[] BALUNS

Construction de "Baluns"et "Ununs"
1/1 - 2/1 - 4/1 - 6/1 - 9/1 - 12/1
pour les bandes 1.8 à 30 (50) MHz

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23/05/2009. Nouvelle feuille de calculs.

02/2011 Mise à jour, et nouvelles feuilles de calculs français / anglais.

02/2011 Update, and new EXCEL sheets french / english.

04/2011 Added binoculars BN-43-xxxx in EXCEL sheet.

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Préambule: Le but de cette page n'est pas d'ouvrir une polémique entre les "pro-balun" et les "anti-balun".

Ne me demandez pas si il faut en utiliser, ou ne pas en utiliser, ou préférer une ligne de descente symétrique, c'est VOTRE problème. Je n'engagerai pas non plus de discussions sémantiques avec des "experts", pour savoir si ce sont des "vrais" baluns, ou plutôt des transformateurs asym < > sym, ou si ils fonctionnent en tension, ou en courant etc... Des commentaires sensés, au cas où j'aurais écrit une conn...e quelque part, sont bien sûr acceptés.

Le seul but de cette page est d'aider ceux qui veulent en fabriquer, en leur évitant de faire des erreurs basiques de conception. Je suis conscient que ces calculs basés sur la théorie, ne sont pas très précis, car ils ne tiennent pas compte des réactances présentes sur les bouts de fils attachés aux bornes des baluns (antennes). Néanmoins, l'approche choisie ici permet de construire quelque chose qui "tienne la route".

Deux technique différentes sont maintenant présentées sur cette page: Le "binoculaire" et en fin de texte le "conventionnel". Le "hybrid balun" ne fait qu'améliorer le fonctionnement de l'un ou l'autre. La construction d'un "Balun" (prononcez baloune...) ou d'un "Unun" (prononcez ounoune...) est un travail simple, à la portée de tous ceux qui se donneront la peine d'essayer de comprendre, et de réaliser quelque chose par eux-mêmes (espèce en voie de disparition, hélas non protégée).


Les baluns & ununs "binoculaires"

Le transformateur fait appel à deux tubes ferrite, matériau "43", "77" ou "61", ou autre matériau avec perméabilité (µI) comprise entre ~125 et ~2000. Le volume de ferrite à utiliser va dépendre de la puissance à faire passer vers l'antenne, de la tension présente côté haute impédance, et aussi de ce qui sera disponible, ou facile à approvisionner .

Règle de base: Le rapport de transformation est égal au carré du rapport du Nb total de spires côté haute impédance / Nb de spires côté 50 Ohms (ou basse impédance). Pour du fonctionnement en très large bande, éviter les rapports de transformation supérieurs à ~ 6/1.

Un point important est que l'inductance des bobinages soit suffisante, pour que leurs impédances aux fréquences basses soient de l'ordre de environ 2.8 fois (ou un peu plus) l'impédance de l'antenne ou ligne symétrique d'un côté, ou de la ligne asymétrique attachée à l'autre côté. Avec seulement de 1.5 à moins de 2.8 fois, les performances en bandes basses sont quelque peu dégradées, mais cela fonctionne quand même correctement. Avec plus de 6 fois ce sont les performances en bandes hautes qui se dégradent (capacites parasites inter spires augmentées).

Par exemple:

Pour un transformateur 1/6.25 de 50 à 312.5 Ohms, de 1.8 à 30 MHz, l'impédance côté antenne devra être d'environ 1000 Ohms à 1.8 MHz (~3 fois 312.5 Ohms).

Choisir de préférence des ferrites avec µI de 850 à 2000, en quantité suffisante, pour diminuer le nb de spires, et de ce fait les capacités parasites préjudiciables à un bon fonctionnement en bandes hautes.

Une règle simple, et à respecter, est que la longueur de fil nécéssaire au bobinage le plus long ne doit pas être supérieure à 5% de la longueur d'onde à la fréquence MAXIMALE d'utilisation.

Les matériaux "43" et "77" fonctionnent encore très correctement à 50 MHz. Le materiau "61" (équivalent au 4C65) va bien aussi , et peut, peut être même fonctionner à 144 MHz. Mais, attention, pour les bandes décametriques, il faut beaucoup plus de spires sur du "61", pour une inductance identique à celle obtenue avec du "43" ou "77".

Les tores en poudre de fer matériau rouge "2" ou jaune "6" perméabilité (µI) faible, nécéssitent beaucoup trop de spires pour éviter saturation et échauffement. De plus, la largeur de bande REELLE utile est plus faible que avec les ferrites, donc, à éviter (sauf si vous êtes un F6 convaincu que les F1 n'y connaissent rien, et ne devraient pas faire de décamètrique, ni de CW manuelle sur le déca ...). Pour info voir mesures de "trucs large bande (HI...)" faits avec des tores rouges et jaunes.

