Baluns & Symétriseurs - robertponge ≈ 0 VCM VCM Zself Zself Vin Zs Ir Le bruit électrique...

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1 Baluns & Symétriseurs F6AIX Mai 2012

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Baluns amp Symeacutetriseurs

F6AIX Mai 2012

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Objectif

1-Comprendre la notion de symeacutetrieassymeacutetrie

2-Comprendre le fonctionnement drsquoun balun drsquoantenne

3-Savoir quand ougrave et quoi utiliser

4-Savoir les tester

Accessoirement supprimer la RF dans le schackles diagrammes de rayonnement drsquoantenne distordus la reacuteception des bruits eacutelectriques ambiants

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DeacutefinitionsImpeacutedance symeacutetrique = Impeacutedance dont aucune borne n rsquoest connecteacutee agrave la masse

Impeacutedance assymeacutetrique = Impeacutedance dont une borne est connecteacutee agrave la masse

Balun = Dispositif qui transforme une impeacutedance symeacutetrique en impeacutedance assymeacutetrique et vice versa

Balun = BALanceUNbalance (SymeacutetriqueAssymeacutetrique)

UnUn = Dispositif qui transforme une impeacutedance assymeacutetrique en une impeacutedance assymeacutetrique

UnUn = UNbalanceUNbalance

Transformateur = Il multiplie une impeacutedance une tension ou un courant par un coefficient

Il procure un isolement pour les courants continus

Il converti des charges symeacutetriques en assymeacutetriques et vice versa

Symeacutetriseur = Balun

Chocke RF = Balun utiliseacute pour supprimer les courants de gaine du coaxial alimentant une antenne

Le balun est un symeacutetriseur ET un cas particulier de transformateur adaptateur drsquoimpeacutedance avec rapport 11

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DeacutefinitionsMode commun Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils nrsquoest pas nulle

Mode diffeacuterentiel Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils est nulle

Mode laquo Ligne de transmission raquo idem mode diffeacuterentiel

Ferrite Mateacuteriau ceacuteramique composeacute de poudres drsquooxydes meacutetalliques compresseacutees et cuites agrave 1200degC

Permeacuteabiliteacute magneacutetique micro Mesure de lrsquoefficaciteacute de stockage de lrsquoeacutenergie sous forme magneacutetique dans le mateacuteriau

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Ougrave et quand les utiliser

Transformateur Adaptation dimpeacutedance TunerligneAdaptation dimpeacutedance entre eacutetages bas niveau

Balun ou symetriseur Liaison coaxantenne symeacutetriqueEntreacuteeSortie PAEntreacuteesortie mixersSplitters DeacutephaseursProtection RX contre parasites domestiquesInterconnecter des systegravemes 2 et 3 conducteurs

Chocke Balun Liaison coaxantenne symeacutetriqueLiaison TXtuner symeacutetrique

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Ce qursquoun Balun ne peut pas reacutesoudre

Un Balun nrsquoameacuteliorera pas le ROS (agrave moins drsquoecirctre associeacute agrave un transformateur drsquoimpeacutedance ou un tuner)

Une chocke RF ou un balun de courant ne permet pas de transformation drsquoimpeacutedance (agrave moins drsquoen coupler plusieurs)Un balun nrsquoest pas efficace pour bloquer la foudre (impeacutedance trop faible)

Un balun ne permet pas le fonctionnement multibande drsquoantennes monobande

Un balun a seulement 2 buts+Isoler la ligne de transmission et la charge

+Equilibrer les courants de sortie

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BALUNS pour antennes

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Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

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Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

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Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

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Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

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Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

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Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

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Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

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Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

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Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

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Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

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Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

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Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

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Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

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Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

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Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

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Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

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Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

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Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

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Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

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Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

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Concevoirfabriquer un balun

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Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

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Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

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Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

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Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

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Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

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Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

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httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

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httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

2

Objectif

1-Comprendre la notion de symeacutetrieassymeacutetrie

2-Comprendre le fonctionnement drsquoun balun drsquoantenne

3-Savoir quand ougrave et quoi utiliser

4-Savoir les tester

Accessoirement supprimer la RF dans le schackles diagrammes de rayonnement drsquoantenne distordus la reacuteception des bruits eacutelectriques ambiants

3

DeacutefinitionsImpeacutedance symeacutetrique = Impeacutedance dont aucune borne n rsquoest connecteacutee agrave la masse

Impeacutedance assymeacutetrique = Impeacutedance dont une borne est connecteacutee agrave la masse

Balun = Dispositif qui transforme une impeacutedance symeacutetrique en impeacutedance assymeacutetrique et vice versa

Balun = BALanceUNbalance (SymeacutetriqueAssymeacutetrique)

UnUn = Dispositif qui transforme une impeacutedance assymeacutetrique en une impeacutedance assymeacutetrique

UnUn = UNbalanceUNbalance

Transformateur = Il multiplie une impeacutedance une tension ou un courant par un coefficient

Il procure un isolement pour les courants continus

Il converti des charges symeacutetriques en assymeacutetriques et vice versa

Symeacutetriseur = Balun

Chocke RF = Balun utiliseacute pour supprimer les courants de gaine du coaxial alimentant une antenne

Le balun est un symeacutetriseur ET un cas particulier de transformateur adaptateur drsquoimpeacutedance avec rapport 11

4

DeacutefinitionsMode commun Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils nrsquoest pas nulle

Mode diffeacuterentiel Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils est nulle

Mode laquo Ligne de transmission raquo idem mode diffeacuterentiel

Ferrite Mateacuteriau ceacuteramique composeacute de poudres drsquooxydes meacutetalliques compresseacutees et cuites agrave 1200degC

Permeacuteabiliteacute magneacutetique micro Mesure de lrsquoefficaciteacute de stockage de lrsquoeacutenergie sous forme magneacutetique dans le mateacuteriau

5

Ougrave et quand les utiliser

Transformateur Adaptation dimpeacutedance TunerligneAdaptation dimpeacutedance entre eacutetages bas niveau

Balun ou symetriseur Liaison coaxantenne symeacutetriqueEntreacuteeSortie PAEntreacuteesortie mixersSplitters DeacutephaseursProtection RX contre parasites domestiquesInterconnecter des systegravemes 2 et 3 conducteurs

Chocke Balun Liaison coaxantenne symeacutetriqueLiaison TXtuner symeacutetrique

6

Ce qursquoun Balun ne peut pas reacutesoudre

Un Balun nrsquoameacuteliorera pas le ROS (agrave moins drsquoecirctre associeacute agrave un transformateur drsquoimpeacutedance ou un tuner)

Une chocke RF ou un balun de courant ne permet pas de transformation drsquoimpeacutedance (agrave moins drsquoen coupler plusieurs)Un balun nrsquoest pas efficace pour bloquer la foudre (impeacutedance trop faible)

Un balun ne permet pas le fonctionnement multibande drsquoantennes monobande

Un balun a seulement 2 buts+Isoler la ligne de transmission et la charge

+Equilibrer les courants de sortie

7

BALUNS pour antennes

8

Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

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Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

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A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

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httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

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httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

3

DeacutefinitionsImpeacutedance symeacutetrique = Impeacutedance dont aucune borne n rsquoest connecteacutee agrave la masse

Impeacutedance assymeacutetrique = Impeacutedance dont une borne est connecteacutee agrave la masse

Balun = Dispositif qui transforme une impeacutedance symeacutetrique en impeacutedance assymeacutetrique et vice versa

Balun = BALanceUNbalance (SymeacutetriqueAssymeacutetrique)

UnUn = Dispositif qui transforme une impeacutedance assymeacutetrique en une impeacutedance assymeacutetrique

UnUn = UNbalanceUNbalance

Transformateur = Il multiplie une impeacutedance une tension ou un courant par un coefficient

Il procure un isolement pour les courants continus

Il converti des charges symeacutetriques en assymeacutetriques et vice versa

Symeacutetriseur = Balun

Chocke RF = Balun utiliseacute pour supprimer les courants de gaine du coaxial alimentant une antenne

