Un « Tuner Range Extender »

Ou, en bon langage de chez nous, un « extenseur de plage d’accord pour récepteur et transceiver ».

Pour commencer

L’impédance d’une antenne est constituée par sa résistance au rayonnement associée à une composante réactive dépendant de sa longueur par rapport à la longueur d’onde. Cette réactance peut être capacitive ou inductive. En fait, elle a les deux mais l’une peut être prépondérante par rapport à l’autre. C’est pour cela qu’il faut « ajouter de la self » à une antenne trop courte, par exemple. Mais lorsque les deux réactances sont égales, il y a « accord » et l’antenne résonne ; même avec une self ajoutée. Et, à ce moment-là, il suffit d’un transformateur HF pour avoir un ROS de 1:1. Exemple : la FD4. Un coupleur classique fait les deux : compenser les réactances et adapter la résistance au rayonnement aux 50 ohms requis par le TX. Mais, parfois, c’est au-dessus de ses possibilités.
Néanmoins, une impédance complexe (résistive + réactive) peut être transformée en une valeur interprétée par le TX comme étant équivalente à 50 ohms et il est content avec ça.
Exemple : les antennes mobiles ont une résistance au rayonnement qui va de ~4 à 20 ohms. Pourtant, sans transfo, vous avez un ROS très faible alors qu’il devrait aller de 2 à 12:1 ! C’est avec la self qu’on compense.
Elle peut aussi l’être par le transformateur ; c’est ce qui est fait par le fameux (si mal nommé) « magnetic balun », en fait un « unun » 9:1. Et ça fonctionne très bien mais pour des longueurs d’antenne bien précises selon les bandes à couvrir.
Pour d’autres longueurs, il faudrait d’autres rapports de transformation. Et pourquoi pas ?

Description

C’est ce que nous vous proposons avec notre réalisation.
Nous avons imaginé un transformateur avec plusieurs rapports de transformation, sélectionnables avec un simple commutateur. Ces rapports ont été choisis pour avoir un très bon rendement (en fait, un minimum de pertes), comparables à un 4:1 ou un 9:1. Mais, pour cela, on ne fait pas ce qu’on veut… Néanmoins, ces rapports sont très bien étagés pour avoir un ROS acceptable dans quasiment toutes les conditions ; sauf pour une end-fed ½ onde où la résistance au rayonnement est >3K ohms. Ce qui donnera un ROS >6:1 minimum.
Sinon, dans la grosse majorité des cas, vous serez dans les limites des possibilités des coupleurs intégrés à nos TX. Et on pourra même s’en passer car le ROS sera souvent inférieur à 2:1 !

Le schéma

Nous avons utilisé la carcasse d’un vieux transfo THT car elle se prête excessivement bien à ce montage.
Nous donnons aussi une version basée sur un tore Amidon FT240-43. C’est le seul qui peut rivaliser avec une carcasse de transfo THT mais c’est beaucoup plus cher (sic) et pas meilleur.
Voyez les photos et le schéma pour la suite. Les prises ont été numérotées, il suffit de reproduire. Nous bobinerons 3 fois 8 spires, 4 de chaque côté. Pour les rapports de 4 et de 0,25 (ce sont les mêmes) la prise se fait sur le fil entre les deux paires d’enroulements ; donc à la moitié de celui-ci.
Les rapports obtenus sont 0,11 0,16 0,25 0,44 et 1:1 pour les basses impédances. Pour les hautes impédances, nous avons : 2,25 4, 6,25 et 9:1.
Un double inverseur « retourne » le transfo. Ou inverse entrée-sortie. Comme la ferrite de la carcasse a une perméabilité assez élevée (~500), la réactance sera suffisante pour le 160m et pour les hautes impédances sur les autres bandes.
Nous avons prévu un symétriseur pour les feeders. Il est réalisé sur un barreau de ferrite d’antenne PO – GO. Ceux pour les GO ont généralement une perméabilité de 250 contre 125 pour les autres. Vous aurez donc une plus haute impédance pour le même nombre de spires. Bobinez au moins 2 x 15 spires « 2 fils en main » ; 2 x 20 sera mieux.
Le fil utilisé sera du 8/10mm minimum. 10/10 ne sera que mieux !
Ce transfo ainsi réalisé devrait tenir de 500 à 1000W sans échauffement notable. On peut donc le placer dans un boîtier en plastique. Sur la face arrière, on montera deux prises banane pour un feeder, une SO239 d’entrée pour un coaxial et une autre pour le câble de liaison vers le TX et un switch pour la sélection symétrique-asymétrique. Plus une sortie au choix pour la prise de terre.

Face arrière

Sur la face avant, nous aurons l’inverseur haute impédance – basse impédance et le switch à 2 x 5 positions. Le nôtre est en stéatite… parce que nous en avions un sous la main. Sinon, un modèle en bakélite sera suffisant jusque 200W à condition de ne pas l’actionner avec 100W (et plus) dessus. Mais cette recommandation est valable pour tous les coupleurs.

