Les Choke Balun

Les chokes baluns, dispositifs essentiels pour les installations d’antennes radioamateurs, offrent une solution simple et efficace pour bloquer les courants de gaine indésirables et améliorer les performances des systèmes d’antennes.

Fonctionnement des Choke Baluns

source: palomar-engineers.co

Les choke baluns fonctionnent sur le principe de l’impédance élevée pour bloquer les courants de mode commun, également appelés courants de gaine, qui circulent sur la surface extérieure du blindage du câble coaxial. 

Ce phénomène est dû à l’effet de peau, qui fait que la partie externe du blindage agit comme un conducteur distinct de l’intérieur du câble.Le choke balun crée une haute impédance pour ces courants indésirables, les empêchant ainsi de se propager le long du câble d’alimentation. 

Cette action permet de rediriger l’énergie RF vers l’antenne, optimisant son fonctionnement et réduisant les interférences.En pratique, le choke balun est constitué d’une bobine formée par plusieurs tours de câble coaxial, généralement enroulés autour d’un support en plastique ou d’un tore en ferrite. Cette configuration induit une self-inductance qui s’oppose au passage des courants de gaine, tout en laissant passer le signal RF désiré à l’intérieur du câble.L’efficacité d’un choke balun dépend de plusieurs facteurs, notamment :

• Le nombre de tours de câble : plus il y a de tours, plus l’impédance est élevée.
• La fréquence d’utilisation : l’impédance du choke varie selon la fréquence, il faut donc l’adapter à la bande de fréquences visée.
• Le diamètre de l’enroulement : il influence la self-inductance et donc l’impédance du choke.

Un choke balun bien conçu peut atteindre une impédance de plusieurs kilohms à la fréquence de fonctionnement, assurant ainsi un blocage efficace des courants de gaine. 

Cependant, il est important de noter que l’efficacité du choke balun peut diminuer aux fréquences très élevées, nécessitant parfois des ajustements pour les applications VHF/UHF.En résumé, le fonctionnement des choke baluns repose sur la création d’une haute impédance localisée qui bloque les courants indésirables, améliorant ainsi les performances de l’antenne et réduisant les interférences potentielles dans l’environnement du radioamateur.

Fabrication et Spécifications Techniques

source:allelcoelec.com

La fabrication d’un choke balun est relativement simple et accessible aux radioamateurs. Le principe de base consiste à enrouler du câble coaxial autour d’un support, généralement un tube en PVC ou un tore en ferrite. Le nombre de tours et le diamètre de l’enroulement sont des paramètres cruciaux qui déterminent l’efficacité du choke balun.Pour un choke balun HF typique, on recommande généralement entre 8 et 12 tours de câble coaxial enroulés sur un diamètre d’environ 10 à 15 cm. Cette configuration permet d’obtenir une self-inductance suffisante pour bloquer efficacement les courants de gaine sur une large bande de fréquences, allant généralement de 2 à 31 MHz.

Les spécifications techniques d’un choke balun de qualité incluent :

• Une impédance caractéristique de 50 ohms, correspondant à celle de la plupart des câbles coaxiaux utilisés en radioamateur.
• Un rapport d’ondes stationnaires (ROS) inférieur à 1,2:1 sur la bande de fréquences visée.
• Une puissance admissible pouvant atteindre plusieurs kilowatts pour les modèles haute puissance.

La self-inductance du choke balun est un paramètre crucial. Par exemple, un choke balun présentant une self-inductance de 2 µH peut déjà avoir un effet notable sur les courants de gaine, bien que certains calculs suggèrent qu’une valeur de 11 µH soit optimale pour une efficacité maximale.

Il est important de noter que l’efficacité du choke balun varie en fonction de la fréquence. Pour couvrir une large bande, comme de 160m à 10m, il peut être nécessaire d’ajuster le nombre de tours ou d’utiliser plusieurs chokes en série.

Pour les applications VHF/UHF, des configurations spécifiques peuvent être nécessaires. Dans ces cas, l’utilisation de ferrites ou de techniques d’enroulement particulières peut être requise pour maintenir l’efficacité à ces fréquences plus élevées.

