولات الجهد ، لأنها تنتج جهد خرج متوازن، ولكن ليس بالضرورة تيارًا متوازنًا.
في جميع المحولات الذاتية، يجب أن يحتوي الملف المفرد على اتصال كهربائي إضافي واحد على الأقل - يسمى نقطة الصنبور أو نقطة الصنبور - بين طرفي الملف. يعمل التيار المرسل إلى المحول من خلال زوج واحد من التوصيلات كما لو كان ملفًا أساسيًا، ويجذب النواة بالكامل. عندما يتغير التيار الكهربائي في جزء الإدخال من الملف، ينهار المجال المغناطيسي المستحث ويؤدي انهيار المجال المغناطيسي في النواة إلى تيار كهربائي في الملف بالكامل. تتمتع التوصيلات الكهربائية لأجزاء الملف المختلفة عن توصيلات الإدخال بجهد أعلى أو أقل اعتمادًا على طول الملف الذي يتم سحب الخرج منه.
على عكس محولات التوازن من النوع المحول، يوفر محول التوازن التلقائي مسارًا للتيار المستمر إلى الأرض من كل طرف. نظرًا لأن الهوائيات الخارجية معرضة لتراكم الشحنات الكهربائية الساكنة، فإن المسار الذي يسمح بتصريف الشحنات الساكنة إلى الأرض من خلال محول التوازن التلقائي يمكن أن يكون ميزة مميزة.
نوع محول خط النقل
يمكن اعتبار محولات خطوط النقل أو محولات الاختناق أشكالاً بسيطة من محولات خطوط النقل . يُطلق على هذا النوع أحيانًا محول تيار متعادل ، لأنه يضمن تيارًا متساويًا على جانبي خرجه، ولكن ليس بالضرورة جهدًا متساويًا. تُسمى هذه المحولات عادةً محولات غير متوازنة، لأنها تنتقل من غير متوازنة إلى غير متوازنة أو غير متوازنة. محولات التوازن متوازنة إلى غير متوازنة أو محولة غير متوازنة.
ينتج نوع أكثر دقة عندما يتم دمج نوع المحول (الاقتران المغناطيسي) مع نوع خط النقل (الاقتران الكهرومغناطيسي). عادةً ما يتم استخدام نفس نوع أسلاك خط النقل للملفات التي تحمل الإشارة من الراديو إلى الهوائي، على الرغم من أنه يمكن تصنيع هذه المحولات باستخدام أي نوع من الأسلاك. تتمتع الأجهزة الناتجة بعملية واسعة النطاق للغاية. [3] تستخدم محولات خط النقل عادةً نوى فيريت صغيرة في حلقات حلقية أو أشكال ثنائية الثقوب.
غالبًا ما يتم دمج محول خط نقل Guanella (Guanella 1944) مع محول متوازن ليعمل كمحول مطابقة للمعاوقة . بصرف النظر عن الموازنة، يتكون محول من هذا النوع من خط نقل 75 Ω مقسمًا بالتوازي إلى كابلين 150 Ω، ثم يتم دمجهما على التوالي للحصول على 300 Ω. يتم تنفيذه كأسلاك محددة حول قلب الفريت لمحول التوازن.
تقتصر المحولات المغناطيسية الكلاسيكية على التردد الأقصى بسبب نفاذية المادة المغناطيسية، والتي تتناقص بسرعة فوق ترددات ميغا هرتز. [4] وهذا يحد من تردد التشغيل إلى حوالي 1 جيجا هرتز. تتطلب أنظمة الموجات الدقيقة محولات توازن في نطاق 1-100 جيجا هرتز للتطبيقات بما في ذلك الخلاطات ومكبرات الدفع والسحب والواجهة للمحولات التناظرية التفاضلية إلى الرقمية والرقمية إلى التناظرية. [5]
تتمكن محولات خطوط النقل ذات التردد العالي مثل زوج الأسلاك الملفوفة من العمل بترددات أعلى بشكل ملحوظ (حتى 8 جيجاهرتز وما فوق) من خلال الجمع بين الاقتران السعوي والاقتران المغناطيسي النموذجي للمحولات المغناطيسية الكلاسيكية.
