Création d'un balun et comprendre le fonctionnement

par **Mhz** Sam 5 Mar - 7:58

Qu'est-ce qu'un Balun et pourquoi en ai-je besoin ?

Dans cette section, nous examinerons les différentes méthodes et exigences d'un balun dans l'espoir que vous serez mieux placé pour faire le bon choix pour votre antenne. Il existe de nombreux types de balun différents et certains intègrent également une transformation d'impédance et c'est ce domaine qui prête à confusion.
Pour les antennes à alimentation directe de 50 ohms, un seul transformateur 1: 1 équilibré à déséquilibré est nécessaire. Cependant, d'autres antennes doivent être transformées de 12,5 à 50 Ohm jusqu'à (et au-delà) de 200 Ohm à 50 Ohm. Ces types ont besoin que l'impédance soit transformée en plus de l'effet d'équilibrage du point d'alimentation. Alors, pourquoi avons-nous besoin d'une forme quelconque d'équilibrage au point d'alimentation dans tous les cas ?

Câble coaxial
Coax est une chose merveilleuse. Son invention a permis l'alimentation d'antennes à travers une manière de différentes substances, conditions et endroits qu'une ligne d'alimentation équilibrée ne pouvait pas. Cependant, il y a des problèmes qui doivent être résolus lors de l'alimentation d'une antenne avec un câble coaxial.
Il est devenu courant que Radio Ham ou même des entités commerciales utilisent du câble coaxial pour alimenter les antennes en raison de la commodité de le faire. Tant et si bien, les émetteurs-récepteurs commerciaux modernes ont une sortie asymétrique conçue pour alimenter et recevoir directement du câble coaxial. Le câble coaxial peut être alimenté à travers les murs, sous terre, sur le côté de nos tours ou poteaux métalliques sans aucun effet drastique sur l'antenne ou son réglage - ou le fait-il ?
La meilleure façon d'alimenter la plupart des antennes est d'utiliser un chargeur équilibré. La raison en est que la plupart des antennes (y compris les Yagis qui nous intéressent ici) sont des antennes symétriques. Si nous alimentons une antenne équilibrée avec une ligne d'alimentation déséquilibrée, des problèmes surviennent au point d'alimentation ; à savoir les courants de mode commun qui apparaissent à la suite de ce décalage équilibré/déséquilibré. Ces courants retournent dans le coaxial et rayonnent et ainsi, le coaxial devient une partie de notre système d'antenne et rayonne.
Dans les cas où nous alimentons une antenne multibande, cela n'a peut-être pas trop d'importance pour l'opérateur tant qu'il rayonne un signal de son antenne (bien qu'il y ait plus de chances qu'il cause des interférences et ait des RF dans la radio cabane en raison du fait que le câble coaxial est séparé de l'antenne rayonnante). Cependant, lorsque nous alimentons une Yagi, nous devons nous assurer que seule l'antenne elle-même rayonne. Faire rayonner le câble coaxial alimentant notre Yagi agira pour déformer le diagramme de rayonnement de notre antenne. Non, ce problème ne causera pas un SWR élevé. En fait, cela peut même réduire le SWR vu dans la cabane, donnant au jambon un faux sentiment de sécurité que les choses vont bien quand elles ne le sont pas.
Lignes d'alimentation équilibrées
Le chargeur de ligne équilibré le plus courant dans la radio amateur aujourd'hui est le ruban de 300 ohms utilisé dans l'antenne G5RV très courante. Toute ligne jumelée peut être utilisée comme ligne d'alimentation équilibrée ; fil de haut-parleur, fil de sonnerie, même câble secteur. Ils auront tous des caractéristiques différentes mais fourniront tous une alimentation équilibrée à une antenne s'ils sont utilisés de cette façon. L'alimentation double ne rayonnera pas (ou très peu de toute façon) en raison de la phase de la RF dans chaque ligne d'alimentation qui est déphasée de 180 degrés dans chaque branche. Cela signifie qu'un côté de la ligne d'alimentation annule l'autre afin qu'aucun rayonnement ne se produise.
Inconvénients d'une ligne équilibrée
Tout d'abord, nous aurons besoin d'un balun pour utiliser une ligne d'alimentation symétrique dans tous les cas car nos radios aujourd'hui ne présentent pas de sortie symétrique. Le point suivant est l'effet que tout objet proche a sur la ligne d'alimentation, les murs, les bâtiments en général, les tours, tous les objets métalliques, le sol, tout ! Nous avons besoin que la ligne d'alimentation soit dans autant d'espace ouvert que possible afin de garantir que la ligne d'alimentation de la balance puisse fonctionner comme il se doit. Vous commencez à comprendre pourquoi une alimentation équilibrée n'est pas d'usage courant pour le jambon ?
Je n'irai pas plus loin dans la théorie de la ligne équilibrée car nous n'allons pas en utiliser une. Nous allons alimenter notre Yagi avec du coaxial et minimiser les pertes et la probabilité de courants de mode commun sur notre ligne d'alimentation en même temps.
Le centre dipôle
Le dipôle est une partie importante de la Yagi, tout ce qui se passe (ou mal) ici se reflète dans le reste de la Yagi. Vous trouverez ci-dessous 2 images d'un dipôle retiré d'une Yagi. La section transversale en haut représente le dipôle lui-même tandis que le fil descendant est le coaxial. Les lignes roses indiquent la distribution actuelle au sein de ces « éléments ». Voyons d'abord la fig 1 .
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Fig. 1. Un dipôle avec une alimentation équilibrée
Dans la Fig1, nous pouvons voir une distribution agréable, propre et équilibrée du courant à travers le dipôle lui-même sans rayonnement dans le câble coaxial. Cela représente un scénario où un symétriseur parfait est placé au point d'alimentation. La ligne descendante (du dipôle) marquée ' 4 ' représente le câble coaxial alimentant le dipôle.
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Fig2. Une autre histoire si le point d'alimentation n'est pas équilibré
La figure 2 montre la distorsion dans le dipôle si le coaxial est autorisé à rayonner. Cela n'a peut-être pas autant d'impact sur les antennes verticales ou monopolaires, mais pour une antenne directionnelle telle qu'une Yagi, c'est désastreux ! Assurez-vous d'avoir un bon balun au point d'alimentation de votre Yagi pour vous assurer que votre diagramme d'antenne reste propre et symétrique.