Le balun est un symeacutetriseur ET un cas particulier de transformateur adaptateur drsquoimpeacutedance avec rapport 11

4

DeacutefinitionsMode commun Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils nrsquoest pas nulle

Mode diffeacuterentiel Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils est nulle

Mode laquo Ligne de transmission raquo idem mode diffeacuterentiel

Ferrite Mateacuteriau ceacuteramique composeacute de poudres drsquooxydes meacutetalliques compresseacutees et cuites agrave 1200degC

Permeacuteabiliteacute magneacutetique micro Mesure de lrsquoefficaciteacute de stockage de lrsquoeacutenergie sous forme magneacutetique dans le mateacuteriau

5

Ougrave et quand les utiliser

Transformateur Adaptation dimpeacutedance TunerligneAdaptation dimpeacutedance entre eacutetages bas niveau

Balun ou symetriseur Liaison coaxantenne symeacutetriqueEntreacuteeSortie PAEntreacuteesortie mixersSplitters DeacutephaseursProtection RX contre parasites domestiquesInterconnecter des systegravemes 2 et 3 conducteurs

Chocke Balun Liaison coaxantenne symeacutetriqueLiaison TXtuner symeacutetrique

6

Ce qursquoun Balun ne peut pas reacutesoudre

Un Balun nrsquoameacuteliorera pas le ROS (agrave moins drsquoecirctre associeacute agrave un transformateur drsquoimpeacutedance ou un tuner)

Une chocke RF ou un balun de courant ne permet pas de transformation drsquoimpeacutedance (agrave moins drsquoen coupler plusieurs)Un balun nrsquoest pas efficace pour bloquer la foudre (impeacutedance trop faible)

Un balun ne permet pas le fonctionnement multibande drsquoantennes monobande

Un balun a seulement 2 buts+Isoler la ligne de transmission et la charge

+Equilibrer les courants de sortie

7

BALUNS pour antennes

8

Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

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Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

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httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

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httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

4

DeacutefinitionsMode commun Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils nrsquoest pas nulle

Mode diffeacuterentiel Sur une ligne bifilaire la somme des courants circulant sur les 2 fils est nulle

Mode laquo Ligne de transmission raquo idem mode diffeacuterentiel

Ferrite Mateacuteriau ceacuteramique composeacute de poudres drsquooxydes meacutetalliques compresseacutees et cuites agrave 1200degC

Permeacuteabiliteacute magneacutetique micro Mesure de lrsquoefficaciteacute de stockage de lrsquoeacutenergie sous forme magneacutetique dans le mateacuteriau

5

Ougrave et quand les utiliser

Transformateur Adaptation dimpeacutedance TunerligneAdaptation dimpeacutedance entre eacutetages bas niveau

Balun ou symetriseur Liaison coaxantenne symeacutetriqueEntreacuteeSortie PAEntreacuteesortie mixersSplitters DeacutephaseursProtection RX contre parasites domestiquesInterconnecter des systegravemes 2 et 3 conducteurs

Chocke Balun Liaison coaxantenne symeacutetriqueLiaison TXtuner symeacutetrique

6

Ce qursquoun Balun ne peut pas reacutesoudre

Un Balun nrsquoameacuteliorera pas le ROS (agrave moins drsquoecirctre associeacute agrave un transformateur drsquoimpeacutedance ou un tuner)

Une chocke RF ou un balun de courant ne permet pas de transformation drsquoimpeacutedance (agrave moins drsquoen coupler plusieurs)Un balun nrsquoest pas efficace pour bloquer la foudre (impeacutedance trop faible)

Un balun ne permet pas le fonctionnement multibande drsquoantennes monobande

Un balun a seulement 2 buts+Isoler la ligne de transmission et la charge

+Equilibrer les courants de sortie

7

BALUNS pour antennes

8

Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

5

Ougrave et quand les utiliser

Transformateur Adaptation dimpeacutedance TunerligneAdaptation dimpeacutedance entre eacutetages bas niveau

Balun ou symetriseur Liaison coaxantenne symeacutetriqueEntreacuteeSortie PAEntreacuteesortie mixersSplitters DeacutephaseursProtection RX contre parasites domestiquesInterconnecter des systegravemes 2 et 3 conducteurs

Chocke Balun Liaison coaxantenne symeacutetriqueLiaison TXtuner symeacutetrique

6

Ce qursquoun Balun ne peut pas reacutesoudre

Un Balun nrsquoameacuteliorera pas le ROS (agrave moins drsquoecirctre associeacute agrave un transformateur drsquoimpeacutedance ou un tuner)

Une chocke RF ou un balun de courant ne permet pas de transformation drsquoimpeacutedance (agrave moins drsquoen coupler plusieurs)Un balun nrsquoest pas efficace pour bloquer la foudre (impeacutedance trop faible)

Un balun ne permet pas le fonctionnement multibande drsquoantennes monobande

Un balun a seulement 2 buts+Isoler la ligne de transmission et la charge

+Equilibrer les courants de sortie

7

BALUNS pour antennes

8

Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

6

Ce qursquoun Balun ne peut pas reacutesoudre

Un Balun nrsquoameacuteliorera pas le ROS (agrave moins drsquoecirctre associeacute agrave un transformateur drsquoimpeacutedance ou un tuner)

Une chocke RF ou un balun de courant ne permet pas de transformation drsquoimpeacutedance (agrave moins drsquoen coupler plusieurs)Un balun nrsquoest pas efficace pour bloquer la foudre (impeacutedance trop faible)

Un balun ne permet pas le fonctionnement multibande drsquoantennes monobande

Un balun a seulement 2 buts+Isoler la ligne de transmission et la charge

+Equilibrer les courants de sortie

7

BALUNS pour antennes

8

Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

7

BALUNS pour antennes

8

Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

8

Pourquoi crsquoest neacutecessaire

Sans balun si on modifie la longueur de la ligne on modifie la reacutesonnance du bras ndeg3 et la valeur de lrsquoimpeacutedance rameneacutee au niveau de lrsquoantenne donc lrsquoaccord de lrsquoantenne et son ROS AU NIVEAU DU TX MAIS LrsquoANTENNE NrsquoEST PAS ADAPTEE A LA LIGNE

ATTENTION lrsquoeffet du balun nrsquoest complet pour eacuteliminer les courants de mode commun que si la descente est symeacutetrique par rapport agrave lrsquoantenne sinon lrsquoun des brins induira plus de courant que lrsquoautre et le bilan sera un courant de deacuteseacutequilibre

Brin 1 Brin 2

Ligne coaxiale

Le courant de gaine interne se reacuteparti

entre le brin 2 et le courant de gaine

externe en fonction des impeacutedances ZbrinZgaine

DIPOLE

I2 et I3 peuvent coexister agrave cause de lrsquoeffet de peau en HF

Le courant I3 deacutepend de la longueur du chemin de retour vers la terre (inclus le coax la ligne secteur) Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 faible

Z ~3kΩ

Lrsquoimpeacutedance rameneacutee est inductive si la longueur du brin 3 deacutecroit et

capacitive si elle augmente

(2k+1)(λ4)

Brin 1 Brin 2

Brin 3

I3 eacuteleveacute

Z =0

k(λ2)

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

9

Lrsquoun des avantages agrave lrsquoutiliser

Rayonnement drsquoun dipole avec balun

La leacutegegravere dissymeacutetrie est due aux conditions

de test en chambre aneacutechoiumlde

Rayonnement du mecircme dipole sans balun

Pour les beams deacuteteacuterioration du rapport AVAR

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

10

Balun de tension ou de courantUn Balun de tension produit des tensions identiques en amplitude et en

opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Un Balun de courant produit des courants identiques en amplitude et en opposition de phase sur les bornes laquo Balanced raquo

Les antennes sont pour la majoriteacute alimenteacutees en courant

Les antennes preacutesentent des impeacutedances variant de quelques ohms agrave plusieurs centaines drsquoohms et jamais parfaitement symeacutetriques

