Lorsqu’on commence à s’intéresser sérieusement aux antennes, trois termes reviennent régulièrement : balun, Unun et choke. On trouve ces petits dispositifs au point d’alimentation d’un dipôle, d’une Yagi, d’une antenne End-Fed ou encore à la sortie d’une boîte d’accord.
Mais à quoi servent-ils réellement ?
On entend parfois qu’un balun sert à « faire baisser le ROS », à « adapter l’antenne » ou encore à « empêcher le coaxial de rayonner ». Ces affirmations contiennent une part de vérité, mais elles mélangent plusieurs fonctions différentes.
Pour comprendre le rôle d’un balun, il faut commencer par distinguer trois notions : la symétrie, l’impédance et les courants de mode commun.
1. Que signifie le mot Balun ?
Le terme Balun vient de la contraction des mots anglais :
BALanced → UNbalanced
Autrement dit :
symétrique → asymétrique
Un balun permet donc, à l’origine, de réaliser la transition entre un système symétrique et un système asymétrique.
Le cas le plus classique est celui d’un dipôle alimenté par un câble coaxial.
Un dipôle constitué de deux brins identiques est une antenne symétrique. Les courants circulant dans ses deux branches devraient idéalement avoir la même amplitude mais être de sens opposés.
Le câble coaxial est, quant à lui, une ligne asymétrique. Son conducteur central et son blindage n’occupent pas des positions électriquement équivalentes.
Nous raccordons donc un système symétrique à un système asymétrique.
C’est précisément là que le balun intervient.
2. Que se passe-t-il sans balun ?
Imaginons un dipôle demi-onde directement raccordé à un câble coaxial.
Le conducteur central du coaxial alimente un côté du dipôle et la tresse alimente l’autre.
À première vue, tout semble fonctionner parfaitement. L’antenne rayonne et le ROS peut même être excellent.
Pourtant, une partie du courant HF peut circuler sur la face extérieure du blindage du coaxial.
Il faut en effet comprendre qu’en HF, le blindage du coaxial peut être considéré comme présentant deux surfaces distinctes : l’intérieur et l’extérieur.
Les courants utiles circulent normalement sur le conducteur central et sur la face intérieure du blindage.
Mais un courant supplémentaire peut apparaître sur la surface extérieure de la tresse.
C’est ce que l’on appelle un courant de mode commun.
Le câble coaxial commence alors à participer au rayonnement de l’antenne.
3. Pourquoi les courants de mode commun sont-ils gênants ?
Si le courant HF descend sur l’extérieur du coaxial, celui-ci devient en quelque sorte un troisième élément de l’antenne.
Les conséquences peuvent être nombreuses :
- modification du diagramme de rayonnement de l’antenne ;
- ROS qui varie lorsqu’on déplace le coaxial ;
- présence de HF dans le shack ;
- perturbations d’ordinateurs ou d’appareils électroniques ;
- bruit supplémentaire en réception ;
- risques de retours HF sur le microphone, le manipulateur ou le boîtier du transceiver.
Dans certains cas, toucher un appareil ou déplacer un câble peut même modifier le ROS.
C’est généralement le signe que quelque chose participe au système d’antenne alors que cela ne devrait pas.
Le but du choke ou du balun en courant est précisément de présenter une impédance importante aux courants circulant sur l’extérieur du coaxial.
4. Le balun 1:1
Le balun le plus simple à comprendre est le balun 1:1.
Son rapport d’impédance est de :
![\[1:1\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-74afd82fbe8de59a1a2189c446b46f29_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Il ne cherche donc pas à transformer une impédance de 200 Ω en 50 Ω, par exemple.
Si son entrée voit 50 Ω, son rapport de transformation reste théoriquement de 50 Ω vers 50 Ω.
Son rôle est principalement de réaliser correctement la transition entre la ligne asymétrique et l’antenne symétrique et, selon sa conception, de limiter les courants de mode commun.
C’est typiquement ce que l’on recherche au centre d’un dipôle alimenté par un coaxial 50 Ω.
Attention cependant : 1:1 ne signifie pas automatiquement choke efficace.
Tout dépend de la construction du balun et de son impédance de mode commun aux fréquences utilisées.
5. Le choke : bloquer la HF sur l’extérieur du coaxial
Le mot anglais choke signifie approximativement « étranglement ».
Son objectif est de créer une forte impédance pour les courants de mode commun tout en laissant passer normalement le signal à l’intérieur du coaxial.
Une méthode connue consiste à bobiner plusieurs tours de câble coaxial pour former une self.
On parle parfois de choke coaxial ou, familièrement, de « balun à air ».
Cette solution peut être efficace, mais généralement sur une plage de fréquences relativement limitée.
Une solution plus performante consiste à faire passer le coaxial dans des tores ou manchons de ferrite.