Le balun - A quoi ça sert ?
Un balun est un dispositif d'adaptation qui prend une entrée asymétrique de votre ligne coaxiale et fournit une sortie équilibrée pour une antenne ou une ligne d'alimentation équilibrée. Vous êtes-vous demandé d'où vient le nom balun ? Équilibré à Un équilibre, c'est tout.

par **Mhz** Sam 5 Mar - 8:00

Le symétriseur 1:1
Balun coaxial entièrement symétrique
Nous avons besoin d'un balun 1:1 au point d'alimentation de notre Yagi. Cela signifie que le balun se connectera à une ligne asymétrique de 50 ohms et présentera une sortie symétrique de 50 ohms. Il y a plusieurs façons de le faire à mon avis. Le premier est un balun coaxial 1:1 tel que décrit par I0QM à ce lien : http://www.iw5edi.com/ham-radio/files/I0QM_BALUN.PDF et pour lequel il y a une photo ci-dessous.
Cela utilise 2 morceaux de câble coaxial supplémentaire au point d'alimentation de l'antenne. Une explication complète est donnée avec le document créé par I0QM. C'est la meilleure méthode pour produire un équilibre entièrement symétrique au point d'alimentation (en utilisant un câble coaxial) sans les pertes observées dans un équivalent torroïde. Cependant, il présente un certain nombre d'inconvénients. Le premier est que sa bande passante est relativement étroite. C'est bien sûr l'un des principaux avantages de G0KSC Yagis (étant à large bande), alors voulons-nous vraiment inhiber les performances ? Le prochain est les connexions supplémentaires et le câble coaxial que nous introduisons, ce qui signifie des pertes supplémentaires dans notre système d'alimentation en plus d'un autre point où le temps (principalement l'eau) pourrait accéder à notre antenne et à notre ligne d'alimentation et, par conséquent, désaccorder notre antenne ou rendre complètement défectueux.
Enfin, en plus d'être à bande passante étroite, ce type de balun ne peut être utilisé que sur une seule bande rendant ce balun inutile pour nos Yagis multi-bandes.
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Un balun coaxial entièrement symétrique

