Depuis 
Každý rádioamatér, ktorý sa niekedy pustil do stavby balunu, anténneho Choke , širokopásmového transformátora, LPF , BPF alebo VF zosilňovača, skôr či neskôr narazil na jednoduchú otázku, ktorá však nemá jednoduchú Répondre: aký ferit použiť?
À première vue, il s'agit d'un problème banal : un tore reste un tore, une lentille binoculaire reste une lentille binoculaire, une ferrite à enclenchement reste une ferrite à enclenchement. Pourtant, la réalité est tout autre. Utiliser un matériau inadapté peut rendre le balun totalement inopérant, entraîner une impédance de mode commun médiocre pour la bobine d'arrêt, provoquer une surchauffe du transformateur RF, ou encore, en fonctionnement QRO, la saturation du noyau.
Dans le milieu radioamateur, on trouve de nombreuses demi-vérités, des recommandations simplifiées et des « recettes » qui fonctionnent dans un contexte particulier, mais qui échouent lorsqu'on les transpose sur une autre bande ou pour une autre application. Un exemple typique est la recommandation universelle : « Utilisez un FT240-43 et ça marchera. » Parfois, ça marche. Parfois, pas du tout.
Si nous voulons concevoir des baluns fiables, Guanella transformateurs, inductances de suppression des courants inverses, transformateurs pour antennes de réception ou VHF Pour comprendre les éléments de suppression des interférences, il est indispensable de maîtriser les principes physiques fondamentaux des matériaux magnétiques utilisés.
Dans cet article, vous lirez
Deux types fondamentaux de matériaux magnétiques
En radioamateurisme, on rencontre deux grands groupes de noyaux :
- Matériaux en ferrite
- matériaux en poudre de fer
À première vue, ils peuvent sembler similaires. Les deux groupes sont fabriqués sous forme de tores, de noyaux cylindriques, de jumelles ou de ferrites clipsables. Cependant, leurs propriétés électriques sont radicalement différentes.
Matériaux en ferrite
Les ferrites sont des matériaux magnétiques céramiques le plus souvent composés d'une combinaison d'oxydes de fer, de manganèse, de nickel et de zinc.
Pour un radioamateur, deux familles principales sont cruciales :
- MnZn (manganèse-zinc)
- NiZn (nickel-zinc)
Les matériaux MnZn présentent une perméabilité élevée et offrent d'excellentes performances aux basses fréquences. Ils conviennent donc aux inductances de mode commun HF, aux baluns d'inductance et à la suppression des interférences électromagnétiques.
Les matériaux NiZn ont une perméabilité plus faible, mais de meilleures propriétés dans les bandes de fréquences plus élevées, c'est-à-dire VHF/UHF.
Dans les applications de self de mode commun, la ferrite ne fonctionne pas uniquement comme une inductance. Il s'agit d'une erreur fondamentale. Une self de mode commun bien conçue doit créer une impédance de mode commun résistive, c'est-à-dire convertir l'énergie du courant de mode commun perturbateur en chaleur.
C’est précisément pourquoi Jim Brown K9YC souligne que le paramètre Rs est important pour une bobine d’arrêt, et pas seulement l’impédance totale Z.
Fer en poudre
Les noyaux de fer en poudre fonctionnent selon un principe différent. Ils sont constitués de poudre de fer liée par un liant diélectrique.
Leurs principales caractéristiques :
- perméabilité plus faible
- Q plus élevé
- pertes réduites
- meilleure stabilité pour les applications résonantes
Cela en fait un matériau idéal pour :
- bobines résonantes
- LPF
- BPF
- coupleurs d'antenne
- circuits d'adaptation
- Filtres QRP
Au contraire, en tant que selfs de mode commun, elles constituent généralement un mauvais choix. Erreur classique en radioamateur : utiliser une T200-2 comme balun de self. Électriquement, cela « fonctionne tant bien que mal », mais pas comme on l’attend d’un balun de courant de qualité.
Les matériaux les plus courants pour la radio amateur
Mélanger 31
Actuellement, l'un des matériaux les plus polyvalents pour les selfs de mode commun HF.
Points forts :
- 1,8–30 MHz
- excellente perte en mode commun
- haut débit
- composante résistive élevée de l'impédance
Utilisation typique :
- balun de courant 1: 1
- s'étouffer au point de puissance
- EFHW étouffer
- self de choc pour dipôle monobande
- self multibande ou omnibande
- Suppression des interférences radioélectriques
Les recommandations de K9YC pointent très souvent vers cette solution. Le FT240-31 en configuration empilée est pratiquement la norme pour une self de choc HF QRO.