بالونات مستوية وماركاند
للعمل بترددات أعلى، يصبح التحميل المغناطيسي غير فعال. اقترح ناثان مارشان "محول تحويل" كان قادرًا على العمل بنسبة عرض نطاق 1:3 في عام 1944. [6] تم تكييف هذه الدائرة الأساسية وتعديلها على نطاق واسع للاستخدام في الهياكل المستوية (مثل MMICs وRFICs) بترددات تصل إلى 100 جيجاهرتز على الأقل. [7]
تعمل هذه الأنواع من محولات التوازن المستوية على تحريك وضع في مستوى أرضي أو درع، والذي يتم "تطفو" بعد ذلك بعيدًا عن الأرض الرئيسية. يسمح هذا باستخراج الإشارة السلبية بالإضافة إلى خط النقل الرئيسي، مما يؤدي إلى إنشاء أزواج إشارات موجبة وسلبية. من خلال ربط مسارات الإشارة الموجبة والسلبية في تكوينات مختلفة، تم اقتراح ونشر العشرات من تكوينات محولات التوازن في الأدبيات الإلكترونية.
الرنين الذاتي
على الرغم من أن محولات التوازن مصممة كأجهزة مغناطيسية - كل لف في محول التوازن هو محث - فإن جميع المحولات المصنوعة من مواد حقيقية لها أيضًا سعة صغيرة بين اللفات الأولية والثانوية، وكذلك بين الحلقات الفردية في أي لف واحد، مما يشكل سعة ذاتية غير مرغوب فيها .
يؤدي الاتصال الكهربائي بين السعة والمحاثة إلى تردد حيث تكون المفاعلة الكهربائية للمحاثة الذاتية والسعة الذاتية في البالون متساوية في المقدار ولكنها متعاكسة في الإشارة: أي الرنين . يعمل البالون من أي تصميم بشكل سيئ عند أو أعلى من تردد الرنين الذاتي الخاص به، وبعض الاعتبارات التصميمية للبالون هي لغرض جعل تردد الرنين أعلى من تردد التشغيل قدر الإمكان.
بدائل البالون
يمكن استخدام مخنق التردد اللاسلكي بدلاً من محول التوازن. إذا تم تصنيع ملف باستخدام كبل محوري بالقرب من نقطة تغذية الهوائي المتوازن، فيمكن تخفيف تيار التردد اللاسلكي الذي يتدفق على السطح الخارجي للكبل المحوري. إحدى الطرق للقيام بذلك هي تمرير الكبل عبر حلقة فيريت. النتيجة النهائية هي نفس النتيجة تمامًا مثل محول التوازن 1:1 (أو محول التوازن من نوع Guanella). (Straw 2005، 25-26)
التطبيقات
تتمثل وظيفة المحولات المتوازنة عمومًا في تحقيق التوافق بين الأنظمة، وبالتالي، فهي تستخدم على نطاق واسع في الاتصالات الحديثة، وخاصة في تحقيق خلاطات تحويل التردد لجعل شبكات الهاتف الخلوي ونقل البيانات ممكنة. كما تُستخدم أيضًا لإرسال إشارة حاملة E1 من كابل محوري ( موصل BNC ، موصل 1.0/2.3، موصل 1.6/5.6، موصلات النوع 43) إلى كابل UTP CAT-5 أو موصل IDC.