C'est une méthode très intéressante pour équilibrer le feeder au point d'alimentation de l'antenne et j'ai modifié ce balun à partir de sa composition d'origine. Tout ce que nous devons faire ici est de connecter le câble coaxial à l'antenne de manière traditionnelle. Cependant, en plus du coaxial, nous ajoutons un morceau de fil au point de l'antenne auquel le noyau central du coaxial se connecte, faisons passer le fil le long du coaxial et connectons ce fil à la tresse ou au noyau externe du coaxial. à 1/4 d'onde en arrière le long du COAX. Comme il s'agit d'une longueur d'onde 1/4 de coaxial, le facteur de vitesse doit également être pris en compte. Cela fournit un symétriseur entièrement symétrique au point d'alimentation de l'antenne. Dans les premières versions, j'ai enroulé le talon Pawsey. Cependant, je recommande maintenant de garder cela en ligne droite et de le connecter à la perche où le fil se connecte à la tresse extérieure du coaxial. Cela fournit deux fonctionnalités supplémentaires. Le premier, il fournit une masse CC à la boucle ou à l'élément piloté, réduisant davantage la captation potentielle de bruit. Deuxièmement, comme il est en ligne droite et longe la bôme vers le mât, il se produit qu'une ligne d'alimentation supplémentaire devrait être nécessaire et, par conséquent, réduire les pertes supplémentaires.

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Le G0KSC Pawsey construit par EI2GLB. L'alimentation du câble coaxial directement à travers la perche aide à réduire la distorsion potentielle du motif

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PA0WRS a installé cette version de transformation d'impédance du stub G0KSC Pawsey sur son 50Mhz 5el

Le "fil Pawsey" est clairement visible dans l'exemple PA0WRS ci-dessus. Cela garantit une correspondance équilibrée entièrement symétrique au centre du dipôle. La courbure coaxiale autour de la flèche près du point d'alimentation peut déformer le diagramme de rayonnement. Disposer le transformateur/balun coaxial de la manière ci-dessus déplace le point auquel votre ligne d'alimentation doit faire le tour de la flèche beaucoup plus loin le long de la flèche et loin du point d'alimentation. Tout problème potentiel est considérablement réduit au fur et à mesure que vous vous éloignez du point d'alimentation, il est donc idéal de disposer le transformateur/balun le long du centre de la flèche sur toute sa longueur. Ne soyez pas tenté d'enrouler le symétriseur, cela ne sert à rien d'autre qu'à réduire la capacité de gestion de la puissance !

Comme discuté ci-dessus, le point auquel le fil se connecte à la tresse externe du coaxial est 1/4 de longueur d'onde le long du COAX plutôt qu'un 1/4 d'onde de fil. Par conséquent, lors du calcul de notre longueur, nous devons prendre en compte le facteur de vitesse du câble coaxial que nous utilisons. Le calcul est le suivant :

300/Fréquence x facteur de vitesse coaxiale x.25 Ce qui précède est un stub Pawsey pour mon 70MHz LFA Yagi. Le coaxial que j'ai utilisé était Westflex 103 qui a un facteur de vitesse de 0,85 (RG213 est de 0,66) donc le calcul était le suivant :

300/70,2 x 0,85 x 0,25 , donc ma longueur de fil devait être suffisamment longue pour relier 940 mm de long au câble coaxial à partir du point où le câble coaxial était divisé en deux. PAS la fin du noyau central du coaxial.