Si l'on ne dispose pas de binoculaires ferrite BN-xx-xxxx, (qui d'ailleurs, n'existent qu'en petites dimensions, juste adaptées à des antennes de réception, ou d'émission en petite puissance), il est heureusement possible, pour de fortes puissances, d'empiler 2 séries de tores mis en parallèle.

Exemple N° 1:      2 rangées de 3 tores FT 140-43 (6 en tout), voir photos en bas de page.

Caractéristiques de chaque tore: diamètre extérieur 35.6, diamètre. intérieur 22.7, épaisseur 12,7 mm, Al : ~885 nH/sp2 +/- 20%. Avec 2 spires côté 50 Ohms, et 2 x 2.5 spires sur enroulement 312.5 Ohms, cela donne une impédance de ~1500 Ohms @ 1.8 MHz.

Exemple N° 2:      2 rangées de 5 tores FT 114-43 ( 10 en tout).

Caractéristiques de chaque tore: diamètre extérieur 29, diamètre. intérieur 19, épaisseur 7.5 mm, Al : ~510 nH/sp2 +/- 20%. Avec 2 spires côté 50 Ohms, et 2 x 2.5 spires sur enroulement 312.5 Ohms, cela donne une impédance de ~1450 Ohms @ 1.8 MHz.

Ces 2 transformateurs acceptent les puissances " Legal Limit ++ " americaines sans chauffer...

Si vous voulez utiliser de très fortes puissances à très basse fréquence (5 kW @ 500 kHz), un empilage de 2 x 5 tores FT240-43 peut être utilisé (75 $ les 10 pièces en 2011). Mais ceci est la solution extrème (limite du ridicule) ....

Utilisez la feuille de calculs téléchargeable, pour vous faire une idée plus précise de ce qu'il vous faut ..

Un des fournisseur Americain de tores est AMIDON, qui vend directement aux radioamateurs à prix corrects (commande mini 50 $), voir aussi PartsAndKits, avec de très bons prix. Il est aussi possible d'en acheter en Europe (pas chez AMIDON.DE qui demandait encore, il y a peu, le paiement en Deutschmarks, voire même Reichsmarks HI..., après envoi de fax par la banque, reception de facture pro-forma par fax, confirmation de commande par fax, confirmation des frais de port exhorbitants, et transfert bancaire...), mais chez des revendeurs sérieux, qui, eux, ont entendu parler d'internet, cartes de crédit, ou paypal. L'autre solution est d'en trouver lors des vrais salons radio amateur en Allemagne, en Belgique ou en Hollande ...

Les mesures d'inductance des bobinages, pour des tores aux caractéristiques inconnues, peuvent être réalisées avec le "LC Meter" proposé par DF1SR (ex DD0SB), ou tout autre appareil équivalent.

Les mesures globales des baluns terminés: T.O.S. et bande passante, peuvent être réalisées très facilement avec un analyseur de réseau, en soudant provisoirement, au plus court, une petite résistance ou un groupement de petites résistances (non inductives ou très peu inductives) de valeur appropriée sur les fils de la sortie symétrique. Les vieilles résistances en carbone aggloméré des années 60 vont très bien.

Vous pouvez également controler le T.O.S. avec un TOSmètre, à petite puissance (adaptée aux résistances utilisées) sur votre plage de fréquences à utiliser. Le TOS ne doit pas dépasser 1,5/1 en bouts de bande.

Il est parfois nécéssaire de placer un condensateur céramique (~10 à ~47 pF, tension de service adaptée à la tension présente), en parallèle avec le bobinage primaire, pour améliorer le TOS dans la bande. Voir feuille de calculs pour la tension de service de ce condensateur.

Quelques exemples de calcul:

Pour un balun avec 2.5 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 2.5 spires sur l'aérien, le rapport est de 4/1 (50 > 200 Ohms)

Pour un balun avec 2.5 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 3 spires sur l'aérien, le rapport est de 5.76/1 (50 > 288 Ohms)

Pour un balun avec 2.5 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 3.5 spires sur l'aérien, le rapport est de 7.84/1 (50 > 392 Ohms)

Pour un balun avec 2.5 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 4 spires sur l'aérien, le rapport est de 10.24/1 (50 > 512 Ohms)

Balun~1.gif (19571 octets)

Pour un balun avec 3 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 1.5 spires sur l'aérien, le rapport est de 1/1 (50 > 50 Ohms)

Pour un balun avec 3 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 3.5 spires sur l'aérien, le rapport est de 5.44/1 (50 > 272 Ohms)

Pour un balun avec 3 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 4 spires sur l'aérien, le rapport est de 7.11/1 (50 > 355 Ohms)

Pour un balun avec 3 spires sur enroulement 50 ohms, et 2 x 4.5 spires sur l'aérien, le rapport est de 9/1 (50 > 450 Ohms)