Pour des gammes de freacutequence eacutetendues

Seul le Balun de courant satisfait simultaneacutement agrave toutes ces contraintes

Type Guanella

Courant 11

Type Ruthroff

Tension 11

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

11

Balun de tension NONIl essaie de forcer des tensions symeacutetriques sur les sorties symeacutetriques

Ce nrsquoest possible que si les impeacutedances sont parfaitement symeacutetriques

Sinon on introduit des deacutecalages de phase entre les sorties

Ce qui implique que la ligne drsquoantenne rayonnera

Il peut il y avoir saturation de la ferrite selon la puissance appliqueacutee donc des distorsions donc des rayonnements parasites et au pire ccedila explose

Il ne procure pas drsquoisolement de mode commun aux signaux perturbateurs externes qui sont donc veacutehiculeacutes jusqursquoau reacutecepteur

Utilisable pour Adaptationssymeacutetrisation drsquoimpeacutedance de rapport diffeacuterent de 11 lorsque la symeacutetie drsquoimpeacutedance de charge est maitriseacutee

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

12

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Antenne RL=Z0

du TX

Ligne Z0

Ligne Z0 ajouteacutee

Longueurltλ8

Ligne Z0

Bobineacutee en lrsquoair

Ligne Z0

Bobineacutee sur ferrite

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Antenne

RL=Z0

Ligne Z0

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

13

Le Balun de courantcomment ccedila marche

gaine

acircmeZin

Zout

Z0

Ligne

Seulement 2 conducteurs

Si 4 agrave la masse Inverseur de phase

Si 5 agrave la masse Balun

Si 2 agrave la masse Delay line

5

3 4

21

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

14

Le Balun de courantcomment ccedila marche

Z0

XL~0

Z0

I1

asymp Vs

Ig

RL2

RL2

I2

Charge assymeacutetriqueVs nrsquoest pas nul et induit I1 et I2

courants en phaseLeurs champs magneacutetiques srsquoajoutent

et la ligne bobineacutee va avoir une reacuteactance XL non nulle

Si lrsquoimpeacutedance 2πF XL est treacutes grande compareacutee agrave RL2 I1 et I2 seront

treacutes faibles

XL0

Ip

RL2

RL2

Ir

Charge symeacutetriqueIp et Ir sont en opposition de phase

Leurs champs magneacutetiques srsquoannulent et lrsquoimpeacutedance de la ligne bobineacutee

est treacutes faible compareacutee agrave Z0La ligne bobineacutee ne preacutesente

pas de reacutesistance au passage du signal

Ig

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

15

Le Balun de courantcas parfait de la charge Z0 symeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin ZGnd+-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=Vin

V2 asymp 0

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir Le bruit eacutelectrique externe voit une forte impeacutedance

Ligne bifilaire qui se comporte comme une ligne drsquoimpeacutedance

caracteacuteristique Z0

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et

lrsquoimpeacutedance preacutesenteacutee gtgtRL

Vin=Vout-gt(Ip ndash Ir) asymp 0VCM asymp 0 Flux tore asymp 0

Tension drsquoentreacutee reacutepeacuteteacutee en sortie par la ligne de

transmission Z0 du balun

DONC V2 asymp0

Theacuteoriquement pas de risque de saturation en

forte puissance

Les 2 flux magneacutetiques creacuteeacutes par Ip et Ir srsquoannulent et le signal drsquoentreacutee ne laquo voit raquo pas drsquoimpeacutedance de blocage le

balun est transparent aux signaux diffeacuterentielsPar contre tout signal reacutefeacuterenceacute agrave la masse induit au niveau

de la charge est bloqueacute par Zself le balun bloque les signaux de mode commun

VCM = XL x (Ip-Ir)Chaque sortie symeacutetrique est ISOLEE de la masse

reacutefeacuterence

Le balun se comporte comme un transformateur via la ligne de transmission amp comme un

transformateur classique de rapport 11

Le balun peut ecirctre une ligne bifilaire ou coaxiale sur air ou sur tore ou sur baton de ferrite

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

16

Le Balun de courantcas drsquoune charge assymeacutetrique

Z0=50Ω

-

-

+

+RL=50Ω

asymp Vs

+

-

A

B

IpVin +-

-+

Ligne vers geacuteneacuterateur

V1=kVin

VCM

VCM

Zself

Zself

Vin

Zs

Ir

La reacuteactance XL de la self est eacuteleveacutee mais pas infinie et gtgtRL

VAB= Vin

Les tensions V1 et V2 se reacutepartissent en fonction de la position du contact

de masse

Ip=Ir

V2=(k-1)Vin

La dissymeacutetrie de charge peut ecirctre le reacutesultat de lrsquoenvironnement ou de modifications du systegravemecomme la rupture de connections feeder-antenne

par exempleDans ce cas le balun est soumis agrave un flux treacutes

eacuteleveacute qui peut le saturer et entrainer sa destruction

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

17

Le Balun de courantpeut-on srsquoen passer

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

V2=0

-

-+

+ RL=50Ω+

-Vin

+ --+

V1=Vin2

Vin

-

VinZ0=50Ω

V2=-Vin2

L=longueur eacutelectrique gaine L= k λ2

--

-

Equipotentielle de masse gtgt Pas de courant de retour

dans la gaine gtgt Il y a rayonnement de la ligne car le champ magneacutetique geacuteneacutereacute par le conducteur central nrsquoest pas annuleacute par celui geacuteneacutereacute par le

courant de gaine

L=longueur eacutelectrique gaine

L= (2k+1) λ4

NON car lrsquoimpeacutedance nulle

en entreacutee de gaine est reacutepeacuteteacutee en sortie de coax

gtgt B est au potentiel de la

masse

Lrsquoimpeacutedance nulle en entreacutee de gaine se transforme en impeacutedance treacutes eacuteleveacutee en

sortie de coax gtgt B est isoleacute de la masse

I=0

OUI car le point B est isoleacute comme en preacutesence drsquoun balun

B

B

DONC la proportion du courant qui retournevia la gaine va deacutependre de la freacutequence

On ne peut se passer de balun que si la ligne est un multiple de λ4

Avec un balun qui est large bande le courant retourne

via la gaine quelle que soit la freacutequence

-

-

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

18

Le Balun de courantImpeacutedance de charge eacuteleveacutee A EVITER

Si RL asympZ0 asympXL la division de Vin entre les 2 moitieacutes de RL devient moins preacutecise car une

partie du courant Ir est deacuteriveacutee par la masse

gtgt les courants Ip et Ir ne sont plus eacutequilibreacutes gtgt lrsquorsquoeffet

symeacutetriseur est deacuteteacuterioreacute

Pour les freacutequences basses et si RL=Z0 lrsquoimpeacutedance des enroulements diminue

agrave cause des caracteacuteristiques du tore

et le rapport RLXL augmente comme dans le

cas ci dessus

si la freacutequence est

treacutes treacutes basse(ou si RLgtgtXL)

Si RLgtgtZ0 on se retrouve dans la configuration ougrave

lrsquoinductance des enroulements du balun est neacutegligeable devant RL et on se retrouve dans le

cas ougrave tout le courant de retour passe par la masse

-

+Vin

+ -+

V1=Vin

VinVinZ0=50Ω

--

-I=0

B

RLgtgtXL

eacutequipotentielle

Zgeacuteneacuterateur

Z0=50Ω

V2=-Vin2

-V1=Vin2

-+

++

-

IpVin +- VinIr

BXL

Reacuteactance mode

commun

Vcm est laquo max raquoVcm est laquo max raquo

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

19

Limite de fonctionnementfreacutequence

Mateacuteriau type Couleur3 Gris15 Rouge+blanc1 Bleue2 Rouge+blanc6 Jaune10 Noire12 Vert+Blanc17 Bleue+Jaune0