Le stub Pawsey est une excellente méthode pour produire une véritable entrée symétrique à l'antenne à un coût minimal. Encore une fois, comme le balun coaxial ci-dessus, cela n'est bon que pour les antennes mono-bande en raison de la bande passante relativement faible.

par **Mhz** Sam 5 Mar - 8:03

Choke balun
Mon balun préféré pour une utilisation large et multibande n'est pas vraiment un balun en tant que tel, c'est un starter. Fondamentalement, il s'agit d'une bobine dans le coaxial alimentant l'antenne aussi près que possible du point d'alimentation. Cette bobine agit comme une bobine d'arrêt RF et empêche les courants de mode commun de revenir dans la ligne d'alimentation. Cependant, le courant peut ne pas être distribué symétriquement à travers l'élément rayonnant en utilisant cette méthode. Bien que cela fonctionne, ce n'est pas une méthode "idéale" et certainement si une Yagi/antenne mono-bande doit être utilisée, alors un balun entièrement symétrique devrait être le premier choix.

Cela dit, cette méthode d'étranglement du point d'alimentation présente un certain nombre d'avantages énumérés ci-dessous :

Non spécifique à la fréquence - le balun d'étranglement n'est pas limité à une fréquence ou à une bande passante particulière, il peut donc être utilisé efficacement avec les Yagis monobande et multibande OWA.
Le symétriseur d'étranglement est facile à fabriquer et à mettre en œuvre - avec la version précédente, le facteur de vitesse coaxial doit être connu afin de calculer les longueurs de coaxial et celles-ci doivent être exactes. Sinon, le balun pourrait faire plus de mal que de bien. Le balun de starter coaxial n'est pas affecté de la même manière
Aucune connexion supplémentaire requise - pour moi, c'est l'un des avantages les plus importants, en particulier en VHF. J'utilise un seul morceau de câble coaxial à l'arrière de la plate-forme, à travers le balun coaxial et jusqu'au point d'alimentation. Cela minimise les pertes et les connexions et, par conséquent, tout problème potentiel pouvant survenir à un stade ultérieur de la vie de l'antenne et de sa ligne d'alimentation.
La meilleure partie de ce balun d'étranglement est qu'il est extrêmement facile à fabriquer ! Voyons maintenant comment cela se fait

Création d'un Choke Balun
Remarque : bien qu'appelé un balun d'étranglement, cela NE correspond PAS à la ligne d'alimentation déséquilibrée à l'antenne équilibrée. Il arrête simplement (ou aide à réduire) les courants de mode commun circulant sur le coaxial en raison de la non-concordance au point d'alimentation. Cela entraînera également un déséquilibre dans le rayonnement du motif ET réduira les performances. En fin de compte, lors de l'alimentation d'un faisceau de toute sorte, je dois utiliser un véritable balun 1: 1, tel que le coaxial et le Pawsey mentionnés ci-dessus.
Je fabrique toujours le mien lorsque l'antenne sur laquelle il est destiné à être installé est complète et prête à être installée sur le mât. La raison en est que je suis capable d'installer avec précision le balun en place en mesurant le câble coaxial le long de la flèche et, dans la plupart des cas, de conserver une longueur de câble coaxial sans jonction entre l'antenne et la radio.
Tout d'abord, nous devons préparer le câble coaxial pour la connexion au point d'alimentation de l'antenne. En supposant que nous allons installer un seul morceau de câble coaxial de l'antenne, à travers le balun et l'émetteur-récepteur, coupez le câble coaxial à une extrémité et préparez-le afin que vous puissiez voir environ 5 à 10 mm de noyau interne avec la même quantité de tresser. Gardez à l'esprit que le dipôle de l'antenne commence au point où les noyaux interne et externe du coaxial se séparent et, par conséquent, ces 5 à 10 mm de chacun doivent se terminer là où le coaxial est à nouveau entier (voir photo).