On commence par faire 1,5 spires (bleu), en partant du coté symétrique. On raccorde l'autre extrémité à la masse, au niveau de la prise d'entrée. Ce sera d'ailleurs le point commun de masse. En partant de la masse, on rebobine à nouveau 1,5 spires de fil (vert) qui aboutira coté symétrique. Toujours à partir du point de masse, on rebobine à nouveau 3 spires (rouge) qui aboutiront à la prise d'entrée asymétrique.

baluns.gif (12606 octets)

On commence par faire 2,5 spires (bleu), en partant du coté 300 Ohms. On raccorde l'autre extrémité à la masse, au niveau de la prise d'entrée. Ce sera d'ailleurs le point commun de masse. En partant de la masse, on rebobine à nouveau 2,5 spires de fil (vert) qui aboutira coté 300 ohms. Toujours à partir du point de masse, on rebobine à nouveau 2 spires (rouge) qui aboutiront à la prise d'entrée 50 Ohms.

En gardant le même principe, on peut réaliser différentes adaptations en respectant le rapport des nombre de spires donné par le tableau suivant :

Adaptation (Ohms)

Nb de spires Bleu

Nb de spires Vert

Nb de spires Rouge

50 / 50
1
1
2
50 / 100 (112.5)
1,5
1,5
2
50 / 200
2
2
2
50 / 300 (312.5)
2,5
2,5
2
50 / 450
3
3
2
50 / 600 (612.5)
3,5
3,5
2
50 / 800
4
4
2

Le fil pourra être du fil de bobinage émaillé, du fil rigide de cablage domestique, ou du fil souple de cablage industriel + si nécéssaire gaine isolante aditionnelle. Plusieur fils peuvent être torsadés en parallèle pour augmenter la section (voir photo en bas de page). Pour la section des fils, basez vous sur ~ 3 Amperes par mm2. Du "tubing spaghetti" PTFE est souvent nécéssaire pour assurer l'isolation entre fils, et entre fils et tore. Enrubanner le tore avec du ruban isolant, avant bobinage, est une sage précaution à forte puissance. N'oubliez pas que souvent la tension de service des cables industriels tient encore souvent compte de la vieille règle: 2xU+1000, ce qui veut dire qu'un cable donné pour 600 Volts résiste à plus de 2200 Volts. Ne quand même pas trop "tirer sur la ficelle"...

Bien veiller à l'isolation globale et à la saturation des tores, car des tensions importantes peuvent être présentes, même avec seulement 100 Watts à haute impédance..... Pour information: avec seulement 1 kW et un balun 12/1, la tension est d'environ 2000 V du côté de l'antenne avec un TOS de 3/1, et ~ 3500 V avec un TOS de 10/1.

Un autre essai à effectuer, si vous utilisez de TRES fortes puissances, est la vérification de l'échauffement de l'ensemble. Réalisez un "UNUN": transformateur 1/1 asymetrique / asymetrique suivant schema exemple ci-après, à connecter sur une charge 50 Ohms de puissance adaptée.

Le nombre de spires primaire et secondaire doivent être identiques, et ceux définis pour la partie basse impédance (50 Ohms) de votre futur balun. Vérifiez l'échauffement à la puissance maximale d'utilisation, et à la fréquence la plus basse de service. Profitez en pour vérifier aussi le TOS sur l'ensemble des fréquences. Il est parfois nécéssaire de placer un condensateur céramique (~10 à ~47 pF, tension de service adaptée à la tension présente), en parallèle avec le bobinage primaire, pour améliorer le TOS dans la bande. Voir feuille de calculs pour la tension de service de ce condensateur.

Pour la mise en boitier "étanche aux intempéries" , n'oubliez pas de prévoir une ventilation au point bas, 10 à 20 mm de diamètre (un trou de 3 mm ne fonctionne pas) avec grille "anti insectes" pour éviter les corrosions dues à la condensation qui ne manquerait pas de se former dans un boitier totalement fermé. Des connecteurs "N" vont bien jusqu'à ~ 1.5 kW, au delà, utiliser des connecteurs DIN 7x16.

Les baluns & ununs "conventionnels"

Pour finir, et pour parfaire la chose, il est souhaitable d'intercaler entre le balun et la ligne de transmission coaxiale, un filtre de gaine ("common mode choke" ou "choke balun"). Voir article où ceci est très bien décrit par W1HIS  . L'ensemble performant maintenant constitué est parfois appelé "hybrid balun" (ZS1AN page in QEX sept/oct 2005).

QUELQUES PHOTOS

Cliquer sur les vignettes pour agrandir les images

BALUN 6.25/1 POUR DOUBLE FD4  3.5-30 MHz

ANTENNE DOUBLE FD4

BALUN 6.25/1 POUR DOUBLE FD4  1.8-30(50) MHz

UNE PAGE WEB ET SOFT (incomprehensible pour un Français) FD x

Téléchargement des feuilles de calculs et de quelques docs: BALUNS.ZIP

A lire AVANT toute question par mail, si vous en avez !

Nota: Les dessins couleur des baluns viennent de: http://f6gwo.fr/w3hh.htm

Dominique - f1frv@sfr.fr OU

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