43 10KHz 1MHz

61 200KHz 10MHz

63 15MHz 25MHz

67 15MHz 25MHz

77 1KHZ 2MHz

83 1KHZ 5MHz

F 1KHZ 1MHz

J 1KHZ 1MHz

K 100KHz 30MHz

W 1KHZ 250KHz

H 1KHZ 150KHz

Freacutequence 005 01 05 1 3 5 10 30 50 100 200 300

Tores AMIDON ferrite

Tores AMIDON en poudre de fer

Aux basses freacutequences le tore augmente la valeur de la reacuteactance par

rapport agrave une self sur airLa freacutequence min est deacutetermineacutee par les

caracteacuteristiques de la ferrite

Aux hautes freacutequences le tore nrsquointervient plus (sauf par ses pertes)

La freacutequence max est deacutetermineacutee par les capaciteacutes parasites qui shuntent la self

la longueur de la ligne par rapport agrave la longueur drsquoonde et son impeacutedance

caracteacuteristique

Selon les auteurs lrsquoimpeacutedance minimale du balun agrave la freacutequence la plus basse doit ecirctre

+1K agrave 6K (W1HIS) +05K (F5AD) +06K agrave 12K (Handbook ARRL)

A la freacutequence de fonctionnement lrsquoimpeacutedance de mode commun du tore doit ecirctre la plus eacuteleveacutee possible (tout en eacutevitant une freacutequence de reacutesonnance trop basse par capaciteacutes parasites qui shuntent la reacuteactance) Il y a donc un compromis agrave reacutealiser

Les baluns treacutes large bande sont difficiles agrave faire et copier car le

reacutesultat deacutepend de beaucoup de deacutetails et drsquoun savoir faire On a souvent des

pertes drsquoinsertion reacuteponse en freacutequence et impeacutedance de mode

commun non conformes

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

20

Limite de fonctionnementfreacutequence

Se meacutefier des tores vendus dans les puces et sur e-bay qui peuvent ecirctre des mix laquo exotiques raquo conccedilus pour des alims agrave deacutecoupage et qui ont des pertes prohibitives au

delagrave de 1MHz (ci dessous)

Pour une bande passante maximum un balun est utiliseacute en deccedila ( impeacutedance selfique)et au delagrave (impeacutedance capacitive) de sa freacutequence de reacutesonnance parallegravele

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

21

Bande passante des baluns V

Avec coaxial

Avec ligne plate

Comparaison lignes torsadeacuteesbifilaire

Source Transmission line transformers ARRL 2ieme eacutedition

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

22

Limite de fonctionnementTempeacuteratureAu delagrave drsquoune certaine tempeacuterature tout mateacuteriau magneacutetique se laquo deacute-aimante raquo

Les atomes sont alors dans un eacutetat deacutesordonneacute qui les empegraveche de srsquoaligner magneacutetiquement Cette deacutesaimantation est reacuteversible lorsque la tempeacuterature baisse

La tempeacuterature de basculement est appeleacutee laquo Point de Curie raquoElle est caracteacuteristique de chaque mateacuteriau

Par exemple 110deg pour le cobalt 770deg pour le fer 40deg pour le Fer-Nickel450deg pour la ferrite type 63 350deg pour le type 61 130deg pour le type 43 200deg pour le type 77

UN BALUN NE DOIT PAS CHAUFFER AU DELA DU POINT DE CURIE SINON LrsquoINDUCTANCE DES ENROULEMENTS DIMINUE

ET LrsquoEFFET DE SYMETRISATION DU BALUN EST ANNULE

Limiter lrsquoaugmentation de tempeacuterature agrave 100deg(80deg pour les tores poudre

de fer)Au delagrave changer la taille du tore

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

23

Limite de fonctionnementPuissanceQuel tore pour mon

balun

SURCHAUFFE

Pertes ohmiques dans le cuivre des bobines

Pertes dieacutelectriquesdans le mateacuteriau du tore

La limitation par eacutechauffement ducirc aux pertes dans le mateacuteriau du tore et les bobinages interviennent AVANT la saturation

PuissanceFreacutequenceValeur selfMateacuteriauAmbiance

ccedila deacutepend de la puissance de la section

et dumateacuteriau du tore du

nombre de spires de la freacutequence des

conditions drsquoadaptation du ROSde la

tempeacuterature ambiante

Pertes par hysteacuteresisdans le mateacuteriau du tore

A cause du reacutealignement des particules magneacutetiques agrave chaque alternance du

champ HF et AUGMENTENT AVEC LA FREQUENCE

Les pertes augmentent avec la tempeacuterature donc un emballement

thermique est possible

Un tore laquo 1KW raquo peut griller avec 100 W si

la charge a une impeacutedance trop eacuteleveacutee

par rapport agrave ses conditions optimales

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

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Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

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Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

24

Limite de fonctionnementSaturation

B = ___Vcm_______

0044 S N FB flux magneacutetique dans le tore en gaussVcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

micro est la pente des courbesB=microH

Faible permeacuteabiliteacute

Forte permeacuteabiliteacute

Valeurs typiques 2000gauss pour les ferrites 5000gauss pour la poudre de fer)

Les tores en poudre de fer sont moins sensibles agrave la saturation que les ferrites car gracircce agrave leur faible permeacuteabiliteacutele champ magneacutetique est moins laquo dense raquo

1 Tesla=10000Gauss

Valeur du flux magneacutetique dans le toreDoit ecirctre infeacuterieure agrave la valeur limite du fabricant pour une utilisation fiable

Mesure utiliser un voltmegravetre

RF

Residual flux

Courbe de premiegravere aimantation

La puissance transmise induit des tensions Vcm eacuteleveacuteeset des courants magneacutetisants qui deacutepassent le champ magneacutetique maximal supportableAu delagrave drsquoun seuil Bmax la permeacuteabiliteacute du mateacuteriau deacutecroit lrsquoeffet desymeacutetrisation du balun deacutecroit les courants magneacutetisants et les distorsions croissentValeur donneacutee dans les speacutecifications techniques

Limitation du flux magneacutetique en fonction de la freacutequence pour fonctionnement laquo sucircr raquo

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

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Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

25

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 14 large bande

4 solutions possiblesA-Balun de tension 14 et balun de courant 11 associeacutesB-2 baluns de courants sur le mecircme toreC-2 baluns de courant sur des tores distinctsD-Chaine de tores sur 2 lignes coaxiales

Le principe est baseacute sur lrsquointerconnection de 2 baluns avec les entreacutees en connection parallegravele et les sorties en connection seacuterieLe courant est diviseacute eacutegalement entre les 2 baluns donc lrsquoantenne ne voit que la moitieacute du courant et le double de tension (drsquoougrave le rapport 14)

Pour bobinage sur 1 tore 7-8 amp 5-6 sont bobineacutes sur 180deg sens horaire

Pour bobinage sur 1 tore 1-2 amp 3-4 sont bobineacutes sur 180deg sens antihoraire

On peut forcer la symeacutetrie en

mettant ce point agrave la masse

Il y a possibiliteacute drsquoutiliser un seul tore pour les 2 lignes si RL est flottante mais crsquoest

deacuteconseilleacute

Approche modulaire

Si le point central de RL est agrave la masse UTILISER 2 TORESumlpour preacuteserver les performances en bandes basses

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

26

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance 1nsup2 large bande

Le principe est mecircme que pour la version 14Les entreacutees sont en parallegravele et les sorties en seacuterieLe rapport est 1nsup2 avec n le nombre de baluns 11

associeacutes

Il est possible de reacutealiser une transformation drsquoimpeacutedance

116 en associant 4 baluns 11

Si Z0=RL2 alors reacuteponse HF optimale car chaque ligne est

chargeacutee par RL2

Zin=Z0 (RL2+jZ0tanβl)

2 (Z0+jRL2tan βl)

l=longueur ligne Z0=impeacutedance ligne

β=2πλ

3 Lignes Z0

Balun de rapport 1nsup2

Chaque ligne laquo voit raquo RLn

gtgt Z0=RLn

Z0=radic RLRg

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

27

Le Balun de courantTransformation drsquoimpeacutedance large bande

Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique des coaxiaux sous ferrite est eacutegale agrave la moyenne geacuteomeacutetrique des impeacutedances ligne et antenne