Lors de la fabrication, il est crucial de veiller à la qualité des connexions et à l’étanchéité du dispositif, surtout s’il est destiné à une utilisation en extérieur. L’utilisation de connecteurs de qualité, comme des prises UHF (SO-239) ou de type N, assure une bonne durabilité et des performances optimales.

En résumé, la fabrication d’un choke balun efficace nécessite une attention particulière aux spécifications techniques, notamment le nombre de tours, le diamètre d’enroulement et la qualité des composants utilisés. Ces paramètres doivent être adaptés en fonction de la bande de fréquences visée et des conditions d’utilisation prévues.

Avantages des Choke Baluns

Les choke baluns offrent de nombreux avantages pour les installations d’antennes radioamateurs, ce qui explique leur popularité croissante dans la communauté. Voici les principaux bénéfices de leur utilisation :

1. Réduction des interférences : En bloquant efficacement les courants de gaine, les choke baluns limitent considérablement les perturbations RF sur les appareils électroniques à proximité. Cela se traduit par une diminution des parasites sur les télévisions, radios et autres équipements du voisinage, améliorant ainsi la coexistence entre les radioamateurs et leur environnement.
2. Amélioration des performances de l’antenne : En redirigeant l’énergie RF vers l’antenne plutôt que de la laisser se dissiper le long du câble coaxial, les choke baluns optimisent l’efficacité de rayonnement de l’antenne. Cela se traduit par une meilleure puissance émise et une réception plus sensible.
3. Réduction des pertes de signal : En empêchant les courants de mode commun de circuler sur la gaine du câble, les choke baluns minimisent les pertes de signal, ce qui est particulièrement bénéfique pour les installations à longue portée ou à faible puissance.
4. Polyvalence : Les choke baluns peuvent être utilisés avec une grande variété d’antennes, notamment les dipôles, les antennes verticales et les boucles. Leur conception simple les rend adaptables à différentes configurations et bandes de fréquences.
5. Facilité d’installation : Contrairement à certains types de baluns plus complexes, les choke baluns sont relativement simples à fabriquer et à installer. Ils peuvent être facilement intégrés à une installation existante sans nécessiter de modifications majeures.
6. Protection de l’équipement : En réduisant les courants de gaine, les choke baluns contribuent à protéger les équipements radio contre les retours de RF potentiellement dommageables, augmentant ainsi la durée de vie et la fiabilité du matériel.
7. Amélioration du rapport signal/bruit : En réduisant les interférences et en optimisant le transfert d’énergie, les choke baluns peuvent contribuer à améliorer le rapport signal/bruit, ce qui est particulièrement bénéfique pour les communications à longue distance ou en conditions difficiles.
8. Économie : Comparés à d’autres solutions de symétrisations plus complexes, les choke baluns offrent un excellent rapport coût-efficacité. Ils peuvent être fabriqués à partir de matériaux relativement peu coûteux tout en offrant des performances significatives.
9. Adaptabilité aux hautes puissances : Certains modèles de choke baluns sont conçus pour supporter des puissances élevées, permettant leur utilisation dans des stations émettant plusieurs kilowatts sans risque de saturation ou de dommages.

En conclusion, les choke baluns représentent une solution simple mais efficace pour améliorer les performances des systèmes d’antennes tout en réduisant les problèmes d’interférences. Leur polyvalence et leur facilité d’utilisation en font un outil précieux pour tout radioamateur soucieux d’optimiser son installation.

Applications et Installation Pratiques

Les choke baluns trouvent de nombreuses applications pratiques dans le domaine de la radioamateur, offrant des solutions efficaces pour diverses configurations d’antennes. Leur installation judicieuse peut grandement améliorer les performances des systèmes de communication.Une application courante des choke baluns est leur utilisation avec les antennes dipôles. Placé au point d’alimentation de l’antenne, le choke balun permet de symétriser l’alimentation et de réduire les courants de gaine, améliorant ainsi le diagramme de rayonnement de l’antenne. 

