baluns & symétriseurs - robertponge ≈ 0 vcm vcm zself zself vin zs ir le bruit électrique...
Post on 27-Apr-2018
216 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Baluns amp Symeacutetriseurs
F6AIX Mai 2012
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Merci de votre attention
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
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
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
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
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
top related