Zcoax= (Zligne x Zantenne)12

Soit pour le couple 50200 ohms

Zcoax= (50 x 200) 12 = 100 ohms

Connection parallegravele

50 tores type 73 pour chaque ligne

Connection seacuterie

RG62 (93 ohms avec gaine)

Autre principe pour reacutealiser la mise en parallegravele des courants drsquoentreacutee et la mise en seacuterie des tensions de sortie

Avec 2 baluns type W2DU

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

28

Les Baluns Association avec tuners

Lrsquoantenne est symeacutetrique multibandes

TX Balun I Tunersymeacutetrique Antenne

Tuner laquo chaud raquo si reacuteseau LC

Ideacuteal avec bobines coupleacutees

TX Balun V AntennePertes coaxpertes balun

Balun I= balun de courant Balun V= balun de tension

TX Tuner AntenneBalun I

TX Balun I AntenneTuner Tuner laquo chaud raquo

Balun sans effet

Pertes balunlobe assymeacutetrique

Pertes coaxpertes balunlobe

assymeacutetriqueTX

Balun V

Balun V AntenneTuner

TX AntenneTuner configurations commerciales freacutequentes

TX Balun I AntenneTuner Pertes coax

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

29

Comment reconnaitre un bon Balun1-Il utilise un tore de faible permeacuteabiliteacute (micro)

2-Il preacutesente une impeacutedance suffisante aux basses freacutequences

3-Le flux dans le tore est neacutegligeable

4-Lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique de la ligne bobineacutee est eacutegale agrave son impeacutedance de charge

5-Les conducteurs ont un isolement dieacutelectrique eacuteleveacute (gt1900V)

6-Il tolegravere une charge deacutesaccordeacutee ou assymeacutetrique

7-Il ne chauffe pas

Le balun parfait nrsquoexiste pas

Un balun est le reacutesultat drsquoun compromis Bande passantepertesPuissance

Bande passantemicro eacuteleveacuteepertes eacuteleveacutees

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

30

Concevoirfabriquer un balun

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

31

Le processus logique

Deacutefinir lrsquoisolation des conducteurs

Seacutelectionner le nombre de spires

Bandes hautes agrave favoriser

Bandes basses agrave favoriser

laquo petit raquo tore

laquo gros raquo tore

Forte puissance laquo gros raquo tore

Bandes hautes amp basses amp forte puissance

Compromis dans le choix du tore

Choisir le mateacuteriau (micro)

Deacutefinir lrsquoimpeacutedance dela ligne bobineacutee

Bobiner la ligne et mesurer lrsquoimpeacutedance sur la gamme de freacutequenceVeacuterifier Z0gt10 x Z antenne

Veacuterifier lrsquoeacutechauffement

Seacutelectionner le fil de bobinage

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

32

Choisir une ligne bifilaire ou coaxiale

Si Z0=5-14 Ω

Si Z0=50-92 Ω

Si Z0=10-35 Ω

Si Z0=3-200 Ω

A-Ligne plate homemade

B-Coaxial homemade

C-Coaxial commercial

D-Ligne bifilaire homemade

Courants plus eacuteleveacutesTension de claquage plus eacuteleveacutee

Facile agrave reacutealiser

A

D2

CB

D1

les performances des coax et

ligne bifilaire sont

eacutequivalents

Capaciteacute parasite plus eacuteleveacutee que D1

Le choix deacutepend de Z0 mais surtout de la taille du tore et du nombre de

spires et de la difficulteacute agrave fabriquer une

ligne parallegravele avec Z0 constante ou de bobiner

du coax sur un tore

Difficile agrave reacutealiser avec fils de gros

diamegravetre

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

33

Deacutefinitions specsValeur reacuteactance

XLmin=1000 Ωagrave la freacutequence la plus basse

Pertes reacutesistives minimales

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Choix toreou bobine ou

Conception meacutecanique

Puissance max

Faibles capaciteacutesparasites

La valeur de la reacuteactance de la self doit ecirctre supeacuterieure agrave 10 fois la valeur de la charge laquo vue raquo

La longueur de la ligne bobineacutee doit ecirctre lt λ8 coefficient veacutelociteacuteagrave la freacutequence la plus eacuteleveacutee

Utiliser de preacutefeacuterence la ligne bifilaire non torsadeacutee et tore agrave laquo forte raquo permeacuteabiliteacute

Coax pour forts courant et tensions bifilaire pour Z0 laquo exotiques raquo

Tenir compte du rendement (97 agrave 99)

Adapter le mateacuteriau et la taille du tore ou utiliser un laquo choke balun raquo Tenir compte des variations de Z de la charge

Utiliser du coax ou le fil de cuivre le plus gros possible

Leacutegegravere protection pluie robuste eacuteviter la condensation

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

34

Choix du tore

Puissance

Longueur ligne

Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Permeacuteabiliteacute micro Permeacuteabiliteacute micro

Freacutequence

Longueur ligne

Puissance

Pertes

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

35

Choix du tore

Mateacuteriau

Ferrites (ceacuteramique NiZn) pourgrandes bandes passantes (FTxx-y)

Poudre de fer laquo(carbonyl) pour fortes puissances (Txx-y)

Permeacuteabiliteacute micro micro=250 pour 18 MHz (type K)micro=125 pour 35-10 MHz (type 61)

micro=10-40 pour 14 MHz et au delagrave (type 67 ou 2)

Dimensions

Diamegravetre 12 rsquorsquo pour QRP et reacuteception ( T50)Diamegravetre 15rsquorsquo pour conditions

parfaites et 1KW (T157)Diamegravetre 25rsquorsquo pour 1KW seacutecuriteacute (T300)

Rem on peut aussi empiler les tores pour obtenir la section voulue

Les tores en poudre de fer sont recommandeacutes pour fortes puissances car la tension Vcm est distribueacutee sur plus de spires (micro plus faible) et la densiteacute de flux est plus faible que pour les ferrites ce qui les rend plus toleacuterants aux stress lieacutes aux

charges dissymeacutetriques Mais les meilleures bandes passantes sont obtenues avec des ferrites

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

36

Exemple de designdipole 7MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(78)=35m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 500w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π7 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 148 spiresLongueur de cable 66m soit longueur eacutelectrique 10m (gtgtλ8)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore FT240-61(AL=173microHspire Section=157cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π7 1730 10-4 Nsup2

Ngt 114 spires de longueur 85cm soit ~97cm ( ltlt λ8)

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

37

ExempleMulti dipole 14-28MHzValeur reacuteactanceXLmin =1000 Ω

agrave la freacutequence la plus basse

Longueur ligne lt λ8 agrave la freacutequence la plus haute

Type de ligne

Z ant=63ohmsZ ligne=75ohms

Z0=(6375)12=687ohms

La longueur max de la ligne bobineacutee = 066 300(288)=088m

coax 75ohms RG216 (diamegravetre 108mm veacutelociteacute 66)

Valeur impeacutedance caracteacuteristique ligne

Puissance max 100w

Choix toreou bobine ou

Bobine sur PVC diamegravetre 13cm Pour XL=1000 Ω = 2πF micro0Nsup2Sl = 2π 14 106 4 π 10-7Nsup2 00132 (N108 10-3)

Ngt= 74 spiresLongueur de cable 103m soit longueur eacutelectrique 156m (gtλ8 agrave 28MHz)

Pour une bobine sur tore XL=2πF(ALNsup210-4)Pour une bobine sur tube PVC ou en lrsquoair XL=2πF micro0Nsup2Sl

Tore T130-2 (AL=110microH100 spires Section=073cmsup2) Pour XL=1000= 2πF ALNsup2 10-4 = 2π 14 12100 10-4 Nsup2

