Essais de baluns

Par F5AD

 

Quand on pose la question "faut-il mettre un balun ?", la réponse n'est parfois pas très tranchée, et on arrive souvent au compromis: "si ça ne fait pas du bien, au moins ça ne fera pas de mal"

Peut être, mais est-on bien certain que cela ne fera pas de mal ?

Principe des mesures:

Sans charge sur le balun, on vérifie la perte qu'il introduit grâce à un analyseur MFJ259B.

Si le balun était parfait on devrait obtenir un ROS infini; si ce n'est pas le cas, c'est qu'il absorbe quelque part un peu d'énergie qu'il transforme a priori en chaleur. Le ROS observé permet de calculer la perte correspondante.

Le balun est ensuite chargé par une résistance pure:

50 Ohms pour un balun 1/1

200 Ohms pour un balun 4/1, etc.

Si le balun était parfait, on devrait obtenir un ROS de 1; si ce n'est pas le cas, c'est que le balun ne produit pas le rapport de transformation annoncé, ou qu'il introduit des éléments réactifs, selfiques ou capacitifs selon la fréquence.

Dans ce cas, s'il n'est pas parfait sur charge parfaite, on peut s'inquiéter de son comportement sur charge réactive, ou désadaptée.

 

Balun 1/1 bobiné sur ferrite

Balun 1-1 bobiné trois fils

 

 

 

 

le balun est constitué par trois fils bobinés simultanément sur un ou plusieurs barreaux de ferrite et réunis comme indiqué sur la figure.

Le problème c'est que le type de ferrite, généralement récupéré sur un vieux récepteur PO-GO, est totalement inconnu, et qu'il est impossible de retrouver la même si on veut reproduire le balun.

Si on veut tenter ce type de montage, il faut construire avec le bâtonnet de ferrite dont on dispose, et vérifier que ça marche avant d'installer.

Trois essais ont été faits, ici aussi avec 15 spires 8 spires et 5 spires.

 

Balun 1/1 trois fils

 

Dessiné d'une autre manière, on voit mieux l'auto transformateur de rapport 1 et la masse du câble coaxial au centre du secondaire; mais on est moins convaincu de la symétrie du système.

 

 

 

 

Balun bobiné sur air ou sur ferrite 15 spires

 

Pour les mesures ci-dessous, le balun a été bobiné sur un diamètre de 20mm (tube IRO gris électricien) en fil électricien 1,5²; son isolant a été conservé, et un bâtonnet de ferrite a été placé au centre du tube support.

 

 

 

 

 

Balun 1/1 sur ferrite, 11 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

0,1

0,1

<0,1

0.1

0.4

...

ROS en charge

1.2

1.3

1.6

2

2.4

3.5

4.4

...

(Avec plus de spires on n'améliore pas les performances sur les bandes basses et on les dégrade sur les bandes hautes)

Balun 1/1 sur ferrite, 9 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

0,1

0,1

<0,1

0.1

0.3

...

ROS en charge

1.3

1.3

1.6

1.8

2.3

3.2

4.3

...

 

Balun 1/1 sur ferrite, 7 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0,1

<0.1

0.2

0,5

ROS en charge

1.4

1.3

1.5

1.7

2

2.7

3.4

5

 

Balun 1/1 sur ferrite, 6 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0,1

<0.1

0.1

0,3

ROS en charge

1.5

1.3

1.4

1.6

1.9

2.5

3.1

4.7

 

Balun 1/1 sur ferrite, 5 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0,1

<0.1

<0.1

0,3

ROS en charge

1.7

1.4

1.5

1.6

1.8

2.3

3

4.8

 

Balun 1/1 sur ferrite, 4 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0,1

<0.1

<0.1

0,3

ROS en charge

2.1

1.6

1.5

1.6

1.8

2.2

2.8

4.5

Impossible d'obtenir quelque chose de correct sur les bandes hautes, certainement dû à la qualité de la ferrite utilisée.

La ferrite semble apporter peu de pertes, elle devrait donc supporter de la puissance, mais combien ? ll faut faire l'essai et voir si elle chauffe, ou explose!