الراديو والتلفزيون
في التلفزيون ، والراديو للهواة ، وتركيبات وتوصيلات الهوائيات الأخرى ، تقوم أجهزة التوازن بالتحويل بين معاوقات وتناسق خطوط التغذية والهوائيات. [8]
على سبيل المثال، تحويل خط مزدوج 300-Ω أو خط سلم 450-Ω (متوازن) إلى كبل محوري 75-Ω (غير متوازن)، أو لتوصيل هوائي متوازن بكبل محوري غير متوازن مباشرة. لتجنب إشعاع خط التغذية، تُستخدم عادةً محولات التوازن كشكل من أشكال خنق الوضع المشترك المرفق بنقطة تغذية الهوائي لمنع الكبل المحوري من العمل كهوائي وإشعاع الطاقة. عادةً ما يكون هذا مطلوبًا عندما يتم تغذية هوائي متوازن (على سبيل المثال، ثنائي القطب ) بكابل محوري؛ بدون محول توازن، يمكن لدرع الكابل المحوري أن يقترن بجانب واحد من ثنائي القطب، مما يؤدي إلى إحداث تيار الوضع المشترك ، ويصبح جزءًا من الهوائي ويشع عن غير قصد. [9]
عند قياس معاوقة أو نمط الإشعاع لهوائي متوازن باستخدام كبل محوري، من المهم وضع محول توازن بين الكبل وتغذية الهوائي. ستؤدي التيارات غير المتوازنة التي قد تتدفق على الكبل إلى جعل معاوقة الهوائي المقاسة حساسة لتكوين كبل التغذية، وقد يتشوه نمط الإشعاع للهوائيات الصغيرة بسبب الإشعاع من الكبل.
توجد المحولات المتوازنة في أجهزة الرادار وأجهزة الإرسال والأقمار الصناعية وفي كل شبكة هاتفية وربما في أغلب أجهزة مودم/موجهات الشبكة اللاسلكية المستخدمة في المنازل. ويمكن دمجها مع مكبرات تحويل المعاوقة لتكوين مكبرات جهد عالي من مكونات جهد منخفض.
فيديو
يستخدم الفيديو الأساسي ترددات تصل إلى عدة ميغا هرتز . يمكن استخدام المحول لربط إشارات الفيديو بكابلات مجدولة بدلاً من استخدام كابل محوري. تحتوي العديد من كاميرات المراقبة الآن على مخرج زوج مجدول غير محمي متوازن ومخرج محوري غير متوازن عبر محول داخلي. يتم استخدام المحول أيضًا في نهاية مسجل الفيديو لتحويل 100 Ω متوازن إلى 75 Ω غير متوازن. يحتوي المحول من هذا النوع على موصل BNC مع طرفين لولبيين . محولات VGA/DVI هي محولات ذات دوائر إلكترونية تستخدم لتوصيل مصادر VGA/DVI (كمبيوتر محمول، DVD، إلخ) بأجهزة عرض VGA/DVI عبر مسافات طويلة من كابل CAT-5/CAT-6. قد تفقد المسافات التي تزيد عن 130 مترًا (400 قدم) الجودة بسبب التوهين والاختلافات في وقت وصول كل إشارة. يتم استخدام كابل التحكم في الانحراف وكابل خاص منخفض الانحراف أو خالٍ من الانحراف للمسافات التي تزيد عن 130 مترًا (400 قدم). [ بحاجة لمصدر ]
صوتي
في تطبيقات الصوت ، تخدم محولات التوازن أغراضًا متعددة: يمكنها التحويل بين خطوط غير متوازنة عالية المقاومة وخطوط متوازنة منخفضة المقاومة . تطبيق آخر هو فصل الأجهزة (تجنب حلقات الأرض).