Cette configuration est particulièrement bénéfique pour les dipôles multibandes ou les antennes filaires longues.Les antennes verticales bénéficient également de l’ajout d’un choke balun. Installé à la base de l’antenne, il aide à isoler le système rayonnant du câble d’alimentation, réduisant ainsi les interférences et améliorant l’efficacité de l’antenne. 

Cette application est particulièrement utile pour les antennes verticales utilisées en portable ou pour les installations permanentes.Pour les antennes loop, le choke balun joue un rôle crucial en minimisant les courants circulant sur le câble coaxial, ce qui peut perturber le diagramme de rayonnement de l’antenne. L’installation d’un choke balun au point d’alimentation de la boucle permet de maintenir la symétrie du rayonnement et d’optimiser les performances.

Dans le cas des antennes directionnelles comme les Yagis ou les quads, le choke balun peut être installé au niveau du boom ou du point d’alimentation pour réduire les courants indésirables sur le mât et les haubans, améliorant ainsi la directivité et le rapport avant/arrière de l’antenne.Pour une installation pratique, il est recommandé de placer le choke balun le plus près possible du point d’alimentation de l’antenne3. Cela maximise son efficacité en bloquant les courants de gaine dès leur origine. Dans le cas d’une installation extérieure, il est important de protéger le choke balun des intempéries, soit en l’enfermant dans un boîtier étanche, soit en utilisant des matériaux résistants aux UV et à l’eau.Pour les installations multi-bandes, il peut être nécessaire d’utiliser plusieurs choke baluns en série, chacun optimisé pour une plage de fréquences spécifique. 

Cette approche permet de couvrir efficacement une large gamme de fréquences, de 160m à 10m par exemple.Il est important de noter que l’efficacité d’un choke balun peut varier en fonction de la fréquence d’utilisation. Pour les bandes VHF et UHF, des configurations spécifiques peuvent être nécessaires, comme l’utilisation de ferrites ou de techniques d’enroulement adaptées.

Enfin, lors de l’installation d’un choke balun, il est crucial de vérifier son impact sur le ROS (Rapport d’Ondes Stationnaires) de l’antenne. Un choke balun bien conçu et correctement installé ne devrait pas affecter significativement le ROS, mais plutôt l’améliorer en réduisant les effets des courants de gaine.

En conclusion, l’installation judicieuse de choke baluns dans diverses configurations d’antennes peut considérablement améliorer les performances des systèmes de communication radioamateur, en réduisant les interférences et en optimisant l’efficacité de rayonnement.

Impact des Matériaux de Ferrite sur les Performances

Les matériaux de ferrite jouent un rôle crucial dans l’amélioration des performances des choke baluns, en particulier pour les applications radioamateurs à haute fréquence. L’utilisation de ferrites permet d’obtenir une impédance élevée sur une large bande de fréquences, ce qui est essentiel pour bloquer efficacement les courants de gaine indésirables.

Les ferrites doux, composés principalement de fer, nickel et zinc, sont particulièrement adaptés à la fabrication de choke baluns. Leur perméabilité magnétique élevée et leurs faibles pertes en font des matériaux de choix pour les applications RF. 

Ces propriétés permettent de réaliser des bobines à fort coefficient de qualité (Q), essentielles pour un filtrage efficace des signaux parasites.L’impact des ferrites sur les performances des choke baluns se manifeste de plusieurs manières :

1. Augmentation de l’impédance : Les noyaux de ferrite augmentent significativement l’inductance des enroulements, ce qui se traduit par une impédance plus élevée pour les courants de mode commun. Cette caractéristique améliore l’efficacité du blocage des courants de gaine.
2. Élargissement de la bande passante : Les ferrites permettent d’obtenir une impédance élevée sur une plage de fréquences plus large qu’avec des bobines à air. Cela rend les choke baluns plus polyvalents, capables de fonctionner efficacement sur plusieurs bandes amateur.
3. Miniaturisation : Grâce à leur perméabilité élevée, les ferrites permettent de réduire la taille des choke baluns tout en maintenant des performances équivalentes. Cet aspect est particulièrement avantageux pour les installations compactes ou portables.
4. Réduction des pertes : Les ferrites de haute qualité présentent de faibles pertes magnétiques, ce qui se traduit par une meilleure efficacité globale du système d’antenne.
5. Adaptation aux hautes fréquences : Certains types de ferrites, notamment les mélanges Zinc-Manganèse, sont particulièrement adaptés aux fréquences élevées, permettant la réalisation de choke baluns efficaces pour les bandes VHF et UHF.

