اتصال کوتاه

.

.

در این رشته مقاله ها با ترانسفورماتورهای فرکانس بالای تبدیل امپدانس موسوم به «بالون» و ریزِ جزییات فنی آنها به طرزی موجز و دقیق و موثر آشنا می شویم و راه های ساختن انواع و اقسام بالون ها را یاد می گیریم.

آن چه که در این بخش به خوانندگان گرامی تقدیم می شود عبارت است از:

• اثر پوستی
• جریان های متعادل و نامتعادل بر روی سیم ها و کابل ها
• علل عدم تقارن در سامانه های آنتن
• چگونگی پیدایش امواج ایستاده
• جریان های جبرانی و متعادل کننده به عنوان سرچشمه های اختلال
• چند و چونِ کارکرد بالون
• تفاوت: «بالون جریان» و «بالون ولتاژ»
• راهِ بهینه ی ساخت بالون چیست؟

.

اثر پوستی

در یک رسانای الکتریسیته، مثلاً در یک سیم مسی، که جریان متناوب از آن در حال گذر از آن است، «چگالی جریان» در بطن سیم کم تر از چگالی جریان گذرنده از سطح آن است. هر چه فرکانس جریان متناوب گذرنده از سیم بیش تر شود، مقدار جریان گذرنده از دل سیم کمتر می شود و تقریباً به صفر می رسد. این موضوع سبب می شود که ضخامت داخلی سیم هیچ نقشی در انتقال جریان نداشته باشد.

با بالا رفتن فرکانس، مقطعی از سیم که در گذر جریان موثر است، نازک تر می شود. به این پدیده «اثر پوستی» (Skin effect) می گویند.

.

.

.

حمل انرژی در «کابل هم محور» (کواکسیال)

هر کابل هم محور به خاطر وجود «اثر پوستی» از لحاظ نظری دارای سه رسانای الکتریکی است:

.

.

حمل و انتقال انرژی در هر کابلِ هم محور به صورت «امواج ترانسورسال» در یک میدان الکترومغناتیسی در فاصله ی میان رسانای محوری (سیم مغزی) و رسانای محافظ (شیلد) صورت می گیرد. یادآور می شود که امواج ترانسورسال امواجی هستند که عمود بر جهت و سوی انتشارشان نوسان می کنند. آزمایشِ آشنایِ بستن یک سر طنابی به نقطه ای ثابت و در دست گرفتن و تکان موجی دادن به انتهای دیگر آن و حرکت پیشرونده ی موج در طول طناب، نمونه ای گویا از یک موج ترانسورسال است.

جریان روی رسانای محوری و جریان روی دیواره ی داخلی رسانای محافظ از نظر مقدار با هم مساوی هستند، اما جهت آنها در خلاف یکدیگر قرار دارد.

بر روی دیواره ی بیرونی رسانای محافظ هیچ جریانی روان نمی باشد.

.

.

مقدار جریان در رسانای محوری با مقدار جریان در دیواره ی داخلی رسانای محافظ برابر، اما جهت آنها مخالف بکدیگر است.

بر روی دیواره ی بیرونی رسانای محافظ هیچ جریانی گذر نمی کند.

.

.

جریان های متعادل و نامتعادل

انتقال انرژی در درون خط انتقال (کابل) از چشمه ی سیگنال به سوی بار به صورت امواج ترانسورسال است.

در هر دو رسانای کابل جریان های یکسان، اما در سمت و سوی مخالف گذر می کنند. به این ها «جریان های متعادل» می گویند.

میدان های متعادل (ناهمفاز = متقارن) در خط انتقال یکدیگر را خنثی می کنند. به این دلیل، در خودِ خط انتقال «انتشار انرژی» صورت نمی گیرد. همچنین هیچ «میدان انتشاری» از بیرون نمی تواند به خط انتقال وارد شود.

در نقطه ی تغذیه ی هر دایپل، «جریان متعادل» روی خط انتقال به یک «جریان نامتعادل» بر روی اِلِمان های انتشاردهنده ی آنتن (رادیاتورها) تبدیل می شود. جریان های نامتعادل بر روی آنتن موجب جداشدن موج از آنتن و «انتشار امواج الکترومغناتیسی» در فضا می شوند.

.

.

جریان و موج در یک دوقطبی (دایپُل)

.

.

چنان که در تصویر بالا ترسیم شده است، جریان در خط انتقال متعادل است، در صورتی که همین جریان بر روی المان های دوقطبی آنتن، نامتعادل می شود.