Mélanger 43
Historiquement très populaire. Fonctionne bien :
- HF plus élevée
- certaines applications VHF
Ses performances sur les bandes HF inférieures sont moins bonnes que celles du Mélanger 31.
De nombreux modèles plus anciens utilisent automatiquement le FT240-43, mais les mesures modernes montrent qu'il existe de meilleurs choix pour les bandes 80 m et 160 m.
Mélanger 61
Matériau NiZn pour les hautes fréquences. Application :
- VHF
- 6 mètres
- 2 m
- UHF
- transformateurs à large bande
Pas idéal pour les selfs HF dans les bandes 160–40 m.
Mélanger 73
Excellent pour les basses fréquences et la suppression des interférences électromagnétiques. Utilisations :
- Faculté de médecine
- MF
- systèmes de réception
- suppression du bruit
Mélanger 75
Matériau robuste pour les basses fréquences, par exemple pour les transformateurs d'antennes de réception. Ce n'est pas un matériau universel pour les selfs HF.
Mélanger 77
Perméabilité extrêmement élevée.
Adapté aux basses fréquences, moins performant qu'une self HF universelle.
Aperçu de l'utilisation des matériaux en ferrite dans la pratique de la radio amateur
| Matériel | Inductance de mode commun ( 1 passage) | Choke de mode commun (plusieurs tours) | Transformateur d'impédance (UN-UN) | BAL-UN 1: 1 |
|---|---|---|---|---|
| #31 | 3,5 - 100 MHz | 1,5 – 50 MHz | — | 1,5 - 30 MHz |
| #43 | 25 - 600 MHz | 2 – 60 MHz | 2 – 50 MHz | 2 – 30 MHz |
| #52 | 150 – 1000 MHz | 4 – 150 MHz | 1 – 60 MHz | 1 – 60 MHz |
| #61 | 200 – 2000 MHz | 5 – 200 MHz | 15 – 200 MHz | 10 – 100 MHz |
| #77 | 200 kHz - 10 MHz | 100 kHz - 10 MHz | 0,5 – 8 MHz | 1 – 8 MHz |
Paramètres techniques des matériaux en ferrite
Matériel n° 31
| Paramètres | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| perméabilité initiale | µi | 1500 | — |
| densité de flux magnétique à l'intensité du champ | B/H | 3900 / 5 | Gauss / Oersted |
| Induction magnétique résiduelle | Br | 3200 | Gauss |
| pouvoir coercitif | Hc | 0,28 | Oersted |
| Facteur de perte à une fréquence donnée | Tan δ / µi | 20 à 1 MHz | 10⁻⁶ |
| Coefficient de température de perméabilité (20–70 °C) | — | 1.6 | % / °C |
| Température de Curie | Tc | >130 | °C |
| résistance électrique | ρ | 3000 | ohm·cm |
Matériel n° 43
| Paramètres | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| perméabilité initiale | µi | 800 | — |
| densité de flux magnétique à l'intensité du champ | B/H | 2900 / 10 | Gauss / Oersted |
| Induction magnétique résiduelle | Br | 1300 | Gauss |
| pouvoir coercitif | Hc | 0,45 | Oersted |
| Facteur de perte à une fréquence donnée | Tan δ / µi | 250 à 1 MHz | 10⁻⁶ |
| Coefficient de température de perméabilité (20–70 °C) | — | 1,25 | % / °C |
| Température de Curie | Tc | >130 | °C |
| résistance électrique | ρ | 1 × 10⁵ | ohm·cm |
Matériel n° 52
| Paramètres | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| perméabilité initiale | µi | 250 | — |
| densité de flux magnétique à l'intensité du champ | B/H | 4200 / 10 | Gauss / Oersted |
| Induction magnétique résiduelle | Br | 3300 | Gauss |
| pouvoir coercitif | Hc | 0,6 | Oersted |
| Facteur de perte à une fréquence donnée | Tan δ / µi | 45 à 1 MHz | 10⁻⁶ |
| Coefficient de température de perméabilité (20–70 °C) | — | 0,75 | % / °C |
| Température de Curie | Tc | >250 | °C |
| résistance électrique | ρ | 1 × 10⁹ | ohm·cm |
Matériel n° 61
| Paramètres | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| perméabilité initiale | µi | 125 | — |
| densité de flux magnétique à l'intensité du champ | B/H | 1500 / 15 | Gauss / Oersted |
| Induction magnétique résiduelle | Br | 1000 | Gauss |
