Symetryzator

Symetryzator, żargonowo balun (ang. balun, od balanced to unbalanced) – urządzenie elektryczne, najczęściej w postaci transformatora lub odcinka linii transmisyjnej, służące do zamiany połączenia symetrycznego (balanced) na niesymetryczne (unbalanced) oraz do dopasowania impedancji między liniami i obwodami^[1][2]. Umożliwia połączenie linii symetrycznych (np. skrętka) i niesymetrycznych (np. kabel koncentryczny) z zachowaniem możliwie małych zniekształceń amplitudowych i fazowych w zadanym paśmie częstotliwości^[3].

W linii symetrycznej obie żyły mają jednakową impedancję względem masy, a sygnał przesyłany jest najczęściej różnicowo, natomiast w linii niesymetrycznej przewód powrotny jest połączony z punktem odniesienia (masą), jak w typowym kablu koncentrycznym^[4]. Bezpośrednie połączenie takich linii powoduje zaburzenie symetrii i powstawanie prądów współbieżnych (common-mode), co może prowadzić do zwiększonej podatności na zakłócenia i zniekształcenia charakterystyki anteny lub toru przesyłowego^[5].

Symetryzator zapewnia transformację pomiędzy obwodem niesymetrycznym a symetrycznym tak, aby prądy w gałęziach symetrycznych miały tę samą amplitudę i przeciwny zwrot oraz aby impedancje widziane z obu końców były odpowiednio dopasowane^[6]. W rozwiązaniach transformatorowych stosunek liczby zwojów uzwojeń dobierany jest tak, aby uzyskać wymaganą przekładnię impedancji (np. 4:1 przy przejściu między 300 Ω i 75 Ω)^[7].

Ze względu na zasadę działania wyróżniane są m.in.:

• symetryzatory transformatorowe – oparte na sprzężeniu magnetycznym, realizowane jako transformatory z oddzielnymi uzwojeniami lub autotransformatory, umożliwiające jednoczesną transformację impedancji i przejście z linii symetrycznej na niesymetryczną;^[8]
• symetryzatory liniowe – zbudowane z odcinków linii transmisyjnych (np. ćwierćfalowych odcinków kabla koncentrycznego lub skrętki), w których odpowiednie połączenie żył zapewnia symetryczną impedancję dla obciążenia i źródła;
• symetryzatory prądowe (current balun, choke balun) – których zadaniem jest wymuszenie równych i przeciwnych prądów w dwóch żyłach linii symetrycznej oraz ograniczenie prądu współbieżnego płynącego po ekranie kabla koncentrycznego, realizowane często w postaci zwojów kabla koncentrycznego lub przewodów nawiniętych na rdzeniu ferrytowym^[9][10];
• symetryzatory napięciowe (voltage balun) – tworzące dwa napięcia o jednakowej amplitudzie i przeciwnej fazie względem punktu odniesienia, wykonywane zazwyczaj jako transformatory z wieloma wyprowadzeniami uzwojeń pierwotnych i wtórnych^[7].

W technice wysokich częstotliwości stosowane są także symetryzatory zintegrowane, wykonywane w technologiach cienkowarstwowych, ceramicznych lub jako struktury planarne (np. mikropaskowe), często łączące funkcję transformacji topologii sygnału z dopasowaniem impedancji do określonych układów scalonych^[11].

Symetryzatory antenowe stosowane są do łączenia anten symetrycznych, takich jak dipol półfalowy czy anteny Yagi-Uda, z niesymetrycznymi liniami zasilającymi, najczęściej kablami koncentrycznymi o impedancji 50 Ω lub 75 Ω^[12]. Umożliwiają one jednocześnie dopasowanie impedancji typowych dla anten (np. 200–300 Ω dla prostego dipola) do impedancji kabla zasilającego oraz zachowanie symetrii prądów w ramionach anteny.

W instalacjach telewizji naziemnej stosowane są symetryzatory o przekładni 4:1, umożliwiające podłączenie anten o wyjściu symetrycznym o impedancji 300 Ω do niesymetrycznego gniazda antenowego o impedancji 75 Ω^[13]. Symetryzatory tego typu są zwykle urządzeniami pasywnymi, wykorzystującymi transformatory na rdzeniach ferrytowych, zamkniętymi w obudowach wtyczkowych lub montowanymi w puszkach antenowych. Część konstrukcji anten przewiduje montaż płytki drukowanej zawierającej zarówno symetryzator, jak i przedwzmacniacz antenowy, co wymaga doprowadzenia zasilania przewodem koncentrycznym.

W amatorskiej i profesjonalnej radiokomunikacji symetryzatory prądowe 1:1 lub 1:4 stosowane są w punkcie zasilania anten (np. dipoli, anten Yagi-Uda, anten poziomych i pionowych), aby ograniczyć prąd współbieżny na oplocie kabla koncentrycznego, zmniejszyć emisję niepożądanych zakłóceń oraz utrzymać zakładaną charakterystykę promieniowania układu antenowego^[14].

W systemach dźwięku profesjonalnego i instalacjach nagłośnieniowych symetryzatory stosowane są do łączenia niesymetrycznych wyjść i wejść (np. złącz RCA) z symetrycznymi liniami mikrofonowymi i liniowymi zakończonymi złączami XLR lub TRS, a także do ograniczania zakłóceń indukowanych w długich przewodach^[15]. Urządzenia tego typu są oferowane jako tzw. baluny audio, często w formie pasywnych transformatorów montowanych w obudowach typu DI box^[16].

W technice wideo symetryzatory umożliwiają przesyłanie sygnałów wideo kompozytowego lub analogowych sygnałów HD (AHD, HD-CVI, HD-TVI) liniami skrętkowymi kategorii 5 lub wyższej, z wykorzystaniem pary balunów: przy kamerze i przy rejestratorze lub monitorze^[17]. Symetryzator wideo dopasowuje typową impedancję kabla koncentrycznego 75 Ω do impedancji skrętki 100 Ω oraz zapewnia separację galwaniczną i tłumienie zakłóceń wspólnych^[18].

W nowoczesnych układach radiowych i mikrofalowych układach scalonych szeroko stosowane są miniaturowe symetryzatory w postaci elementów SMD, a także zintegrowane baluny będące częścią układów scalonych. Umożliwiają one połączenie różnicowych wejść i wyjść układów scalonych (np. wzmacniaczy mocy, mieszaczy, przetworników A/C) z pojedynczymi portami 50 Ω filtrów, anten lub linii przesyłowych, często realizując jednocześnie dopasowanie impedancji w szerokim paśmie częstotliwości^[19].

• dipol półfalowy
• kabel koncentryczny
• transformator
• wzmacniacz antenowy