میدان های پیرامون یک «آنتن دوقطبی» یا «دایپُل» را می توان به صورت زیر تصویر کرد.

.

.

آنچه در بالا دیده می شود، چگونگی انتشار میدان از یک آنتن دوقطبی «در حالت ایده آل» است. در عمل، اما، عوامل و عوارض زیادی که در نزدیکی آنتن واقع هستند، بر «الگوی انتشار امواج» از آن تاثیر می گذارند. به این دلیل، الگوی انتشار واقعیِ یک آنتن دوقطبی از حالت متعادل خارج می شود. در تصویر زیر تاثیر عوامل پیرامونی بر الگوی انتشار یک دایپل تصویر شده است.

.

.

وجود عوارض مختلف در پیرامون آنتن سبب ایجاد امپدانس های متفاوت در شاخه های آنتن دوقطبی می شود. این نامتعادل بودن امپدانس ها به نوبه ی خود باعث بروز اختلاف پتانسیل های ناهمسان بین شاخه های آنتن و زمین می شود.

نتیجه ی این عدم توازن، پدیدآمدنِ جریان های جبرانی (جریان غلاف یا جریان عدم تقارن/عدم تعادل) بر روی خط انتقال می شود.

.

.

وجود این جریان ها به صورت «تداخل فرکانس بالا» در دستگاه های الکترونیکی حساس دریافت می شود و در کارکرد آنها اختلال ایجاد می کند. نمونه ی خوبی از این اختلال، برهم خوردن تصویر و صدای گیرنده ی تلویزیون بر اثر فرکانس های بالایی است که به صورت پارازیتی از غلاف کابل هم محور و در طول خط انتقالِ انرژیِ فرکانس بالا به آنتن دوقطبی، از آن منتشر می شوند.

.

جریان های غلاف، جریان های عدم تقارن – مدل پدیدآمدن آنها

مطابق تصویر زیر، انرژی فرکانس بالا به صورت جریان I₁ در رسانای مرکزی (سیم مغزی) کابل هم محور، و جریان I₂ بر دیواره ی درونیِ رسانای محافظِ کابل (شیلد) به سمت آنتن برقرار است.

قدر مطلق I₁ و I₂ برابر، اما سوی حرکت آنها مخالف یکدیگر است.

دیداره ی بیرونیِ محافظ به عنوان رسانای جداکننده میان بازوی 2 آنتن دوقطبی و زمین عمل می کند.

عدم تقارن در آنتن سبب بروز یک اختلاف پتانسیل نسبت به زمین می شود.

در نتیجه ی این اختلاف پتانسیل، جریان های فرکانس بالا (I₃) بر روی دیواره ی بیرونی کابلِ هم محور روان می شوند. در نتیجه، کابل مانند یک آنتن شروع به انتشار موج می کند!

.

.

.

در برابر امواج غلافی چه باید کرد؟

باید دانست، جریان های متعادل که مسوول انتقال انرژی در خط انتقال هستند، مورد نظر و مطلوب می باشند.

جریان های نامتعادل سبب ایجاد امواج غلافی می شوند، و به عبارت دیگر عامل انتشار موج از کابل (در فرستنده ها) یا دریافت امواج اختلالی (در گیرنده ها) می باشند. بنابراین، جریان های نامتعادل نامطلوب هستند.

برای مقابله با پیداشدن امواج پوششی یا همان امواج غلافی، به افزاره ای نیاز داریم که به جریان های متعادل، بی هیچ منعی، اجازه ی عبور دهد، و همزمان بتواند مسیر گذر جریان های نامتعادل را به نحو موثری مسدود کند. افزاره ای که مراقب باشد تا در یک گذرگاه «متعادل/غیرمتعادل» یا به عبارت دیگر یک گذرگاه «بالانس/نابالانس» (Balanced/Unbalanced)، فقط جریان های بالانس شده عبور کنند.

این افزاره «بالون» (Balun) نام دارد. این یک نامِ ساختگی است و از ترکیب حروف آغازین واژه های Balanced و Unbalanced ساخته شده است. در نوشته های مختلف ممکن است بالون با نام هایی چون «بالون گانِلا» (Guanella-Balun) به معنی «بالون بدون هسته»، «فیلتر امواج غلافی» (Cheath Current Filter)، «چوک هم فاز»، و «چوک هم وجه» (Common-Mode Choke) نیز خوانده شود.

.

.

ادامه دارد...

.

.

مطالب مرتبط:

روش آسان تفکیک و تشخیص فریت‌هایی که در اختیار داریم
بـالـون: شناخت، ساخت، سنجش -2

.

.