Faites glisser une extrémité de l'anneau sur chaque morceau du câble coaxial et testez la connexion sur l'antenne. la dernière chose que vous voulez faire est de souder les anneaux au coax et ils ne sont pas assez longs ! Une fois que vous savez où ils doivent être, soudez les joints et assurez-vous qu'il y a suffisamment de chaleur pour permettre à la soudure de s'écouler profondément dans le joint. Cela assurera une bonne connexion et limitera les risques d'infiltration d'eau.
Ensuite, nous devons nous assurer que notre joint est bien scellé, ce qui réduit le risque que de l'eau puisse s'infiltrer dans le câble coaxial. Une façon consiste à installer une boîte isolante au point d'alimentation. Cependant, d'après mes expériences, il est beaucoup plus difficile de garder les éléments alignés de cette façon. Généralement, le dipôle se retrouve un peu plus haut que le reste des éléments Yagi, ce qui a un impact sur le motif. De plus, si l'eau devait accéder à cette boîte d'isolation, elle pourrait rester à l'intérieur de la boîte et causer les mêmes problèmes que si elle avait accès au câble coaxial.
J'achète un auto-amalgamant de bonne qualité et j'enroule simplement le point d'alimentation du câble coaxial directement. Assurez-vous d'en utiliser beaucoup et assurez-vous d'avoir couvert tous les trous d'accès possibles à l'eau. Une fois cette opération terminée, vous êtes prêt à connecter les anneaux au point d'alimentation de l'antenne.
Après avoir connecté le coaxial, décidez où vous voulez placer le balun (exemple dans l'image en haut de cette page) et marquez ce point sur le coaxial avec un anneau de ruban adhésif à faible adhérence, peut-être du ruban isolant. Maintenant, retirez à nouveau le câble coaxial pendant un moment.

Enroulement du balun

Nous avons maintenant besoin de quelques outils supplémentaires pour créer notre balun. Avez-vous une bombe aérosol quelque part dans la maison ? Il peut s'agir d'un cirage pour meubles ou d'une boîte de WD40. N'importe quel vaporisateur domestique de taille standard fera l'affaire. Ensuite, nous avons besoin de 4 à 6 serre-câbles solides suffisamment longs pour faire le tour de 4 à 5 longueurs du câble coaxial que nous utilisons. Placez chacun de ces serre-câbles face vers le haut sur le côté de la bombe aérosol et placez le ruban à faible adhérence sur un côté du serre-câble pour le maintenir en place. enroulez maintenant le ruban à 1/4 du chemin autour de la boîte et placez un autre serre-câble. Faites cela jusqu'à ce que nous ayons 4 à 6 de ces attaches de câble dans un anneau autour de la boîte. Ensuite, placez une autre ligne de ruban adhésif autour de l'extrémité supérieure de la boîte pour bien fixer les attaches de câble sur la boîte.
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Localisez maintenant la marque que vous avez faite plus tôt sur votre coaxial d'alimentation. Maintenez ce point sur une extrémité de la boîte afin qu'elle ne puisse pas bouger, en vous assurant que la bande qui maintient les attaches de câble sur la boîte est à l'extérieur du point où vous tenez le câble coaxial.

Maintenant, roulez la boîte jusqu'à ce que vous ayez 4 à 5 tours (50/70Mhz 2 est OK pour 144MHz et 1 tour serré sur 430Mhz. Cela devrait être testé avec des selfs en ferrite à clip après le balun. Si le SWR change, vous avez trop ou trop peu de tours. Changez et réessayez) de coax sur la boîte. À ce stade, nous devons retirer le ruban adhésif qui maintient les attaches de câble en place sur la boîte. le câble coaxial enroulé ne les maintiendra pas à la boîte, ils ne doivent donc pas bouger. Bouclez les attaches de câble et emboîtez les extrémités ensemble et serrez comme il convient.
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Vous avez maintenant terminé avec votre balun !

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