Circuitos RF, Componentes eletrônicos, Magnetismo, Telecomunicações

O que é o balun?

O balun é um componente usado em circuitos de telecomunicações, geralmente é ligado à antena. O funcionamento e alguns tipos são o assunto de hoje.

O que o balun faz?

Balun é a abreviatura de balanced-unbalanced (equilibrado-desequilibrado), as funções deste componente passivo são:

  • Fazer a ligação entre circuitos equilibrados e não-equilibrados. Por exemplo, entre a antena equilibrada e a linha de transmissão desequilibrada.
  • Transformação de impedância.

Linhas equilibradas e desequilibradas

Quando uma linha ou circuito está equilibrado, significa que as correntes de entrada e saída são iguais e de sentido oposto. Diz-se que as correntes são simétricas em relação ao terra.  

linha equilibrada
Nesta linha equilibrada, ambas as correntes Pr1 e Pr2 têm o mesmo valor de 0,2 A.
linha desequilibrada
Esta linha está desequilibrada, pois a corrente Pr1 é diferente da Pr2. Os valores são 0,25 A e -0,1 A respectivamente.

As linhas de transmissão em circuitos de radiofrequência (RF) devem ser equilibradas para se protegerem de ondas eletromagnéticas externas e não distorcer o sinal.

ruído de linhas equilibradas e não equilibradas
Em circuitos desequilibrados (acima), o sinal é distorcido na saída. Enquanto em circuito equilibrados (abaixo), ruídos são cancelados e o sinal não é distorcido. Fonte: Musician’s friend.

Sem o balun, o padrão de irradiação da antena é distorcido, prejudicando a diretividade.

A importância do casamento (ou transformação) de impedância em circuitos RF

Fisicamente, a impedância é a medida de oposição à corrente elétrica alternada em uma determinada diferença de potencial (tensão). O casamento de impedância é importante para que haja máxima transferência de potência do circuito para a antena e vice-versa. Portanto, maior eficiência possível.

Baluns de tensão e corrente

Em um balun de tensão, as diferenças de potencial são iguais e simétricas em relação ao terra. Enquanto em um balun de corrente, as correntes de saída são iguais e de sentido oposto.

Alguns tipos

LC

É uma solução de baixo custo, feito com dois capacitores e dois indutores. Usado em aplicações de banda estreita, pois este circuito possui uma frequência de ressonância f_{0}, cuja fórmula é:

f_{0}=\frac{1}{2\pi \sqrt{LC}}

L e C são a indutância e a capacitância respectivamente.

O balun LC pode ter entrada única e saída diferencial ou vice-versa, dependendo do local de aterramento. Se Y for aterrado, a entrada é única e a saída é diferencial. Se Z for aterrado, é o contrário. Fonte: Analog RF/IntgCkts.

Transformador

balun transformador
Fonte: VK6YSF.

É o tipo mais conhecido, usado em casamento de impedância entre a antena de TV e o cabo desequilibrado. A taxa de impedância depende do número de voltas nos enrolamentos primário e secundário. Se o secundário tem o dobro de voltas que o primário, a impedância de entrada Z_{I} será:

Z_{I}=Z_{L}(\frac{N}{2N})^2=\frac{Z_{L}}{4}

N é o número de voltas e Z_{L} é a impedância da carga na saída. Este tipo só funciona para frequências abaixo de 1 GHz, acima deste valor, capacitâncias parasitas entre fios e correntes de Foucault no núcleo ficam maiores.

Microtrilha

balun microtrilha
Um balun de microtrilha simples. Fonte: SIM University.

Feito em placa de circuito impresso, o comprimento das trilhas deve ser de um quarto do comprimento de onda do sinal RF. Existem várias estruturas de balun de microtrilha.

Existem vários outros tipos de baluns que serão mostrados em outros posts. 

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