Balun bobiné sur air

On voit parfois des descriptions de balun bobiné sur air, c'est a priori intéressant car il n'y a plus de ferrite à chercher avec le doute sur ses possibilités en fréquence et en puissance.

Les essais ont été faits avec le balun précédent, sans le bâtonnet ferrite.

 

Balun 1/1 sur air, 16 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,1

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0.2

0.7

...

ROS en charge

2.9

2.2

2.3

2.6

3.3

4.5

5.3

...

 

Balun 1/1 sur air, 15 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,2

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0.2

0.7

...

ROS en charge

3.1

2.2

2.2

2.5

3.1

4.2

5

...

 

Balun 1/1 sur air, 13 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,2

<0,1

<0,1

0,1

<0,1

0.1

0.4

...

ROS en charge

3.5

2.3

2.2

2.4

2.9

3.9

4.6

...

 

Balun 1/1 sur air, 11 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,2

0,1

<0,1

0,1

<0,1

0.1

0.3

...

ROS en charge

4.3

2.5

2.2

2.4

2.8

3.7

4.6

...

 

Balun 1/1 sur air, 9 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,2

0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0.1

0.1

...

ROS en charge

5.5

2.9

2.4

2.4

2.7

3.5

4.6

...

 

Balun 1/1 sur air, 7 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,2

0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0.1

<0.1

0,2

ROS en charge

7.3

3.5

2.5

2.4

2.5

3

3.7

5.1

 

Balun 1/1 sur air, 6 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

...

0,1

0,1

<0,1

<0,1

<0.1

0.1

0,1

ROS en charge

...

4.2

2.7

2.5

2.5

2.9

3.4

4.8

 

Balun 1/1 sur air, 5 spires, diamètre 20mm

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

...

0,1

0,1

<0,1

<0,1

<0.1

<0.1

0,2

ROS en charge

...

5.4

3.2

2.7

2.6

2.9

3.5

5.1

Pas moyen d'obtenir des résultats corrects, l'effet positif de la ferrite sur les bandes basses a disparu.

Des essais ont été faits sur un diamètre de 60mm, mêmes conclusions, résultats médiocres; l'insertion d'un bâtonnet de ferrite dans le balun de 6cm de diamètre est quasi sans effet, il en faut un grand nombre pour remplir le tube, et le résultat n'est pas probant.

 

Balun 1-1 sur tore Amidon T200-2 8 spires

Balun bobiné sur tore Amidon T200-2

 

Toujours le même principe de balun, mais bobiné dans un tore.

 

 

 

 

 

 

 

Balun 1/1 T200-2 9spires

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

0.1

0.1

0,6

ROS en charge

2.1

1.7

1.8

2.1

2.6

3.7

4.8

5.1

 

Balun 1/1 T200-2 4,5spires

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,2

0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0.1

<0.1

0,2

ROS en charge

5.6

2.8

2.1

2.1

2.2

2.7

3.5

5.7

Comme on peut le voir, en jouant sur le nombre de spires on peut le centrer bandes hautes ou bandes basses, mais c'est médiocre et impossible quand même d'aller sur 28 MHz.

Ce qui est étonnant pour un tore qui, théoriquement, est prévu pour fonctionner de 2 à 30 MHz, quoi que certaines documentations le limitent à 10 MHz.

 

 

Dimensions des tores Amidon (mm)

 

Diamètre extérieur

Diamètre intérieur

Epaisseur

T12-x

3,18

1,57

1,27

T20-x

5,08

2,24

1,78

T25-x

6,35

3,2

1,9

T37-x

9,35

5,21

3,25

T50-x

12,7

7,7

4,83

T68-x

17,5

9,4

4,83

T80-x

20,6

12,7

6,35

T200-x

50,8

31,8

14

 

Fréquences de fonctionnement (MHz)

Txx-0

Marron

100-300

Txx-1

Bleu

0,5-5

Txx-2

Rouge

2-30

Txx-3

Gris

0'05-0,5

Txx-6

Jaune

10-50

Txx-7

Blanc

3-35

Txx-10

Noir

30-100

Txx-12

Vert et blanc

50-200

Txx-15

Rouge et blanc

0,1-2

Txx-17

Bleu et Jaune

20-200

 

Conclusion

Dans pratiquement tous les cas, on constate une impossibilité de monter sur 28 MHz, certainement due aux capacités parasites du montage et aux fuites et résonances qu'elles entraînent; alors attention avant d'installer un balun, bien le tester au préalable!