| pouvoir coercitif | Hc | 1. 1 | Oersted |
| Facteur de perte à une fréquence donnée | Tan δ / µi | 30 à 1 MHz | 10⁻⁶ |
| Coefficient de température de perméabilité (20–70 °C) | — | 0, 1 | % / °C |
| Température de Curie | Tc | >300 | °C |
| résistance électrique | ρ | 1 × 10⁸ | ohm·cm |
Matériel n° 77
| Paramètres | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| perméabilité initiale | µi | 2000 | — |
| densité de flux magnétique à l'intensité du champ | B/H | 5100 / 5 | Gauss / Oersted |
| Induction magnétique résiduelle | Br | 1800 | Gauss |
| pouvoir coercitif | Hc | 0,25 | Oersted |
| Facteur de perte à une fréquence donnée | Tan δ / µi | 15 à 100 kHz | 10⁻⁶ |
| Coefficient de température de perméabilité (20–70 °C) | — | 1.2 | % / °C |
| Température de Curie | Tc | >200 | °C |
| résistance électrique | ρ | 100 | ohm·cm |
Balun de courant 1: 1 – conception pratique
Norme moderne pour les radioamateurs : inductance de mode commun à ferrite
Le principe est simple : le signal différentiel à l'intérieur du câble coaxial passe normalement, mais le courant de mode commun sur la gaine rencontre une impédance élevée.
noyaux pratiques
| Cœur | Utiliser | Note |
|---|---|---|
| FT240-31 | HF choke | excellent choix universel |
| 2× FT240-31 | QRO | chauffage plus bas |
| 3× FT240-31 | Limite légale | solution robuste |
| FT240-43 | HF plus élevée | norme plus ancienne |
Nombre de fils
Cela dépend fortement de :
- mélanger
- diamètre du noyau
- bandes
- câble coaxial utilisé
Approximatif:
- 8 à 12 tours pour une bobine d'arrêt multibande HF
- moins de tours pour les fréquences plus élevées
- plus de tours pour les basses fréquences
Un nombre excessif de spires est une erreur. Pourquoi ? La capacité parasite entre les spires décale la résonance et la bobine d'arrêt risque de dysfonctionner là où vous souhaitez l'utiliser.
Quel type de câble coaxial ?
Le plus fréquent :
- RG316
- RG400
- RG142
Le câble coaxial en PTFE est plus performant mécaniquement et thermiquement que le câble coaxial en PVC bon marché. Pour les systèmes QRO, un câble plus robuste est un investissement judicieux.
Baluns Guanella : lorsque l’objectif est le contrôle du courant, et non la simple transformation d’impédance
S'il est un principe de conception qui mérite le respect dans le milieu radioamateur, c'est bien celui du transformateur de ligne de transmission Guanella. Nombre d'opérateurs utilisent les appellations balun 1: 1, balun 4: 1 ou unun 9: 1 sans préciser s'il s'agit d'une architecture à tension ou à courant. C'est une erreur, car le comportement électrique de ces deux solutions est fondamentalement différent.
Le concept a été proposé par Gustav Guanella en 1944, mais c'est Jerry Sevick W2FMI qui l'a popularisé dans le domaine de la radio amateur. Le balun de Guanella est essentiellement un transformateur de ligne de transmission qui exploite les propriétés définies d'une ligne de transmission enroulée sur un noyau de ferrite approprié.
Contrairement au balun de tension Ruthroff, la priorité n'est pas ici d'imposer le rapport de tension correct. L'objectif est de contrôler le courant et le comportement en mode commun.
C’est pourquoi l’architecture de Guanella est utilisée dans les projets de haute qualité :
- Baluns de courant 1: 1,
- Baluns 4: 1 pour antennes symétriques,
- 9: 1 dans les transformateurs,
- transformateurs RX à large bande,
- membres correspondants pour les antennes Beverage et autres antennes RX
Balun de courant Guanella 1: 1
La version la plus simple est un balun de courant classique 1: 1.
