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Mariana Virginia Migal

BALUN TRANSFORMADORES

Transformadores Balun

 Un balun es un dispositivo que convierte balanceado impedancia a desbalanceado y viceversa. Además, los baluns también pueden proporcionar transformación de impedancia, de ahí el nombre Balun Transformers.
Las siguientes secciones describen las propiedades de varios baluns disponibles comercialmente.

Tipos de transformadores

Los siguientes son los transformadores balun más comúnmente disponibles:

I. Transformadores Ruthroff de 1 Balun.

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Figura 1a  

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Figura 1b   

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Figura 1c

En la forma más común, estos usan un par de alambre magnético trenzado enrollado alrededor de un núcleo de ferrita o hierro en polvo. Figura 1 (a) muestra un circuito equivalente del balun, y Figura 1b muestra su implementación real. Los balunes de este tipo proporcionan un ancho de banda de varias décadas y generalmente se limitan a frecuencias por debajo de 1,5 GHz. También proporcionan aislamiento de primario a secundario y pueden proporcionar una variedad de relaciones de impedancia. Cuanto mayor sea la relación de impedancia, menor será el ancho de banda.   Las variaciones se construyen con un grifo central secundario, Figura 1 (c)

Figura 2 , muestra el rendimiento de dicho Balun, que tiene una relación de impedancia de 1: 4 y un secundario con toma central. (Modelo TC4-14 +)

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II. Guanella 2 Transformadores de línea de transmisión o

A medida que aumenta la frecuencia de operación, aumenta la pérdida de inserción de los transformadores Ruthroff; también desequilibrio y VSWR.  Los transformadores de líneas de transmisión superan estas limitaciones.

Figura 3 (a) muestra el circuito equivalente de un balun 1: 1. Figura 3 (b) su implementación en la forma más simple. Figura 3 (c) es su implementación alternativa. Figura 3 (d) muestra un balun 1: 4.

Los transformadores de línea de transmisión proporcionan un ancho de banda muy amplio y operan hasta 3 GHz y más.

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Figura 3 (a)  

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Figura 3 (b)

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Figura 3 (c)

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Figura 3 (d)  

Figura 4 muestra las características de rendimiento de un balun de línea de transmisión implementado en LTCC.  (Modelo TC1-1-13MG2 +)     

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 Los transformadores de línea de transmisión no proporcionan aislamiento de primario a secundario. Cuando dicho aislamiento es esencial para el rendimiento del circuito, es necesario utilizar bloques de CC externos. Marchand Balun supera este problema. La figura 5 muestra su esquema.

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Figura 5

 En su forma original usaba cables coaxiales / cavidades y era muy voluminoso. A lo largo de años de investigación, se implementó en microstrip y en los últimos años en LTCC (Ejemplo: Algunos modelos de Mini-Circuitos con prefijo TCN y NCS). Los balunes LTCC son muy compactos (como el tamaño 1206 o 0805). Los baluns comerciales de Marchand funcionan por encima de 600 MHz. Teóricamente, pueden proporcionar cualquier relación de impedancia, pero los baluns disponibles comercialmente están generalmente limitados a relaciones de 1: 1, 1: 2, 1: 3 y 1: 4. La Figura 6 muestra el desempeño de un Balun implementado en LTCC, (Modelo TCN4-22 +) Además de ser compacto, los baluns LTCC también brindan un desempeño estable en un amplio rango de temperatura como -55 ° hasta 100 ° C. 

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Caracterización a impedancias arbitrarias

Los transformadores Balun se caracterizan generalmente en sistemas de 50 o 75 ohmios hasta ahora debido a la limitación de la instrumentación de prueba. Gracias a la disponibilidad de capacidades de transformación de impedancia de los nuevos analizadores de red (como la serie ENA / PNA de Agilent), es posible caracterizarlos en cualquier otra impedancia.

Explicación de los términos utilizados

Pérdida de inserción

 Antes de la disponibilidad de los analizadores de red modernos, los baluns se conectaban espalda con espalda y las pérdidas de inserción de dos baluns se midían juntas. La pérdida de inserción de un solo balun se calculó dividiendo la pérdida medida por dos.

 En los últimos años, los baluns se caracterizan por ser redes de 3 puertos, como un divisor bidireccional de 180 °. Como la impedancia en los puertos secundarios generalmente no es de 50 ohmios, la transformación de impedancia es esencial para realizar una medición precisa. Un método es usar almohadillas de adaptación resistivas en el secundario 4 para ese propósito.   En este método, se miden las pérdidas de inserción del punto primario al punto secundario y del punto primario al secundario (después de restar la pérdida del pad correspondiente y 3 dB para la pérdida debida a la división teórica). El promedio de estas dos pérdidas se especifica como pérdida de inserción.

 Los nuevos analizadores de red, como la serie PNA de Agilent, brindan capacidades de transformación de impedancia y extensión de puerto y, por lo tanto, no es necesario agregar almohadillas de adaptación resistivas. Esto también permite la medición de cualquier impedancia de entrada y salida especificada por el usuario.

Desequilibrio: amplitud y fase

 En un Balun ideal, con entrada en el primario (puerto no balanceado), el voltaje de salida en los dos puertos secundarios debe ser idéntico en amplitud pero diferir en fase en 180 °. En los Baluns prácticos siempre hay una diferencia, un desequilibrio de amplitud (expresado en dB) y una fase (desviación de 180 °) expresada en grados. La configuración utilizada para caracterizar un balun como una red de 3 puertos, proporciona dos pérdidas de inserción (punto primario a punto secundario y punto primario a secundario). La diferencia de estas dos potencias en dB se denomina desequilibrio de amplitud. La desviación del ángulo de fase de 180 ° entre los puertos secundarios es un desequilibrio de fase.

Pérdida de retorno de entrada

 Cuando el secundario termina en su impedancia ideal, la pérdida de retorno medida en el primario es la pérdida de retorno de entrada. Es una medida de la eficacia del balun para transformar la impedancia.

Referencias:

1) Ruthroff, CL, “Some Broadband Transformers”, Proc IRE, vol 47, agosto de 1959, págs. 1337-1342

2) Guanella, G., “New Method of Impedance Matching in Radio-Frequency Circuits”, Brown Boveri Review, septiembre de 1944, págs. 327-329

3) Marchand, N., “Transmission-Line Conversion transformers”, Electronics, Vol 17, diciembre de 1944, págs. 142-145

4) Nota de aplicación de mini-circuitos, "Cómo funcionan los transformadores de RF y cómo se miden", haga clic aquí para revisar este artículo

Fuente: https://web.archive.org/web/20141107235040/http://www.minicircuits.com/pages/BalunApplicationNote.htm

Fuente: IMPORTANTE! http://www.i1wqrlinkradio.com/antype/balun.html

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