Calcul d'un choke balun

par **Mhz** Sam 5 Déc - 20:48

Quand la décision est prise de mettre un Filtre de gaine (ou choke balun)]balun type filtre de gaine[/url] (choke balun), il n'y a plus qu'à décider quel câble coaxial utiliser; quel diamètre donner au bobinage, et combien de spires y mettre.

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_%20Choke_balun_RBA_G4APL

Le câble coaxial:
On peut utiliser n'importe quel câble coaxial susceptible de supporter la puissance et la bande de fréquences concernées.
Le balun peut être indépendant comme sur la photo ci-dessus; dans ce cas il doit avoir des fiches à ses extrémités qui permettent de le brancher d'un côté à l'antenne et de l'autre au câble d'arrivée.
Il peut aussi, ce qui est plus simple, être réalisé avec le câble d'alimentation lui même, bobiné à son extrémité, ce qui élimine une fiche et le raccord éventuel; mais bien prévoir la longueur de câble supplémentaire que consommera le balun.
Diamètre:
Les câbles coaxiaux ne peuvent pas être pliés trop fortement; cela impose un diamètre minimum pour les bobiner; en dessous de ce diamètre on risque de les détériorer. Pour déterminer ce diamètre, voir éventuellement les caractéristiques constructeur, ou faire un essai pour estimer si on ne le sollicite pas trop.
Un gros diamètre peut être gênant pour l'esthétique, le poids ou la prise au vent, par contre un gros diamètre nécessitera moins de spires qu'un petit, ce qui ne veut pas dire moins de câble coaxial; il sera intéressant de faire le calcul si le choix du diamètre est libre.
Nombre de spires jointives:
Le nombre de spires dépend de la self induction que l'on souhaite obtenir; il n'y a pas de règle absolue, mais on admet généralement que l'impédance ramenée par cette bobine à la fréquence de travail la plus basse doit être de l'ordre de 500 Ohms, soit dix fois l'impédance caractéristique du câble: il n'y a aucun rapport, mais il faut bien se donner une base de départ; en fait on peut mettre moins, comme on le verra plus bas..
Le tableau ci-dessous donne pour les bandes amateurs, la fréquence basse, la self induction en microhenrys qui donnera 500 Ohms à cette fréquence, et le nombre de spires (jointives) de câble coaxial à bobiner; le nombre de spires a été arrondi à la demi spire la plus proche.
On a pris trois diamètres pour les supports de bobinage: 10cm, 15 cm et 20 cm.
Les calculs ont été faits pour des câbles de diamètre extérieur, (isolant compris), de 6mm et 10-11mm environ.
On voit par exemple que pour une antenne 14 MHz, avec du câble 10-11mm, il faudra 8 spires sur un diamètre de 10 cm ou 4 spires sur un diamètre de 20 cm.

Nombre de spires pour un choke balun spires jointives
		Câble 10-11 mm			Câble 6 mm
Fréquence	Self	10cm	15cm	20cm	10cm	15cm	20cm
1,83	43	41	23	16	30	18	13,5
3,5	23	23	14	10	18	11,5	9
7	11,4	13	8	6,5	11	7,5	5
10,1	7,9	10	6,5	5	8,5	6	5
14	5,7	8	5,5	4	7	5	4
18,068	4,4	6,5	4,5	3,5	6	4	3,5
21	3,8	6	4	3,5	5	4	3
24,89	2,9	5	3,5	3	4,5	3,5	3
28	2,8	5	3,5	3	4,5	3	3

Nombre de spires espacées:
Si on veut couvrir plusieurs bandes, il faut calculer le balun pour la fréquence la plus basse, et il faut tenir compte des Filtre de gaine (ou choke balun)]capacités parasites entre spires[/url]; en espaçant les spires entre elles d'un diamètre de câble, soit 6mm ou 10mm pour diminuer la capacité parasite, on obtient le tableau ci dessous, il y a plus de spires mais on couvre facilement une octave.

Nombre de spires pour un choke balun spires espacées
		Câble 10-11 mm			Câble 6 mm
Fréquence	Self	10cm	15cm	20cm	10cm	15cm	20cm
1,83	43	75	38	24	50	27	18
3,5	23	41	22	14	28	16	11
7	11,4	22	12	8	15,5	9,5	7
10,1	7,9	15,5	9	6,5	11,5	7	5,5
14	5,7	11,5	7	5	10	6	4,5
18,068	4,4	9,5	5,5	4,5	7,5	5	4
21	3,8	8,5	5	4	6,5	4,5	3,5
24,89	2,9	6,5	4	3,5	5,5	4	3
28	2,8	6,5	4	3	5,5	3,5	3

Effet du balun
Le balun doit être placé le plus près possible de l'antenne; il faut savoir que si on le place à lambda/4 , cela revient à ajouter un troisième élément au dipôle.
En utilisant le logiciel MMANA sur un doublet demi-onde 7 MHz, nous avons essayé de voir quel est l'effet d'un choke balun sur les courants et sur les lobes de rayonnement.
L'élément de dipôle coté gaine et la gaine elle même se combattent pour prendre le courant arrivant en haut du câble coaxial; c'est celui des deux qui sera le mieux accordé sur la fréquence de travail, qui en prendra le plus au détriment de l'autre, avec une antenne monobande, on a donc tout intéret à l'accorder parfaitement, ce sera autant de moins sur la gaine.
Pour la gaine par contre, on n'est pas maitre des résonances, tout ce qu'on peut faire, c'est la déconnecter au mieux au point de vue HF, en fait en l'isolant par une self la plus forte possible, dans les limites déja vues.
Avec MMANA, on s'est mis dans un cas moyen défavorable, avec l'antenne proche de sa résonance, mais avec la gaine proche elle aussi d'une résonance en quart d'onde.

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-0

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-0

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_lobes-0

Ici on fonctionne sans balun; à gauche, on voit le courant dans les deux bras du doublet, et en rouge le courant sur la gaine du câble coaxial; les courants dans le doublet sont nettement déséquilibrés et la partie verticale rayonne; les lobes de rayonnement sont disymétriques, comme on peut le voir sur la figure de droite.

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-2

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-2

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_lobes-2

Un choke balun a été inséré au ras de l'antenne, il présente une self induction de 2uH; son effet est très visible alors qu'on est encore loin des 11uH qui donneraient une impédance de 500 Ohms sur la fréquence de travail (7 MHz). On voit quand même toujours le courant de gaine et la distorsion du lobe de rayonnement.

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-5

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-5

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_lobes-5

Avec un choke balun de 5 uH, la disymétrie des courants est juste perceptible, et les lobes sont quasi identiques, on voit quand même toujours un léger courant de gaine.

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-10

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_courants-10

balun - Calcul d'un choke balun ANT-QSP_F5AD_Balun_lobes-10

Avec une self de 10 uH on peut considérer que l'objectif de symétrisation est atteint.

Conclusion:
Pour une antenne bien accordée sur la bande la plus basse, on peut se contenter d'un choke balun plus petit, il y a peu à gagner à passer de 250 Ohms à 500 Ohms; cela peut être intéressant sur un multidoublet car le choke balun est alors capable de couvrir deux octaves au lieu d'une grâce à la réduction de la capacité parasite. S'il n'y a pas plus d'une octave à couvrir, on peut prendre 250 ou 500 ou entre les deux.
Si l'antenne n'est pas parfaitement adaptée, disons un ROS supérieur à 1,5 sur la bande la plus basse, il vaut mieux prendre la valeur de self conseillée dans les tableaux, celle qui donne 500 Ohms.