Implémentation typique :
- câble coaxial enroulé sur FT240-31,
- Câble double en PTFE sur FT240-43,
- empilement de 2 à 3 tores pour le fonctionnement QRO.
Nombre de fils typique :
| Groupe | Mélanger | Cœur | Nombre de fils |
|---|---|---|---|
| 160–40 m | 31 | FT240 | 10–12 |
| 80–20 m | 31 | FT240 | 8–10 |
| 20–10 m | 43 | FT240 | 6–8 |
Ces valeurs sont indicatives. La conception finale dépend toujours de l'impédance d'inductance requise, du fil utilisé et de la puissance.
K9YC recommande une impédance de choc de l'ordre de 1 à 5 kΩ pour une suppression efficace du mode commun, une composante résistive Rs élevée étant plus importante qu'une impédance purement réactive.
4: 1 Guanella balun
Un modèle très répandu. Il s'agit essentiellement de deux transformateurs de courant 1: 1 connectés selon une configuration appropriée. Applications typiques :
- dipôle OCF,
- quelques configurations Windom,
- alimentation symétrique à impédance plus élevée.
Note très importante : le balun 4: 1 n’est pas une solution miracle. La légende radioamateur du type « on peut mettre un balun 4: 1 sur n’importe quel fil » engendre souvent plus de problèmes que de solutions. Si la charge n’est pas électriquement adaptée, le résultat est le suivant :
- surchauffe du noyau,
- courant de mode commun accru,
- nepredvídateľné PSV ,
- Distorsion du diagramme de rayonnement.
9: 1 Guanella Unun
Extrêmement populaire auprès des opérateurs portables. Utilisation :
- fil aléatoire,
- antennes filaires portables,
- CENT ,
- TRANSPIRER ,
- Expéditions QRP.
Cependant, une certaine rigueur technique est nécessaire. Un transformateur 9: 1 n'est pas une solution miracle pour tous les câbles. VK1OD démontre avec précision qu'avec des longueurs de câble inappropriées, des impédances extrêmes apparaissent et le transformateur peut fonctionner bien en dehors de sa zone de sécurité.
Noyaux typiques :
- FT240-43
- 2× FT240-43
- FT140-43 pour QRP
À puissance élevée, le FT140 sortira très vite de sa zone de confort.
Ferrites clipsables : un outil utile, ni placebo ni miracle
Les ferrites à clipser font partie des composants radioamateurs les plus mal compris.
De nombreux opérateurs les utilisent comme « répulsif RF » universel :
- au câble USB,
- sur câble CAT,
- pour câble de microphone,
- pour l'alimentation électrique,
- sur câble coaxial.
Parfois à juste titre. Parfois complètement inutilement.
Comment ça marche
La ferrite clipsable augmente l'impédance de mode commun du conducteur qui la traverse. Elle détermine :
- matériel,
- taille du noyau,
- nombre de passages du chef d'orchestre,
- fréquence.
Un seul conducteur isolé sur un câble USB peut être utile. Un conducteur isolé sur un câble coaxial de 80 m, utilisé comme self de choc principale, n'a souvent qu'un effet psychologique.
Mélanges pour utilisation par clipsage
| Mélanger | Utiliser |
|---|---|
| 31 | suppression du mode commun HF |
| 43 | HF plus élevée / EMI universelle |
| 61 | VHF/UHF |
Nombre de cœurs
Un point essentiel que beaucoup d'administrateurs système négligent : un seul cœur est souvent insuffisant.
Solutions pratiques :
- 4 à 8 pièces clipsables pour le câble d'alimentation,
- plusieurs passages à travers un noyau plus grand,
- Pile multicœur.
K9YC avertit depuis longtemps que les solutions de ferrite de faible qualité donnent une fausse impression d'élimination du problème.
Applications VHF : là où la logique HF cesse de fonctionner
Une erreur fréquente en radioamateurisme : appliquer sans modification une recette de choke HF efficace à la VHF.
C'est la recette de la déception. La raison est simple : les capacités parasites, les résonances et les propriétés des matériaux se comportent complètement différemment aux hautes fréquences.
Matériaux pour VHF
Le plus fréquent :
- Mélanger 43
- Mélanger 61
- perles de ferrite
- matériaux NiZn
Le Mélanger 31, excellent sur les HF, n'est pas automatiquement le bon choix en VHF.
Solutions d'étranglement 2 m / 70 cm
Implémentations typiques :
- inductance à tube coaxial,
- Perles de ferrite sur câble coaxial.
