principes de balun et unun de 1,8 à 50 mhz

Autre principe de Balun/Unun de 1,8 à 50MHz

Jacky Wiest F6HKY 2013

Présentation:

Je souhaite connecter mon joli transceiver made in Japan à une antenne à l’aide d’un Balun afin de coupler au mieux le coax 50 ohm à l’antenne. Mais aussi & surtout, je souhaite vivement utiliser ce Balun pour adapter des antennes multibandes filaires symétriques ou asymétriques: Ex: Lévy, long fil, Hertz-Windom… Eventuellement non résonnantes symétriques ou asymétriques: Ex: T2FD & autres trucs… dont les impédances ne manqueront pas d’être différentes de 50 ohm.

Nous allons découvrir comment fabriquer quelques systèmes d’adaptation simples mais efficaces sur 50 ohm.

Ndlr: Toutes les courbes de ROS décrites dans cette présentation correspondent à un système de Balun/unun chargé en sortie par une résistance non inductive.

Ex: Balun 1/1 R= 50 ohm

1/4 R= 200 ohm

1/9 R= 450 ohm

Préambule:

Habituellement, on symétrise une antenne accordée et/ou adaptée sur coax 50 ohm avec des trucs du genre:

Un auto transfo Balun de courant 1/1 sur tore (ou autres bidules!) câblé en auto-transfo avec 2 fils en main (Guanella) pour des applications 50 Ohm comme ceci:

Avantages:

- Symétrie du dipôle

- Faible perte de transfert

- Large bande de fréquence

- Simple à réaliser

Inconvénients:

- Coupure du dipôle

- Continuité électrique entre le coax & la charge

- Et de fait, problème de bruit (QRN)

Ou un auto transfo Balun de tension 1/1 sur tore (ou autres bidules!) avec 3 enroulements reliés ensemble:

Avantages:

- Tout à la masse

- Symétrie du dipôle

- Possibilité de modifier le rapport

d’impédance

Inconvénients:

- Pas simple à réaliser, beaucoup de spire

- 3 enroulements en main (torsadés ou pas)

- Bande passante limitée 3 à 30 MHz au mieux

- Continuité électrique entre le coax, la charge & la terre

Par ailleurs, j’ai trouvé quelques débilités(!) sur Internet entre autres…

Comme ce truc pas bon(!):

Un Balun/Unun réalisé avec un tore Amidon en poudre de fer ui=10 (T200-2 rouge)

Et encore, il s’agit d’un auto transfo…

Ou ce truc pas bon non plus(!): Il s’agit d’un coupleur d’antenne symétrique d’après PA0FRI (3) avec un Balun transfo large bande sur tore en poudre de fer T200-2, T300-2… Même le type 4C65 ne convient pas.

- Principe de coupleur très simple & intéressant - Peut s’utiliser avec une charge symétrique ou asymétrique - Par contre, Balun pas simple à réaliser, beaucoup de spire - La perméabilité (trop faible) du Balun ui=10 ou 120 est inappropriée

De fait, on ne réalise pas de transfo large bande avec des tores

de faible perméabilité ! (type Txxx.2 ou 6 Amidon ou 4C6)

Pour corroborer ce que j’avance, voila 2 tests de transfo ou auto transfo large bande réalisés avec des tores T200-2 & 6 relevés par F1FRV (4).

Pour faire simple:

Le concept de ces Balun sur tore ne me branche pas du tout:

- Je ne veux pas de continuité électrique entre le coax et l’antenne (et toc…)

- Je veux un vrai transfo d’impédance à sortie flottante sans référence à la terre avec un primaire & un secondaire (pas d’auto transfo)

- Si possible avec peu de perte (ben voyons…)

Changement de décor…

Une autre alternative:

J’ai cherché et après maints essais… Euréka et Youpi ! j’ai trouvé il y a 20 ans un principe de Balun transfo universel plus simple. Tel ce machin…

Il s’agit d’un principe élémentaire de Balun transfo 1/1 réalisé avec 2 tubes de ferrite type 43 d’origine « poubelle informatique ».

Pour info: On trouve des transfo similaires dans les PA décamétriques Push-pull larges bandes à transistors.

Les avantages de ce transfo sont les suivants:

- Sortie flottante, pas de continuité électrique entre le coax & l’antenne (réduisant le bruit QRN & retour HF)

- Sortie sans référence électrique à la terre

- Large bande (2 à 50 MHz)

- Petit, peu de cuivre, faible perte

- Utilisable sur charge symétrique/asymétrique

En résumé:

Tout pour plaire!

Caractéristiques du transfo: - 2 tubes de ferrite juxtaposés de récupération « poubelle

informatique » Diam. ext. 17 mm env. Diam. int. 10 mm env. Longueur 28 mm env. - Ou 2 empilements de 5 tores de ferrite FT82-43 - 2 fils 2,5mm² multibrin gaine PVC, longueur 2x20 cm - Sortie symétrique flottante 50 ohm - Sortie possible asymétrique 50 ohm - ui=850, type 43 - 2 à 50 MHz, 100 W HF - Peu de cuivre, peu de perte - Facile à réaliser

Estimation personnelle du domaine d’utilisation de différents matériaux en ferrite (tube, tore…) en fonction de la fréquence, du type de matériau, du nombre de spires au primaire, la section du fil.