N= 3 spires de longueur 73 cm soit ~22cm ( lt λ8 agrave 28 MHz)

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

38

Exemple de balun de courant 14

Balun G8JNJ 18-50MHz

Tores T240K 14 spires fil teacuteflon diamegravetre 21mm

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

39

Montage drsquoun balun de courant 141-Proteacuteger les arecirctes vives de la ferrite

2-Bobiner la ligne

3-Preacuteparer les fils

4-Assembler les tores

5-Connecter les fils coteacute outin

6-Mise en boite

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

40

Exemple de balun de courant 14

Les 2 moitieacutes du bobinage sont

en sens inverse pour avoir les connections

inout diameacutetralement

opposeacutees

Montage des 2 baluns 11

De la gaine thermo

maintient les fils parallegraveles

Le premier tore est termineacute

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

41

Exemple de balun de courant 11

Balun 11 G8JNJ

12 spires ligne bifilaire su 4x T240-61 ou T240K pour le 18MHz) pour TX 100wPour G5RV il a gagneacute 6 points de bruit en RX quand il a

remplaceacute 10 tours de coax sur tube 10cm diamegravetre agrave la base drsquoune ligne bifilaire par un balun avec 2 tores

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

42

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Coax 50 Ω

Atteacutenuation 007dB jusqursquoagrave 200MHz

ROS 112 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Impeacutedance 24 Ω (35MHz) 145 Ω (21MHz)

1000 Ω (150MHz)

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

43

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 50 Ω

Balun 11 Ligne bifilaire torsadeacutee 50 Ω

10 tours

ROS 103 agrave 15MHz

ROS 152 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Performance deacutegradeacutee par rapport agrave la version coaxLa ligne a eacuteteacute vrilleacutee agrave la main

et le pas nrsquoeacutetait pas treacutes reacutegulier

La capaciteacute parasite est plus importante et deacutegrade la performance en haut de gamme

Impeacutedance 151 Ω(35MHz) 910 Ω (21MHz)

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

44

Exemples de baluns de courant F6AIX ROS pour charge 200 Ω

Balun 14 Ligne bifilaire 100 Ω

10 tours pour chaque tore

ROS 11414 agrave 15MHz

ROS 1051047 agrave 30MHz

Tores ferrite FT50-61

micro=125 AL=69microHspire

Baluns calculeacutes agrave 21MHz ce qui peut expliquer la mauvaise performance agrave 15MHz et que la reacutepeacutetabiliteacute nrsquoest bonne qursquoen haut

de gamme pour 2 baluns laquo identiques raquo

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

45

Chocke baluns

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

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Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

46

Reacutealisations pratiques

RG213 RG835MHz 66m 8t 6m 6-8t7MHz 66m 10t 45m 6t10MHz 36m 10t 3m 7t14MHz 3m 4t 24m 8t21MHz 24m 6-8t 18m 8t28MHz 18m 6-8t 12m 6-8t

35-30MHz 3m 7t35-10MHz 54m 9-10t14-30MHz 24m 6-7t

MONOBANDE

MULTIBANDERG 858598X213

La reacutesonnance est large bande agrave cause des capaciteacutes parasites importantes reacutesultant du bobinage en laquo vrac raquo

Les longueurs de coax ne sont pas critiques

Source Antenna book 18ieme eacutedition page 26-19

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

47

Reacutealisations pratiques

15tours diamegravetre 13cm

7-30MHzRG213 amp tores mix 43

Impeacutedance 1K de 18agrave18MHz

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

48

W2DUAutre forme de choke balun par W2DU qui utilise des tubes de ferrite enfileacutes directement sur la gaine

exteacuterieure du coaxial au niveau de lrsquoantenne

Valeur typique 50 tubes amidon FB-73-2401 30cm de long sur du RG58

ou 12 tubes FB-77-1024 sur RG8 ou RG213

Le mateacuteriau 73 (agrave deacutefaut le 77) est recommandeacute pour les bandes 18 agrave 30MHz

Le mateacuteriau 43 est agrave reacuteserver agrave la gamme 30-250MHz

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

49

Drsquoautres utilisation des chocke RF

Seacuteparer les spires sur le tore pour minimiser la capaciteacute parasite qui limite lrsquoimpeacutedance aux freacutequences hautes

Impeacutedance 1K de 11MHz agrave 26MHz

Mateacuteriau ferrite mix 43

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

50

Tester les Baluns

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

51

Test de lrsquoefficaciteacute Variation du ROS

Ne pas tester en touchant le coax et en surveillant le ROS si ccedila modifie le ROS ccedila indique seulement la preacutesence de courants de

mode commun importants dans le cas contraire ccedila ne prouve RIEN

Il nrsquoy a changement du ROS que lorsque lrsquoimpeacutedance de la main est treacutes faible par rapport agrave lrsquoimpeacutedance de mode commun du cable au

point de contact

La proportion drsquoimpeacutedance attribueacutee agrave la ligne par rapport agrave lrsquoimpeacutedance totale du systegraveme drsquoantenne doit ecirctre significative pour

avoir une variation du ROS

Si on modifie la longueur du cable coax et qursquoon observe une modification du ROS on peut juste affirmer qursquoil existe des

courants de mode commun

La meacutethode nrsquoest pas preacutecise

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

52

Test de lrsquoefficaciteacute le courant de mode commun

Le test le plus simple et le plus preacutecis pour tester lrsquoefficaciteacute drsquoun balun est de mesurer les courants de mode commun de la ligne avec

un ampegraveremegravetre HF qui ne perturbe pas le systegraveme

En glissant la ferrite le long du coax sur au moins une longueur de lambda4 on a une bonne ideacutee des courants de mode commun

httpvk1odnetmeasurementicmindexhtm

Lrsquoampegraveremegravetre HF consiste en un transformateur de courant dont le feeder constitue le primaire et reacutealiseacute avec un tore clipsable sur le

feeder avec un enroulement chargeacute par une faible reacutesistance et un redresseur et un voltmegravetre haute impeacutedance

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

53

Un balun de courant (ou chocke balun) peut ecirctre testeacute en connectant lrsquoune ou lrsquoautre sortie symeacutetrique agrave la masse et en chargeant avec une Dummy load

En utilisation reacuteelle le stress peut ecirctre supeacuterieur agrave celui de ce test mais il donne une ideacutee raisonnable de la puissance utilisable en conditions laquo raisonnables raquo

Le balun ne doit pas chauffer lors de lrsquoapplication de la puissance max pour la dureacutee max du cycle drsquoopeacuteration et pour la tempeacuterature ambiante ou radiante (soleil) max

Avec la configuration ci dessus la mesure du ROS doit rester stable lorsqursquoon court-cicuite lrsquoune ou lrsquoautre sortie agrave la masse et ceci agrave la puissance drsquoutilisation max

Test de lrsquoeacutechauffement

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

54

Mesure de lrsquoeacutechauffementTX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Balun en laquo reverse raquo

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge 50 Ω

les 2 baluns sont identiques et connecteacutes laquo dos agrave dos raquo

1-Si lrsquoeacutemetteur nrsquoest pas capable de fournir la puissance neacutecessaire

en continu la puissance HF est appliqueacutee 10mn puis repos 10mn puis HF 10mn puis repos 10mn

puis HF 10mn etc jusqursquoagrave ce que la tempeacuterature soit stable

2-On remplace alors le balun par une reacutesistance non inductive et on applique le mecircme timing avec une puissance juste neacutecessaire pour obtenir le mecircme eacutechauffement

3-Cette puissance est eacutegale agrave celle perdue par eacutechauffement du

balun et ses bobinages

(selon les sources agrave puissance constante il faut entre 20 et 120mn pour stabiliser donc un

test de 5mn nrsquoest pas significatif)

Pour les tores en poudre de fer la

tempeacuterature ne doit pas deacutepasser 80degC en fonctionnement

laquo normal raquo

Ce test permet aussi de mesurer lrsquoatteacutenuation

drsquoinsertion du balun (qui est la moitieacute de lrsquoeacutecart

entre les 2 wattmegravetres)

