Circuitos RF, Componentes eletrônicos, Magnetismo, Telecomunicações

Outros baluns e o unun

Este post mostra os outros tipos de baluns que não foram mostrados no artigo anterior sobre o mesmo assunto. Também introduz o unun.

É recomendável que leia o post anterior sobre o funcionamento dos baluns antes de continuar.

O que é balun?Clique

Balun dobrado

Também chamado de balun de um quarto de onda, devido ao condutor paralelo com um comprimento de um quarto de onda da frequência de operação. Este é conectado ao cabo coaxial e a uma parte da antena dipolo, como mostra a figura acima. Serve para fazer a conexão entre um cabo coaxial desbalanceado e uma antena dipolo balanceada.

balun
Um exemplo de balun dobrado para 432 MHz, este componente também é chamado de Pawsey stub (toco de Pawsey). Fonte: DG7YBN.

Balun coaxial

São usados pedaços de cabo coaxial para fazer o casamento de impedância e cada terminal na saída é ligado a uma ponta do cabo. Este tipo possui duas configurações: na configuração 1:1, 2 pedaços de cabo coaxial ligados ao lado desbalanceado, um cujo comprimento é de 1/4 de onda do sinal aplicado e outro com 3/4 do comprimento de onda.

baluns coaxiais 1:1
Na configuração 1:1, as impedâncias na entrada Zi, nos cabos Zc e na saída Zo são iguais.
outro balun de 1:1
Outro arranjo possível da configuração 1:1, um pedaço de 1/4 de comprimento de onda, onde o condutor central e a malha são ligados por um condutor. Fonte: One transistor.

Outra configuração é a 4:1, onde a saída na antena tem 4 vezes a impedância da entrada do cabo coaxial desbalanceado. Para isso, é utilizado um pedaço do cabo cujo comprimento é a metade do comprimento de onda do sinal. Este pedaço deve ser conectado conforme mostra a figura abaixo.

Em ambas as configurações, o comprimento do cabo desbalanceado pode ser arbitrário. São usados para antenas que operam nas frequências de VHF e UHF, cujas faixas são de 30 a 300 MHz e 300 MHz a 3 GHz, respectivamente.

Balun bazooka

baluns bazooka

Uma “manga” (sleeve) feita de material condutor, deve ter um quarto de comprimento de onda (\lambda /4). Este é ligado à malha externa do cabo coaxial no lado oposto da antena, em outras palavras, é curto-circuitado.

sleeve
Deve haver um espaço de ar entre a manga e o cabo. Fonte: The BRATS.

O que é a corrente de modo comum?

Quando correntes de alta frequência passam por um cabo coaxial, ocorre o efeito pelicular, que produz mais uma corrente que passa pela parede externa da malha metálica, esta é a corrente de modo comum.

efeito pelicular no cabo coaxial
As correntes de alta frequência em um cabo coaxial: Ia no condutor central, Ib na parede interna da malha e Ic, a corrente de modo comum na parede externa. Fonte: StackExchange.

Quando um cabo coaxial é ligado a uma antena dipolo, as correntes nos dois lados do dipolo não são iguais e a antena não vai funcionar corretamente, pois sua irradiação será distorcida. Além do cabo coaxial irradiar ondas de rádio.

antenas dipolo sem baluns
(a) é o modelo da antena dipolo e (b) mostra a distribuição desigual de correntes quando não usa um balun.

Um lado é curto-circuitado para que o outro lado fique com a impedância infinita, bloqueando a corrente de modo comum. Consequentemente, a antena se torna balanceada. O balun dobrado usa o mesmo princípio.

modelo de baluns bazooka
\hat{V}_{S} e \hat{Z}_{S} formam um modelo da corrente que entra na linha de transmissão que vai de 0 até L. \hat{Z}_{IN}(0) é a impedância de entrada e \hat{Z}_{L} é a impedância na carga. Fonte: In Compliance.

Demonstração matemática.

\large \hat{Z}_{IN}=Z_{C}\frac{\hat{Z}_{L}+jZ_{C}tan\beta L}{Z_{C}+j\hat{Z}_{L}tan\beta L}

  • Z_{C} é a impedância do condutor.
  • L é o comprimento do balun.
  • \beta é a constante de fase, cujo valor é \large \frac{2\pi }{\lambda }.

\large \hat{Z}_{IN}=Z_{C}\frac{jZ_{C}tan(\frac{2\pi }{\lambda }) (\frac{\lambda }{4})}{Z_{C}}=jZ_{C}tan(\frac{\pi }{2})=\infty

O unun

O nome é a abreviatura de unbalanced-unbalanced, faz a transformação de impedância entre os dois lados desbalanceados. É usado para conectar uma antena com estrutura desbalanceada a um cabo coaxial.

unun 49:1
Um exemplo de unun 49:1 com um núcleo de ferrite. A impedância na saída é 49 vezes maior do que a de entrada. Fonte: WorldWideDX Radio Forum.
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