Et avec ce truc, on réalise entre autre un…

- Balun/Unun 1/1

Graphique mini VNA de F4CLB (7)

- Balun/Unun à rapport variable commutable 1/1 à 1/9

(sortie 50 à 450 ohm) Une astuce à essayer!… Un dipôle 2x40m ou loop 80m de périmètre avec ce transfo & sans coupleur…

- Coupleur d’antenne symétrique simple et efficace

2 à 50MHz & 100W HF

Ce système est tellement simple & efficace que j’ai réalisé un coupleur symétrique vrai automatique

de 2 à 30MHz & 100W HF (réalisation F6HKY 1995)

Encore un exemple: FT817 QRP & coupleur manuel symétrique vrai 2 à 50MHz 1W à 100W HF (réalisation F6HKY 2011)

Littérature, Internet, mesure:

• (1) « Réflexions sur un système de couplage HF » FC1BAE (Radio REF juin 1989)

• (2) « Adaptateur d’impédance pour antenne mobile 10 à 40m à accord automatique » F6HKY (Mégahertz mag n°136 juin 1994)

• « Baluns & symétriseurs » F6AIX

• « Ferrites, Ununs & Baluns » ON5FM (NMRevue n°30 mars 2013)

• « Variations dans les ferrites de type 43 » ON5FD (QSP n°55 sept 2008)

• (3) pa0fri.home.xs4all.nl/ATU/Anttuners.htm#E (coupleurs symétriques)

• (4) f1frv.free.fr/main3c_Baluns.html (Balun à base de tube de ferrite)

• (5) sgcworld.com/PubInfoPage.html (Coupleur symétrique SG211)

• dl5swb.de/html/mini_ring_core_calculator.htm (Soft d’estimation de la perméabilité (ui) des matériaux en ferrite)

• (6) miniradiosolutions.com/minivna (Outil de relevé de courbe de ROS, perte…)

• (7) clbsite.free.fr/articles.php?pg=art4 de F4CLB (Soft de courbe de ROS, perte…)

Suppléments

Evaluation des pertes de transfert de Balun transfo à rapport variable commutable de 2 à 50 MHz.

Protocole de mesure:

- Relevés réalisés avec le Mini VNA (6)

- Graphique mini VNA de F4CLB (7)

- Liaison tête-bêche des 2 Balun

- Les pertes de transmission (T.L) mesurées sont à diviser par deux. (Les 2 balun sont en serie. ) Ex: pour 1,89dB de perte affiché devient 1,89/2 soit 1dB env. de perte par symétriseur!

- Balun 1/1

Entrée coax 50 ohm

Sortie 50 ohm symétrique

- Balun 1/2

Entrée coax 50 ohm

Sortie 100 ohm symétrique

- Balun 1/4

Entrée coax 50 ohm

Sortie 200 ohm symétrique

- Balun 1/6

Entrée coax 50 ohm

Sortie 300 ohm symétrique

- Balun 1/9

Entrée coax 50 ohm

Sortie 450 ohm symétrique

Autre exemple de Balun/Unun transfo à rapport variable réalisé avec 2 gros tubes de ferrite

Un exemple d’auto transfo Balun/Unun à rapport variable

sur tore FT125-43.

Je n’apprécie pas ce truc pour les raisons que je relate au début de la présentation.

Ci-après quelques courbes significatives…

- Balun 1/1 (l’adaptation: Pfui!)

Entrée coax 50 ohm

Sortie 50 ohm symétrique

- Unun 1/4

Entrée coax 50 ohm

Sortie 200 ohm asymétrique

- Unun 1/9

Pour driver des «antennes miracles» (bouts de fil avec le rendement/le prix dans le commerce qui va avec…)

Entrée coax 50 ohm

Sortie 450 ohm asymétrique

- Unun 1/16

Entrée coax 50 ohm

Sortie 800 ohm asymétrique

Cheminement de principe d’un coupleur classique en « L » asymétrique (A) vers mon principe de coupleur symétrique vrai (E).

- Le principe (C) a fait l’objet d’un article de F6HKY paru dans Mégahertz magazine (2).

- Le principe (D) est similaire (L & C inversés) au coupleur symétrique SG211 de SGC (5) et coupleur symétrique récent de PA0FRI (3).

- Le principe (E) est l’aboutissement du coupleur que j’utilise depuis plus de 20 ans pour driver des antennes.

Les avantages de mon principe: - 2 variables LC simples soit 1 CV & 1 self variable (roulette,

commutée…) - Sortie flottante, donc sans référence à la masse ou terre - Balun transfo simple à réaliser avec 2 tubes de ferrite, peu de

cuivre, peu de perte - Large bande 2 à 30 MHz voire 50 MHz (si la self L le permet..) Inconvénient: - …

Un exemple vu chez SGC (5) qui se rapproche du principe (D): Coupleur symétrique automatique SG211 à Balun transfo 4/1.

Avantage: - Sortie flottante - Transfo réalisé avec 2 tubes de Ferrite Inconvénient: - C’est pas vraiment symétrique (j’ai déjà testé ça en

d’autre temps…)

Autre principe de coupleur symétrique par F9NG: Coupleur symétrique (un classique du genre) réalisé avec un Balun auto transfo de tension 1/1 symétrique & 2 variables (self, CV 2 cages). Avantage: - La symétrie Inconvénients: - Masse connectée à l’antenne - Sortie pas flottante - CV double cage isolé - Balun auto transfo de tension complexe à réaliser

FC1BAE (1) réalise un système symétrique à sortie flottante avec un Balun transfo:

(c’est déjà mieux…)

Avantages:

- La symétrie

- Sortie flottante

Inconvénients:

- Le transfo est réalisé avec

un tore 4C6 (ui=120)

- Masse commune entre

coax & antenne

- CV double cage