Il est important de noter que le choix du type de ferrite doit être adapté à la plage de fréquences visée. Par exemple, les ferrites de type 31 sont souvent recommandées pour les applications HF, tandis que les types 43 ou 61 peuvent être plus appropriés pour les fréquences plus élevées.

La mise en œuvre des ferrites dans les choke baluns nécessite certaines précautions. Il est essentiel de renforcer l’isolation du tore pour éviter les courts-circuits au niveau du bobinage, en particulier pour les ferrites à faible résistivité comme les Zinc-Manganèse.

En conclusion, l’utilisation judicieuse de matériaux de ferrite dans la conception des choke baluns permet d’optimiser significativement leurs performances, offrant aux radioamateurs des solutions plus efficaces et polyvalentes pour améliorer leurs systèmes d’antennes.

Types de Ferrites Utilisés

Les ferrites utilisés dans la fabrication des choke baluns pour les applications radioamateurs se divisent principalement en deux catégories : les ferrites de manganèse-zinc (Mn-Zn) et les ferrites de nickel-zinc (Ni-Zn). Chaque type présente des caractéristiques spécifiques qui le rendent adapté à certaines plages de fréquences et applications.Les ferrites Mn-Zn sont particulièrement efficaces pour les fréquences allant de 10 kHz à 1 MHz

1. Ces ferrites présentent une perméabilité initiale élevée et sont largement utilisés dans l’industrie des ferrites doux, représentant environ 70 % du chiffre d’affaires mondial. Leurs propriétés magnétiques supérieures en font un choix privilégié pour les applications nécessitant une haute perméabilité à basse fréquence.Pour les fréquences plus élevées, typiquement de 1 MHz à 500 MHz, les ferrites Ni-Zn sont généralement préférés1. Ces ferrites offrent une meilleure performance dans les hautes fréquences, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications VHF et UHF en radioamateur.Dans le contexte des choke baluns, les types de ferrites les plus couramment utilisés sont :

1. Type 31 : Ce mélange est particulièrement efficace pour les applications HF (1-30 MHz). Il offre une excellente suppression des courants de mode commun sur une large bande de fréquences, ce qui en fait un choix populaire pour les choke baluns polyvalents.
2. Type 43 : Ce type de ferrite est adapté pour une utilisation dans une gamme de fréquences plus élevée, généralement de 30 MHz à 1 GHz. Il est souvent utilisé pour les applications VHF et UHF.
3. Type 61 : Ce mélange offre de bonnes performances dans les très hautes fréquences, au-delà de 1 GHz. Il peut être utilisé pour des choke baluns spécialisés dans les bandes UHF et micro-ondes.

Le choix du type de ferrite dépend non seulement de la fréquence d’utilisation, mais aussi d’autres facteurs tels que la température de fonctionnement et la puissance du signal. Par exemple, les ferrites de type 31 ont tendance à mieux performer à des températures plus élevées que les types 43 ou 61.

Pour la fabrication de choke baluns, ces ferrites sont souvent utilisés sous forme de tores ou de bâtonnets. Les tores sont particulièrement appréciés car ils permettent de concentrer le champ magnétique, augmentant ainsi l’efficacité du choke. Les dimensions courantes pour les tores utilisés dans les choke baluns vont de T80 à T130, le nombre indiquant le diamètre en centièmes de pouce.

Il est important de noter que l’efficacité d’un choke balun dépend non seulement du type de ferrite utilisé, mais aussi du nombre de spires et de la méthode de bobinage. Pour obtenir des performances optimales, il est recommandé d’utiliser au moins quatre spires de fil d’alimentation ou de câble coaxial autour du tore de ferrite.

En conclusion, le choix judicieux du type de ferrite, en adéquation avec la plage de fréquences visée et les conditions d’utilisation, est crucial pour optimiser les performances des choke baluns dans les installations radioamateurs.