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf

TX 50w

Balun sous test dans un

thermos

Wattmegravetre

Tuner

Thermomegravetre agrave thermocouple

Matchbox

Dummy 50Ω

Wattmegravetre

Test avec charge deacutesadapteacutee

La matchbox reacutealise une charge symeacutetrique avec une impeacutedance variable

Nrsquoexiste pas pour la mesure du

2)

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

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Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

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67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

55

Baluns de tension

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

56

Balun de tension comment ccedila marche

En utilisation balun drsquoantenne le bobinage 5-6 nrsquoest pas strictement utile si la

reacuteactance de la ligne bobineacutee est treacutes supeacuterieure agrave RL

Si cette reacuteactance est trop faible (aux basses

freacutequences) 5-6 laisse passer un courant

magneacutetisant qui eacutechauffe le tore et peut le deacutetruire

Balun 11

Si RL=Z0 les enroulements 1-2 et 3-4 forment une ligne

bobineacutee Z0 qui reacutepegravete la tension drsquoentreacutee V2=V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV12

Balun 14

Si Z0=2 Rg les enroulements 1-2 et 3-4

forment une ligne bobineacutee Z0 qui reacutepegravete lrsquoopposeacute de la tension drsquoentreacutee V2=-V1 et le potentiel du point 2 est

eacutegal agrave ndashV1

RL laquo voit raquo donc une tension double de lrsquoentreacutee et doit avoir une impeacutedance 4 Rg pour la conservation de la

puissance

Pertes de 1dB si la ligne est λ4 et infinies si λ2

Ce type de balun est unidirectionnel (forte Z toujours du coteacute symeacutetrique)

Performance HF limiteacutee puisque V2 est une une tension deacutephaseacutee perturbeacutee par la longueur de la ligne bobineacutee

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

57

Le balun de tension rapports de transformation agrave la carte

Rapport 1178(B) pour hautes impeacutedances(C) (B) pour basse impeacutedances

Rapport 104 avec balun de courant 11 en sortie

Rapport 106 avec balun de courant en sortie

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

58

Calculateur de baluns de tension (F1FRV)

CALCUL DES TRANS FORMATEURS HF BALUNS ET UNUNS Made by F1FRV July Juin 2011 rev 0b3LARGE BANDE 15 - 30 (24 - 54) M Hz Checked by F2MMDonneacutees dentreacutee Noir sur fond bleu Acc to IS O 9000 HI Meilleurs reacutesultats Rouge sur fond jauneReacutesultats (passables) admissibles Noir sur fond orangeReacutesultats non acceptables Noir sur fond rougePuissance HF (crecircte) 1000 WattsFreacutequence minimale de service 1800 MHzFreacutequence maximale de service 30000 MHzImpeacutedance primaire (basse impedance) 50 OhmsFrequence de calcul pour impedance moyenne 490 MHzTension HF crecircte au primaire (TOS 11) 224 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 31) 387 VoltsTension HF crecircte au primaire (TOS 101) 707 VoltsS ection du cuivre 33 Amperes mm2 135 mm2Diamegravetre du cuivre nu (monobrin) 131 mmDiamegravetre exteacuterieur des fils sur isolant 210 mmNb de tours bitriquadrifilaires agrave linteacuterieur du tore 7Nb de fils parallegraveles pour chaque tour (2 3 4 5) 3Rapport de transformation 9 1Impeacutedance de charge secondaire (haute impedance) 450 OhmsTension crecircte HF au secondaire (TOS 11) 671 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 31) 1162 VoltsTension crecircte HF au secondaire (TOS 101) 2121 Volts

IF TOROID REF IS TOO S MALL CAUS E IS NOT ENOUGH ROOM TO PLACE ALL W IRES S I LA REF DU TORE ES T TOO S MALL LA RAIS ON ES T PAS LA P LACE P OUR TOUS LES FILS Tores TOO S MALL FT140-43 FT240-43 FT290-43Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 510 885 1075 1300 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mmSection dun tore 037 079 158 215 cm2

Flux maximum pour le materiau 2900 2900 2900 2900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 1539 2671 1622 1962 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 342 594 361 436Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 537 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 929 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 1697 1697 1247 Gauss

LIMPEDANCE MOYENNE DU BOB INAGE DOIT ETRE IDEALEMENT ~28 FOIS LIMPEDANCE DE LA CHARGE S ECONDAIRE (ANTENNE) PERFORMANCES ACCEPTABLES DE 15 A ~6 FOIS MEAN COIL IMPEDANCE MUS T BE IDEALY ~28 TIMES S ECONDARY LOAD (ANTENNA) IMPEDANCE ACCEPTABLE PERFORMANCES FROM 15 TO ~6 TIMES

Tores TOO S MALL FT140-77 FT240-77 FT290-77Inductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 1365 2400 2950 3500 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 38 mm

Section dun tore 037 079 158 215 cm2Flux maximum pour le materiau 4900 4900 4900 4900 Gauss

Nb de tores empileacutes 2 1 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 4120 3622 4452 5282 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 916 805 989 1174Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 1146 1073 537 394 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1984 1859 929 683 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 3623 3393 1697 1247 Gauss

61 MATERIAL IS A GOOD CHOICE FOR HIGH BANDS (LOW VHF LAND amp MOB ILE) LE MATERIAU 61 ES T UN BON CHOIX POUR LES BANDES HAUTES (24-54 MHz)Tores TOO S MALL FT140-61 FT240-61 FTxxx-xxInductance specifique (Al) nominale (+- 20 ) dun tore 80 140 170 10000 nHsp2

Diamegravetre inteacuterieur du tore 185 225 35 100 mm

Section 037 079 158 10 cm2

Flux maximum pour le materiau 2350 2350 2350 10000 Gauss

httpf1frvfreefr f1frv sfrfr

PTFE S PAGHETTIS TEFLON INS ULATION IS OLATION

Nb de tores empileacutes 3 2 1 1Impeacutedance moyenne du bobinage secondaire 362 423 257 15092 OhmsRapport impedance secondaire impedance charge 080 094 057 3354Flux TOS 11 (A limiter agrave 90 du max) 764 537 537 85 GaussFlux TOS 31 (A limiter agrave 90 du max) 1323 929 929 147 GaussFlux TOS 101 (A limiter agrave 90 du max) 2415 1697 1697 268 Gausshttppartsandkitscomtoroidsphp httpswwwamidoncorpcomcategories7httpwwwcwsbytemarkcomindexphp main_page=indexampcPath=206_221httpwwwfair-ritecomnewfaircataloghtm

UNUNS

BALUNS

QUELQUES EXEMPLES S OME EXAMPLES

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

59

Autres Baluns en bande eacutetroite

λ4 λ4

Balun 11 laquo manchon raquo utiliseacute surtout en VHF (annule les

courants de gaine)

Court circuit agrave la

gaine

Intervalle air 12 agrave 25cm

75Ω

150Ω

300Ω

75Ω

Balun 14

λ2

∆ϕ=180deg

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

60

Autres baluns

2-4 GHz

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

61

ANNEXES

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

62

Reacutealiser une ligne bifilaire pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Z0=276 log2Sd si Dgtgtd Φ102mm

Φ23mm

Φ18mmΦ144mm

254microm 025mm 25mm 25mmS mm

Distance ENTRE CONDUCTEURS

Fils torsadeacutes

Fils parallegraveles

Fils parallegraveleshttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

Attention lors de la mesure agrave 10-20MHz une

ligne rectiligne a une impeacutedance plus forte que

lorsqursquoelle est bobineacutee (effet des capaciteacutes

parasites)

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

63

Reacutealiser un coaxial pour une impeacutedance Z0 donneacutee

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance

1-Reacutealiser lrsquoacircme avec un fil isoleacute

Seacutelectioner le diamegravetre et lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant en fonction de lrsquoimpeacutedance caracteacuteristique agrave reacutealiser