إن التطبيق الثالث لمحولات التوازن في أنظمة الصوت هو توفير الطاقة الكهربائية المتوازنة للمعدات. إن رفض التداخل في الوضع المشترك الذي يميز الطاقة الكهربائية المتوازنة، يزيل مجموعة واسعة من الضوضاء القادمة من قابس الحائط، على سبيل المثال التداخل الذي يحمله التيار الكهربائي من محركات مكيف الهواء/الفرن/الثلاجة، وضوضاء التبديل الناتجة عن الإضاءة الفلورية ومفاتيح التعتيم، والضوضاء الرقمية من أجهزة الكمبيوتر الشخصية، وإشارات التردد اللاسلكي التي تلتقطها خطوط/أسلاك الطاقة التي تعمل كهوائيات. تتسلل هذه الضوضاء إلى نظام الصوت/الفيديو من خلال مصادر الطاقة وترفع مستوى الضوضاء في النظام بأكمله. [10]
باستثناء التوصيلات، فإن الأجهزة الثلاثة في الصورة متطابقة كهربائيًا، ولكن يمكن استخدام الجهازين الموجودين في أقصى اليسار فقط كأجهزة توازن. عادةً ما يُستخدم الجهاز الموجود على اليسار لتوصيل مصدر عالي المقاومة، مثل الجيتار، بمدخل ميكروفون متوازن، يعمل كوحدة DI سلبية . أما الجهاز الموجود في المنتصف فهو لتوصيل مصدر متوازن منخفض المقاومة، مثل الميكروفون ، بمضخم جيتار . أما الجهاز الموجود على اليمين فهو ليس جهاز توازن، لأنه يوفر مطابقة المقاومة فقط.
تطبيقات أخرى
- في اتصالات خطوط الطاقة ، يتم استخدام المحولات المتوازنة في ربط الإشارات بخط الطاقة.
- في الاتصالات الإلكترونية، تقوم أجهزة التوازن بتحويل كابلات Twinax إلى كابلات Cat 5 والعكس.
انظر أيضا
- موالف الهوائي § بالون
- التداخل الكهرومغناطيسي
- حبة الفريت
- مطابقة المعاوقة
- النواة المغناطيسية
- المحاثات والمحولات الحلقية
- مشع غير مقصود
مراجع
الاستشهادات
- ^ "balun"، قاموس أوكسفورد الإنجليزي على الإنترنت ، تم استرجاعه في 28 يوليو 2021 (يتطلب الاشتراك) .
- ^ "balun". قاموس Merriam-Webster.com . تم الاسترجاع في 1 يناير 2020.
- ^ سيفك 1990، ص 1-1
- ^ هاملتون، نيك (يونيو 2011). "استجابة التردد للإشارة الصغيرة للفيريت" (PDF) . إلكترونيات التردد العالي . تم الاسترجاع في 30 أغسطس 2024 .
- ^ "أساسيات Balun". Marki Microwave . تم الاسترجاع في 30 أغسطس 2024 .
- ^ مارشاند، ناثان (ديسمبر 1944). "تحويل خطوط النقل" (PDF) . الإلكترونيات : 142-145.
- ^ ويراثونج ، نيثيني. تشاكرابورتي ، سوديبتا (23 يوليو 2023). "W-Band Marchand Balun في عملية 0.1 ميكرومتر GaAs pHEMT". معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات: 75-76. دوى :10.23919/USNC-URSI54200.2023.10289414. رقم ISBN 979-8-3503-7020-1.
{{cite journal}}: تتطلب المجلة الاستشهاد بها|journal=( مساعدة ) - ^ البالونات: ماذا تفعل وكيف تفعل ذلك (W7EL) eznec.com
- ^ تغذية هوائي ثنائي القطب بمحول بالون
- ^ Balanced Power Technologies bpt.com
المراجع العامة
- Guanella, G. "طريقة جديدة لمطابقة المعاوقة في دوائر التردد اللاسلكي". Brown Boveri Review ، سبتمبر 1944: 329-329.
- سيفك، جيري (W2FMI). محول خط النقل ، رابطة الراديو الأمريكية ، 1990، ISBN 0-87259-296-0 .
- سيفك، جيري (W2FMI). بناء واستخدام المعادلات المتوازنة وغير المتوازنة: تصميمات عملية للمجرب . 1994.
- دليل الاتصالات اللاسلكية ، الطبعة الخامسة. ( جمعية الراديو في بريطانيا العظمى ، 1976) 12.41، 13.5.
- سترو، ر. دين. كتاب هوائي ARRL . الطبعة العشرون. (نيوينجتون، كونيتيكت: رابطة الراديو الأمريكية ، 2005) ISBN 0-87259-904-3 .