Le courant utile circulant à l’intérieur du coaxial n’est pratiquement pas affecté, tandis que le courant de mode commun rencontre une impédance beaucoup plus importante.
L’efficacité dépend alors du matériau de ferrite, du nombre de passages et de la fréquence.
Un choke efficace sur 3,5 MHz ne sera pas nécessairement optimal sur 28 MHz.
6. Un balun peut aussi transformer une impédance
Certains baluns remplissent également une fonction de transformation d’impédance.
Prenons l’exemple d’un balun 4:1.
Cela signifie que son rapport d’impédance est de quatre.
Ainsi, dans le cas idéal :
![\[200\ \Omega \rightarrow 50\ \Omega\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f6550e4630c2d0f505a7a1158048ab2f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
ou inversement :
![\[50\ \Omega \rightarrow 200\ \Omega\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0dad714c2a69f1f3212de05ee93bbafb_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Il ne faut cependant pas confondre le rapport de transformation des tensions et le rapport de transformation des impédances.
Pour un transformateur idéal :
![\[\frac{Z_2}{Z_1}=\left(\frac{N_2}{N_1}\right)^2\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-c8f8bff3c79b22a495aa9fb1bb38ccc8_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
où :
- (Z_1) et (Z_2) représentent les impédances ;
- (N_1) et (N_2) représentent le nombre de spires.
Avec un rapport de spires de 2:1, nous obtenons donc :
![\[2^2=4\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ba32984f6c9cbb52d1e68219163dc8ec_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
soit un rapport d’impédance de 4:1.
C’est une distinction importante lorsqu’on réalise soi-même un transformateur d’impédance.
7. Balun en tension et balun en courant
Tous les baluns ne fonctionnent pas selon le même principe.
On distingue principalement les baluns en tension et les baluns en courant.
Le balun en tension cherche principalement à imposer des tensions équilibrées aux deux branches de l’antenne.
Le balun en courant cherche plutôt à imposer des courants égaux et opposés.
Pour l’alimentation d’une antenne symétrique telle qu’un dipôle, le balun en courant est généralement très intéressant puisqu’il contribue directement à empêcher le courant indésirable de revenir sur l’extérieur du coaxial.
C’est pourquoi les baluns en courant sont aujourd’hui très fréquemment utilisés dans les installations radioamateurs.
8. Guanella et Ruthroff
Deux noms apparaissent régulièrement lorsqu’on étudie les baluns : Guanella et Ruthroff.
Sans entrer dans une étude théorique complexe, retenons que ces deux architectures ne fonctionnent pas exactement de la même manière.
Le balun Guanella est basé sur le principe des lignes de transmission et se prête particulièrement bien à la réalisation de baluns en courant.
Le Ruthroff utilise également les propriétés des lignes de transmission, mais avec une organisation différente permettant notamment certaines transformations d’impédance.
Ces montages peuvent utiliser des tores de ferrite autour desquels sont bobinés des fils bifilaires ou du câble coaxial.
Pour le radioamateur souhaitant fabriquer un balun, il est donc important de ne pas seulement chercher « combien de tours faut-il faire ? », mais également de connaître le type de montage et le matériau du tore utilisé.
9. Balun et Unun : quelle différence ?
Voilà une confusion extrêmement courante.
Nous avons vu que Balun signifie :
BALanced → UNbalanced
L’Unun signifie quant à lui :
UNbalanced → UNbalanced
Il réalise donc une adaptation entre deux systèmes asymétriques.
Cela peut sembler être une simple question de vocabulaire, mais la différence est importante.
Prenons une antenne verticale alimentée contre un plan de sol ou un système de radians.
Le système est asymétrique.
Le coaxial est lui aussi asymétrique.
Si nous utilisons un transformateur d’impédance entre les deux, nous avons donc besoin d’un :
UNbalanced → UNbalanced
C’est-à-dire d’un Unun.
10. Le fameux 49:1 des antennes EFHW
Les antennes EFHW, pour End Fed Half Wave, constituent un excellent exemple.
Une demi-onde alimentée à son extrémité présente une impédance très élevée, généralement de l’ordre de quelques milliers d’ohms.
Supposons par exemple une impédance de :
![\[2450\ \Omega\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-7e8b622a334aec9d3d9e39e1956ced1e_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Pour la ramener aux environs de 50 Ω :
![\[\frac{2450}{50}=49\]](https://www.f5kee.fr/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-4bbab920224dae9d39d765f8f75ee7cf_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
D’où l’utilisation très courante d’un transformateur 49:1.
On l’appelle souvent « balun 49:1 », mais il s’agit généralement plus correctement d’un Unun 49:1, puisque l’alimentation d’extrémité de l’EFHW constitue un système asymétrique.
Et il faut souligner un autre point : le transformateur 49:1 n’empêche pas nécessairement les courants de mode commun.
Il peut donc être nécessaire d’ajouter un choke 1:1 sur le coaxial à un emplacement judicieusement choisi.