Si lrsquoeacutepaisseur drsquoisolant est insuffisante ajouter une ou plusieurs couches de scotch laquo verre raquo pour obtenir lrsquoeacutepaisseur deacutesireacutee

2-Enfiler le total dans la gaine drsquoun coaxial laquo deacutesosseacute raquo de diamegravetre voisin (RG122 ou RG58) Bien immobiliser le total avec du scotch

A deacutefaut utiliser de la tresse ou une gaine de coax aplatie et la bobiner en spirale sur le fil centralBien immobiliser le total avec du scotch

Dans les 2 cas le recouvrement de la gaine doit ecirctre 100

Reacutesultats pratiques par W2FMI

Impeacutedance coax en ohms

Diamegravetre fil 23mm 18mm 144mmCouches scotch

2 125 14 1964 15 185 2256 175 21 26

2+2 21 235 312+3 23 26 352+5 31 35

2 types de scotchs

La longueur pratique du coax est de 80-90 de la valeur theacuteorique

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

64

Reacutealiser une ligne plate pour une impeacutedance Z0 donneacutee

Scotche=007mm

Z0 ohms

Largeur des rubans W en mm158 317 635476 793 952 1111

Drsquoapreacutes W2FMI laquo Transmission line transformers raquo

Z0=377 eW radicεε Constante dieacutelectrique

de lrsquoisolant

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

65

Speacutecifications des ferrites

Les ferrites 43 et 61 sont des mix Nickel-Zinc

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

66

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

67

68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

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68

Donneacutees constructeur

Puissance max pour un eacutechauffement de 25degC par pertes dans le tore

Mateacuteriau type 2 1MHz

Tore

Puissance dissipeacutee en mWcc en fonction de lrsquoeacuteleacutevation de tempeacuterature

Tore

69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

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69

Densiteacute de flux max en deacutecameacutetriques

Information source W4ULD Amidon

Selon lrsquoeacutequation

Log B= - 048299 Log F + 217609

B= Flux en gauss

F = Freacutequence en MHz

httpwwww4ymicomandy_w4uldbalun-all-partpdf

Densiteacute de flux

acceptable (Gauss)

Freacutequence (MHz)

La courbe ci contre donne la valeur max du flux et agrave partir de lrsquoeacutequation

ci dessous donnant le flux dans le tore on deacuteduit la valeur max de la tension efficace appliquable aux

bornes de la ligne bobineacutee

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

70

Quel diamegravetre minimun de filPar exemple agrave 1MHz un fil AWG 35 sera utiliseacute agrave 100

Un fil plus gros (AWG plus petit) ne sera pas completement utiliseacute par lrsquoeffet de peau

Un fil plus petit preacutesentera une reacutesistance HF plus importante

Profondeur effet de peau en cm = 662F5

Epaisseur de peau supeacuterieure au diamegravetre du fil

Epaisseur de peau infeacuterieure au diamegravetre du fil

Freacutequence(MHz)

Diam

egravetre fil(gauge US)

Gauge US10=258mm12=229mm14=18mm16=144mm 18=102mm20=081mm22=064mm24=051mm26=04mm28=032mm30=025mm32=02mm34=016mm36=0125mm38=01mm40=008mm42=0085mm44=005mm

Tenir compte en sus du diamegravetre du tore

et du nombre de spires agrave bobiner

Origine httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

71

Table impeacutedance de choke baluns

Bobinage 1 couche Bobinage en vrac

Mesure de baluns en coax bobineacute

Nonbre de spiresdiamegravetre en pouces

ImpeacutedanceDeacutephasage

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

72

Calculateur de selfs toriques

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

73

Formulaire

Ligne Bifilaire Z0=120 ε-12 cosh-1 (Dd)D distance centre agrave centre filsd diametre filε permitiviteacute de lrsquoisolantSi Dgtgtd Z0=276 ε-12 log (2Dd)

Impeacutedance drsquoune self (reactance en ohms)

Pour un choke balun bobineacute sur tube PVC en 1 couche

XL= 2πF(micro0 Nsup2Sl)l longueur de la bobine en m

S section drsquoune spire en msup2micro0=4 π 10-7

Pour une bobine sur tore

XL=2πF(ALNsup210-4)F en MHz

AL microH100 tours (datas tore)

N nombre de spires

Augmentation Tdeg du tore= (Dissipation de puissance (mW)Surface du tore(cmsup2))0833La puissance dissipeacutee dans le tore et les bobinages est estimeacutee par Puissance transmise x rendement balunLe rendement du balun est 97-99

B = ___Vcm_____

0044 S N FB flux magneacutetique en gauss

Vcm tension efficace aux bornes drsquoun enroulement du balun (Vcm1414 pour seacutecuriteacute)

F frequence en MHz

N nombre de spires

S section du tore en cmsup2

Impeacutedances caracteacuteristiques de lignes coax amp bifilaires

Pour ligne agrave air(ε=1)

Nombre de tours

lsquoLrsquo deacutesireacutee en microH

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

httpf5adfreefrANT-QSP_F5AD_Balunshtm Reacutesultats drsquoessais de baluns commerciaux

httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

74

Bibliographie

Antenna Handbook 18ieme eacutedition ARRL

Transmission line transformers 2ieme eacutedition W2FMI (ARRL)

Exploring the 11 Current Balun W0IYH QEX Juillet 1997

A single core 41 current balun of improved performance N7ZWY

High performance broadband balun K4KJ Ham radio Feacutevrier 1980

Why do baluns burn up W1VT QEX Janvier 2004

Designing wide-band transformers for HF amp VHF PA N7ZWY QEX MarsAvril 2005

A better antenna-tuner balun ZS1AN QEX SeptOctobre 2005

Measuring HF balun performance W6WO QEX NovDeacutecembre 2010

Putting a balun and a tuner together W9CF DXZonecom

75

Sites infos

httpwwwycccorgArticlesW1HISCommonModeChokesW1HIS2006Apr06pdf W1HIS laquo common mode chocke

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httpwwwagdernetla8ak12345n12htm LA8AK Transformateurs large bande pour PA

httptoroidsinfoT25-2php Specifications tores Amidon Txx-yy

httpwwwn0ssnetqrp_4-1_guanella-type_balunpdf W1CG Construction drsquoun balun de courant 14

httpwwwnonstopsystemscomradiobalun-cebikpdf W4RNL Balun de courant 41 (chapelet de tores sur coaxial)

httpg8jnjwebscombalunshtm G8JNJ tests thermiques sur baluns

httpg8jnjwebscomBalun20constructionpdf G8JNJ Essais de fabrication de baluns de tension

httpwwwnewsurcassofrwp-contentuploads201106symetriseurs-vhf-uhf-par-jp-quintin-f6evtpdf

F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

httpwwwsp5ddjplBalun201-4pdf Construction et test thermique drsquoun balun 14

httpwwwmicrometalscomappnotesappnotedownloadsipcs4rfppdf Donneacutees sur les courants max dans des inductances toriques

76

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httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

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F6EVT symeacutetriseurs VHF-UHF types bazooka amp autres

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76

Logiciels de calcul ou simulation

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httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

76

Logiciels de calcul ou simulation

httpf1frvfreefrmain3c_Balunshtml Calculateur de baluns DE TENSION sur tores (Exel)

httpwwwdl5swbdehtmlmini_ring_core_calculatorhtm Calculateur de bobinages sur tore

httpwwwi1wqrlinkradiocomantypech13chiave1696htm Calculateur de baluns tension 11 12 14 16 et plus

httpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductancehttpwwwmantarocomresourcesimpedance_calculatorhtmwire_inductance Calculateur en ligne tous types drsquoimpeacutedances

(lignes torsadeacutees et beaucoup drsquoautres)

httpf5zvpagesperso-orangefrRADIORMRM24RM24KRM24K01html Calculs selfs sur tore

77

Crsquoest fini

Merci de votre attention

77

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