Pour les fréquences VHF, un balun à manchon est souvent une solution plus élégante qu'un grand tore de type HF.
Utilisation typique :
- Point d'alimentation Yagi 2 m,
- 70cm Vertikál ,
- antennes satellites
GPSDO, LNB et transverters
Dans une station radio moderne équipée de la technologie VHF/UHF/SHF, les ferrites sont omniprésentes :
- Alimentation GPSDO,
- Ligne de polarisation LNB,
- Câblage I2C,
- Contrôle Arduino Nano,
- alimentation du rotateur
Dans ce cas, la suppression des interférences électromagnétiques par simple pression est tout à fait judicieuse d'un point de vue pratique.
Saturation : le tueur silencieux des structures en ferrite
La saturation se produit lorsqu'un matériau magnétique atteint la limite de son aimantation.
Implications pratiques :
- une forte baisse d'efficacité,
- croissance des pertes,
- surchauffe,
- Instabilité du transformateur.
Dans un cas extrême :
- rupture du noyau,
- dégradation de l'isolation,
- Défaillance du balun.
Qu'est-ce qui provoque la saturation ?
- puissance trop élevée,
- mélange inapproprié,
- charge asymétrique,
- courant de mode commun,
- Noyau trop petit.
Un balun de courant peut surchauffer non pas à cause de la puissance différentielle, mais à cause de la puissance en mode commun.
C'est un détail crucial.
Limites de performance
La question « combien de watts peut-il supporter ? » n'a pas de réponse universelle.
Cela dépend de :
- noyaux,
- matériel,
- nombre de cœurs,
- fréquences,
- ROS,
- cycle de charge.
QRP
Le monde est très tolérant jusqu'à 10 W. Les FT82 ou FT140 sont généralement utilisables.
Classe 100 W
Performances normales du Shack. Minimum raisonnable :
- balun de courant FT240,
- le bon mélange,
- bon conducteur.
QRO
500 W+
C’est ici que s’arrête l’improvisation. Recommandé :
- 2–3 FT240 empilés,
- conducteur en PTFE de haute qualité,
- réserve thermique.
Limite légale
Cela exige une approche professionnelle. Un balun défectueux à la limite légale n'est pas une expérience. C'est une source de problèmes.
Les erreurs de conception les plus courantes
Fer en poudre comme balun de courant
Très courant. Le tore LPF n'est pas un matériau de mode commun pour la bobine d'arrêt.
Trop de sujets
Plus n'est pas forcément mieux. La capacité parasite nuit aux performances du haut débit.
Noyau trop petit
Composante QRP utilisée à 1 kW. Résultat prévisible.
Mauvais mélange
43 au lieu de 31 sur 160 m. 61 au lieu de matériau d'étranglement HF.
Balun de tension là où un balun de courant est nécessaire
Problème typique d'une alimentation rayonnante.
Câble coaxial à enclenchement simple
Ce n'est généralement pas un étranglement grave.
Tableau de référence pratique
| Application | Matériel | Cœur | Note |
|---|---|---|---|
| Balun de courant HF 1: 1 | 31 | FT240 | choix universel |
| Choke HF QRO | 31 | 2–3× FT240 | réserve thermique |
| 4: 1 Guanella | 31 / 43 | FT240 | par groupe |
| 9: 1 unun | 43 | FT240 | pas une solution universelle |
| Choke VHF | 61 | perles / tubes | meilleures que les recettes HF |
| LPF | Mélange 2 / 6 | T68/T106/T200 | poudre de fer |
| ATU | Mélange 2 / 6 | T200 | haute Q |
| Suppression des interférences radioélectriques | 31 | snap-on | plus de pièces |
Conclusion
La ferrite n'est pas qu'un simple « anneau noir pour un câble ». Le choix judicieux du matériau déterminera si votre conception fonctionnera comme un balun de courant, un transformateur à large bande ou simplement comme un morceau de céramique coûteux qui surchauffe.
En radioamateurisme, il n'existe pas de mixage universel pour tout.
Et c'est une bonne nouvelle.
Car un élément en ferrite correctement conçu peut améliorer considérablement le système d'antenne, réduire les interférences radiofréquences dans le local technique et protéger votre TCVR contre les problèmes qui se manifestent autrement par un défaut mystérieux dans l'antenne, le pont SWR ou le système d'alimentation.