Micro balun

Microbalun 4 spires

 

Pour limiter les capacités parasites, il faut faire petit, ici, quatre spires sur une chute de bâtonnet de ferrite, et du fil de câblage!

 

 

 

 

 

 

 

 

Microbalun 4 spires

Bande

160

80

40

30

20

15

17

10

ROS

1,7 1

1

1

1

1,1

1,3

1,6

 

Filtre de gaine (ou choke balun)

La solution des boucles de câble coaxial au niveau de l'antenne, qui bloquent le mode commun sur la ligne, peut aussi être retenue dans le cas 1/1; elles bloquent le courant de gaine sur le câble et on a le même effet qu'avec un balun, sans les risques du ROS ou des pertes dans la ferrite.

Le choke balun de G4APL

On admet que l'impédance de la bobine ainsi formée doit être de l'ordre de 500 Ohms à la fréquence la plus basse à utiliser; avec 10 spires sur un diamètre de 20 cm, cette condition est quasiment remplie de 3,5 à 29,7 MHz. (Câble 10-11 mm)

Pour les bandes hautes on peut opter pour 4 spires sur un diamètre de 20 cm; ou 5 spires sur un diamètre de 15 cm; ou 8 spires sur un diamètre de 10 cm.

Ci-dessus en photo le balun de G4APL et ici le nombre de spires pour les différentes bandes.

Avec ces baluns il faut faire attention à la capacité parasite entre spires qui leur confère une fréquence de résonance facile à voir au grid dip, au-delà de laquelle ils deviennent capacitifs et perdent leur effet de bouchon selfique. Par exemple 4 spires de câble 10-11mm sur un diamètre de 20cm résonnent vers 24 MHz, ce qui limiterait à une utilisation de 14 à 24 MHz, il en faudrait théoriquement un autre en série pour le 28 MHz pour une utilisation bandes hautes. Voir une solution ici.

 

Filtre de gaîne sur ferrite

Si le câble est assez souple et de petit diamètre, on peut même le bobiner sur une ferrite de récupération;

 

 

 

Choke balun sur tore

ou à l'intérieur d'un gros tore comme indiqué à droite ; on en met le plus possible en deux fois, comme indiqué afin de limiter la capacité parasite entre entrée et sortie

Le but est d'obtenir une self produisant une impédance d'au moins 500 Ohms à la fréquence de travail, qui empêchera l'établissement d'un ventre de courant sur la gaîne au niveau de l'antenne.

 

 

 

Choke balun sur tore

 

Ce choke balun à 2x5 spires réalisé avec une rallonge BNC et un tore T200-2 présente une self induction de 2,5 micro henrys ce qui fait seulement 440 Ohms sur 28 MHz; attention à bien choisir le tore quand il s'agit de fonctionner sur des fréquences basses.

Par contre, atténuation non mesurable et ROS de 1.

 

En bobinage sur air, sur un diamètre de 45mm, huit spires produisent environ 3 micro henrys soit 530 Ohms sur 28 MHz.

 

Baluns du commerce

 

Balun BN86

BN86 HighGain 1/1

modèle trois fils, âme et tresse réunis en continu

 

 

 

 

 

 

.Balun BN86 HighGain 1/1 trois fils

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

0,2

ROS en charge

1.6

1.25

1.2

1.1

1.2

1.2

1.3

1.5

Ci-dessous le résultat de mesures effectuées à l'analyseur de réseau par Didier F1FPL ; la précision est meilleure et confirme les mesures du MFJ259B.

Mesures de F1FPL

 

 

 

 

 

 

- Attention aux boîtiers avec trou d'aération par lequel des insectes pourraient s'infiltrer !

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

modèle avec la même référence, à même aspect extérieur, mais âme et tresse non réunis en continu; il s'agit d'un choke balun sur bagues ferrite plus un condensateur d'une trentaine de picofards réalisé avec un bout de câble coaxial.