Le transformateur et le choke remplissent alors deux fonctions différentes.
11. Le choix de la ferrite
Un tore de ferrite n’est pas simplement « un anneau noir ».
Ses caractéristiques dépendent fortement du matériau utilisé.
Parmi les matériaux fréquemment rencontrés en HF, on trouve notamment les mélanges 31, 43 et 52.
Le choix dépend principalement de la plage de fréquences sur laquelle on souhaite travailler.
Le nombre de spires ou de passages dans le tore influence également fortement l’impédance obtenue.
Il est donc préférable de choisir un matériau en fonction des bandes utilisées plutôt que de copier simplement un montage trouvé sur Internet avec un tore dont on ignore la composition.
La puissance est également importante.
Un transformateur soumis à des pertes importantes peut chauffer. Cet échauffement est particulièrement problématique en modes numériques, où le rapport cyclique peut être beaucoup plus élevé qu’en SSB.
Un balun fonctionnant parfaitement à 100 W en SSB peut donc se comporter très différemment avec une porteuse ou un mode numérique utilisé pendant de longues périodes.
12. Un balun ne sert pas à « régler le ROS »
C’est probablement l’une des idées reçues les plus importantes à corriger.
Le rôle premier d’un balun n’est pas de faire baisser le ROS.
Un balun 1:1 correctement conçu ne transforme même pas l’impédance.
Il est parfaitement possible d’avoir :
un ROS de 1:1 et des courants de mode commun importants.
Inversement, l’installation d’un choke efficace peut parfois modifier le ROS.
Pourquoi ?
Parce qu’avant son installation, le coaxial participait lui-même à l’antenne. En supprimant ce rayonnement parasite, nous modifions le système rayonnant.
Le ROS observé peut alors changer.
Cela ne signifie pas que le choke fonctionne mal. Au contraire, cela peut révéler que le coaxial faisait auparavant partie de l’antenne.
13. Quel dispositif pour quelle antenne ?
Voici quelques situations courantes :
| Antenne | Dispositif généralement utilisé | Fonction principale |
|---|---|---|
| Dipôle 1/2 onde | Choke / balun courant 1:1 | Réduire le mode commun |
| Yagi à dipôle alimenté | Balun adapté au système d’alimentation | Symétrisation |
| Loop symétrique | Balun selon son impédance | Symétrisation + adaptation éventuelle |
| Verticale 1/4 onde | Choke 1:1 possible | Réduire le mode commun |
| Long fil | Unun 9:1, selon configuration | Transformation d’impédance |
| EFHW | Unun 49:1 ou autre rapport approprié | Forte transformation d’impédance |
| OCF / Windom | Balun adapté à l’impédance | Symétrisation + transformation |
Ce tableau reste volontairement général. Le dispositif réellement nécessaire dépend toujours de l’impédance de l’antenne, de son système d’alimentation, des bandes utilisées et de l’installation.
14. Les erreurs les plus courantes
La première erreur consiste à choisir un balun uniquement en fonction du ROS.
La deuxième est de croire qu’un transformateur 49:1 destiné à une EFHW remplit automatiquement la fonction d’un choke.
La troisième consiste à bobiner quelques tours de coaxial au hasard et à considérer que le problème des courants de mode commun est définitivement réglé sur toutes les bandes HF.
Enfin, il faut se méfier des baluns dont la seule caractéristique annoncée est :
« 1 à 30 MHz – 1 000 W »
Cela ne nous renseigne pratiquement pas sur leur véritable efficacité.
Pour caractériser correctement un choke, il faudrait notamment connaître son impédance de mode commun en fonction de la fréquence.
15. Ce qu’il faut retenir
Le terme « balun » désigne en réalité une famille de dispositifs dont les fonctions peuvent être différentes.
La première question à se poser est donc :
Qu’est-ce que je cherche à faire ?
S’il faut relier une antenne symétrique à un coaxial asymétrique, nous sommes dans le domaine du balun.
S’il faut transformer l’impédance entre deux systèmes asymétriques, nous utiliserons plutôt un Unun.
S’il faut empêcher la HF de circuler sur l’extérieur du coaxial, nous avons besoin d’un choke présentant une impédance de mode commun suffisamment importante sur les bandes concernées.
Et ces fonctions peuvent parfois être combinées dans un même dispositif.
Retenons surtout :
Balun = BALanced → UNbalanced
Unun = UNbalanced → UNbalanced
Choke = réduction des courants de mode commun
Enfin, n’oublions pas qu’un excellent ROS ne prouve absolument pas que le système d’antenne fonctionne correctement.
Un coaxial qui rayonne peut participer à l’adaptation et donner l’impression que tout va bien.
Le bon balun n’est donc pas nécessairement celui qui permet d’afficher fièrement 1:1 sur le ROS-mètre, mais celui qui remplit correctement la fonction électrique pour laquelle il a été installé.
