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Balun en courant de rapport 4:1 sur tore de ferrite

Voici la réalisation d’un balun en courant de type « Guanella » large bande, de rapport 4:1, et optimisé pour alimenter une antenne symétrique d’une impédance de 200 ohms à l’une de ses extrémités, et présenter une impédance de 50 ohms à son autre extrémité, à laquelle on peut connecter une ligne d’alimentation  asymétrique, telle qu’un câble coaxial.
Ce transformateur est décrit dans l’ouvrage « Transmission Line Transformers Handbook » de Jerry Sevick – W2FMI, aujourd’hui SK (L’ARRL a d’ailleurs publié un article retraçant son parcours : http://www.arrl.org/news/jerry-sevick-w2fmi-sk), à la page 31 sous la référence HBM200. Jerry a beaucoup travaillé sur ce sujet et fut l’auteur de quelques ouvrages très instructifs, merci à lui d’avoir ainsi transmis son savoir et partagé les résultats de ses travaux.. La société Amidon Corp. distribue plusieurs de ses publications (rubrique « Books »). Selon l’auteur, ce balun est capable d’encaisser des puissances de l’ordre de 2 kW en continu, avec des pics à 4 kW.

Ce balun peut-être employé pour interfacer une antenne de type Conrad-Windom (FDn) à du câble coaxial de 50 ohms, par exemple. Il joue à la fois le rôle d’un abaisseur d’impédance et celui d’un symétriseur. Il est possible qu’un rapport de transformation de 6:1 soit nécessaire, tout dépend de la hauteur à laquelle est située l’antenne par rapport au sol, de son environnement, de sa configuration (flat-top ou V inversé), etc.

Matériaux

La liste est courte :
– un tore de ferrite référence FT-240-K ;
– du fil de cuivre AWG 14 HAPT (1.63 mm);
– du tube de téflon de diamètre intérieur AWG 12  (2.05 mm) ;
– de l’adhésif ne contenant aucun métal, bref : neutre.

Ces éléments ont tous été achetés chez Amidon Corp., sauf l’adhésif. Il est également possible de s’y procurer des kits contenant tout les éléments nécessaires à la fabrication d’un balun similaire à celui-ci.

Le tube de téflon a en fait deux utilités : d’une part il isole le fil de cuivre du tore et de son environnement, et d’autre part, il aide à maintenir un écart constant entre les deux fils de cuivre constituant la ligne bifilaire. Ceci afin de conserver une impédance constante d’un bout à l’autre de la ligne bifilaire (environ 100 ohms).

Réalisation

La réalisation est facile, il suffit juste d’être soigneux.

Il faut en tout premier lieu préparer le fil de cuivre qui sera bobiné autour du tore. Coupez 4 longueurs de 0.8m (voire 0.9m si vous souhaitez avoir 0.2m de marge) de fil de cuivre. Glissez chaque fil de cuivre dans une longueur de 0.75 m ( 0.85 m) de tube de téflon. Puis associez les 4 longueurs ainsi constituées deux à deux, pour vous retrouver avec 2×2 fils gainés de téflon.

Pour conserver un espace constant entre les deux fils (important, afin de maintenir une impédance caractéristique de 100 ohms sur toute la longueur de la ligne bifilaire), et maintenir entre eux les fils préalablement gainés, solidarisez-les tous les 3 ou 4 cm avec de l’adhésif prédécoupé en petites bandes de 4 à 5 mm de large.
Une fois les lignes bifilaires préparées, il ne reste plus qu’à bobiner ces dernières sur le tore.

Il faut donc bobiner deux fils en main. 8 tours dans un sens sur l’une des moitiés du tore avec le premier ensemble « 2×2 fils gainés », puis 8 tours toujours dans le même sens sur la deuxième moitié du tore en utilisant le deuxième ensemble « 2×2 fils gainés » (oui, ça revient à faire 16 tours au total, avec une prise intermédiaire à 8 tours). Bobinez en plaquant bien les fils contre le tore. Pensez à marquer les fils à leur extrémité pour faciliter leur repérage…

 

Ensuite, coupez les fils au plus court possible. Soudez-les, en prenant bien garde de laisser un espace entre les soudures et le tore (il est possible de recouvrir le tore d’adhésif afin d’assurer une totale isolation de ce dernier).

D’un côté du balun, soudez une prise SO-239 sur les fils comme illustré sur le zoom ci-dessous, en associant les fils 2 à 2 en vis-à-vis, tels qu’il se présentent l’un en face de l’autre.

Puis, à l’autre extrémité, en décalant une paire de fils d’un cran sur le côté. Soudez entre eux les deux fils alors en vis-à-vis au milieu, et soudez des cosses aux deux autre fils laissés libres, ou soudez directement une résistance non-inductive de 200 ohms (au carbone, par exemple), si vous souhaitez effectuer des mesures sur l' »engin ».

Résultat et mesures

La construction terminée, l’heure de vérité a sonné… Passage du balun au miniVNA, avec deux résistances de 100 ohms en série pour simuler une charge de 200 ohms.
Et les résultats sont concluants, très proches de ceux annoncés par W2FMI. Le balun procure théoriquement un rapport de transformation constant de 1 à 50 MHz.
Pour cet exemplaire, le rapport varie un peu entre 1 et 50 MHz, mais cela reste très satisfaisant entre 1.8 et 30 MHz, avec un ROS de 1,10:1 à 1,05:1 respectivement). Le ROS varie en fait de 1,12:1 (1 MHz) à 1,17:1 (50 MHz).

Conclusion

Maintenant, l’épreuve du feu : le montage et le test en émission !

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