 

 

 

 

 

 

 

 

.Balun BN86 HighGain 1/1 choke balun

Bande

160

80

40

30

20

15

10

  50

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0,1

 0,3

ROS en charge

1

1

1.1

1.1

1.2

1.4

1.5

  1.6

 

Comet CBL-2500

 

1,8 à 56 MHz

50 Ohms

2,5 kW

modèle trois fils

 

 

 

 

.Balun Comet CBL-2500 1/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

  50

Pertes à vide (dB)

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

0,1

 0,1

ROS en charge

1,3

1,1

1.1

1.0

1.0

1.0

1.0

  1.1

 

 

 

Balun Create CB-2F

Create CB-2F 1/1

 

 

Annoncé pour 3-30 MHz

50-75 Ohms

1 kW

 

 

 

 

 

 

.Balun Create CB-2F 1/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0,1

0,3

ROS en charge

1.8

1.4

1.3

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

 

 

 

JA400 1/1

Annoncé pour 1 kW PEP

 

 

 

 

 

 

 

.Balun JA400 1/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

0,2

ROS en charge

1.2

1.2

1.4

1.6

1.85

2.5

3.1

4.2

 

 

LDG 1/1

Annoncé pour 200W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Balun LDG 1/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

<0,1

0,1

<0,1

0,1

0,1

0,4

ROS en charge

1

1.1

1.25

1.4

1.6

1.9

2.2

2.2

 

 

BL50 1/1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Balun BL50 1/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

50

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

<0,1

0,1

<0,1

0,1

0,1

0,3

ROS en charge

1.6

1.3

1.2

1.2

1.2

1.3

1.5

2.8

 

 

 

Sagant BL-7X 4/1

Annoncé pour 500W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.Balun Sagant BL-7X 4/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,2

0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

0,1

0,2

ROS en charge

3.3

1.8

1.3

1.1

1

1

1.1

1.4

 

A signaler que ce balun est livré avec sa courbe de ROS, ce qui est assez sérieux pour être signalé.

La courbe livrée correspond exactement aux mesures faites ici.

 

 

 

LDG 4/1

Annoncé pour 200W

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Balun LDG 4/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,5

0,5

0,5

0,5

0,4

0,4

0,5

0,7

ROS en charge

1.5

1.2

1.1

1

1

1

1.1

1.5

 

 

JA200 6/1

 

 

 

 

 

 

 

.Balun JA200 6/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

<0,1

0,1

0,2

0,4

ROS en charge

1.3

1.1

1

1

1

1.1

1.3

2.

 

 

 

ZX YAGI 10/1

C'est un transformateur d'impédances, certainement pas un balun comme l'annoncent certains sites et certaines revue amateurs dithyrambiques

Peut être mis à la base d'un long fil ramenant une impédance élevée; une mise à la terre est conseillée, ou à un radian quart d'onde, réuni à la masse de la fiche PL pas au blindage du transfo.

Annoncé pour 150W

 

 

 

 

 

 

 

 

.Transformateur ZX YAGI 10/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,5

0,4

0,3

0,3

0,2

0,2

0,3

0,3

ROS en charge

1

1

1

1

1

1.1

1.2

2.3

 

 

 

 

 

Barker et Williamson 12/1

Annoncé pour 1 kW PEP

 

 

 

 

 

 

 

 

.Balun Barker et Williamson 12/1

Bande

160

80

40

30

20

15

10

6

Pertes à vide (dB)

0,1

<0,1

<0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,4

ROS en charge

2.2

1.5

1.3

1.2

1.2

1.2

2

8

 

Remarque

Que ce soit avec des baluns classiques ou avec des choke balun, on interdit bien à la gaîne de résonner avec un ventre de courant en haut, mais on ne lui interdit pas de résonner avec un ventre de tension! En fait, si on voulait vraiment l'empêcher de résonner, il faudrait en plus mettre un choke balun tous les lambda/4 le long de la ligne, ce qui ne se fait jamais.

De toute façon, la plupart du temps cette ligne descend collée à un mât ou à un pylône métallique, et c'est lui qui va se mettre en résonance suivant sa longueur; et là, pas question de lui mettre un choke balun... On peut se rattraper sur les haubans.

 

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