Face avant

Nous vous donnons, à titre indicatif, le dessin des faces avant et arrière. C’est imprimé sur du papier normal puis plastifié et collé sur une tôle d’alu de 10/10 à l’aide de « double-face ». Ensuite, les trous seront percés.

Pour obtenir le modèle, il suffit de faire ‘clic droit’ et ‘enregistrer l’image’

Réalisation du bobinage

Cette description détaillée est destinée aux OMs qui n’ont pas une très bonne expérience de ce genre de réalisation qui est, tout de même, un peu compliquée ; mais pas vraiment difficile. Il faut juste être attentif et soigneux.

Il faut commencer par vous procurer un transfo THT de TV ou de moniteur informatique. Arrachez-le du circuit imprimé à l’aide d’une pince multi-crans, d’une pince Stilson ou d’un gros serre-joint. Surtout ne pas serrer sur la ferrite : ça casse comme du verre !
Pourquoi l’arracher ? Regardez donc du côté soudures…

Transfo THT démonté

Serrez le transfo dans un étau et découpez le bobinage à la scie à métaux. Voir la photo. La ferrite ne risque rien : la lame de la scie glissera dessus sans l’entamer car c’est une céramique très dure.

Dégagez la carcasse sans forcer. Sciez autant de fois qu’il le faudra et, oui, c’est fastidieux mais le résultat en vaut la peine ! Cette carcasse est composée de deux éléments en forme de « C ». Vous les collerez ensemble avec de la colle cyanolite (« Super-Glue »). Même chose si vous cassez un des C. Le bobinage n’en souffrira pas du tout. Au contraire, suite à l’introduction de ce petit entre-fer, le point de saturation sera même un peu plus haut !

Maintenant, prenez un bout de fil émaillé moyennement fin (de 3 à 6/10mm) de 75 cm de long. Nous allons expérimenter le bobinage -un brouillon, en quelque sorte- et déterminer la longueur de fil à employer. Il y aura 8 spires à bobiner, en 2 groupes de 4.

Détail de la soudure du point milieu vue d’en haut

Posez la carcasse devant vous, un grand côté vers vous. Une des branches est ronde, le reste est de section carrée. Posez le fil sur ce côté, à droite. Laissez une « queue » de 10 cm. Faites-le passer dans le trou et revenir vers vous par en-dessous. La première spire est bobinée. Faites de même pour trois autres. Répartissez les spires sur toute la largeur de la branche.
Le fil ne reviendra maintenant plus vers vous mais partira tout droit de l’autre côté et SOUS la branche d’en face.
Faites pivoter l’ensemble de 180°

Bobinez la cinquième spire de la même manière que les autres mais sur l’autre branche et toujours de droite à gauche. Puis faites de même pour les trois dernières. Maintenant, le fil restant se trouvera en face du début du bobinage mais SOUS le tore.
Coupez à 11cm (et pas 10 parce que vous allez utiliser du fil plus gros pour le bobinage définitif).

Coupez trois longueurs de fil de 10/10mm égales au fil d’essai, (de 8 à 12/10, en fait. 8 est un peu léger, 12 sera le meilleur mais assez difficile à bobiner car nettement plus rigide).

Détail de la soudure du point milieu vue d’en bas

Et maintenant, refaites le bobinage mais avec les trois fils à la fois. Serrez bien, surtout sur le côté de section carrée. Répartissez bien les spires sur toute la largeur mais en serrant bien les trois fils ensemble. Vous pouvez maintenir avec de la cyanolite mais faites attention à ne pas coller vos doigts. Pour information : le solvant de cette colle est l’acétone.

Coupez des languettes de masking-tape (ce papier collant qu’on met sur les vitres lorsqu’on peint les fenêtres) et collez-les aux deux bouts de chaque enroulement. Repérez les enroulements à l’ohm-mètre et marquez les languettes en suivant le schéma.

L’enroulement allant du point C au point 2 comporte une prise centrale (B) faite sur le fil reliant les deux moitiés du bobinage ; donc du côté opposé aux autres prises. Voyez le détail sur la photo correspondante.

Maintenant, il vous faudra câbler le commutateur selon le schéma et en vous aidant des photos. (Cliquer pour agrandir)

Puis passer aux essais.

Utilisation

Commutez votre TX en AM. Il sortira le ¼ de sa puissance (25W) en toute sécurité. Cherchez la position du commutateur qui donne la réception la plus forte, même si c’est du souffle ou du QRM, et testez en émission. Si le ROS n’est pas satisfaisant, essayez les positions contigües. Si ce n’est toujours pas bon, il faudra bien mettre le coupleur en service. Ça arrive…

Conclusion

Un montage assez simple, bon marché, sans alimentation et donnant des résultats surprenants pour sa simplicité. En fait, il n’y aura souvent pas de grandes différences de rendement avec un coupleur réglé pour avoir 1:1 de ROS. Mais les manipulations sont tellement plus simples, plus rapides et plus aisées !

Une dernière remarque : jusque 1,5:1 de ROS, les pertes seront plus importantes dans n’importe quel coupleur en voulant amener le ROS à 1:1. Au-delà de 1,5 et jusque 2:1, un coupleur ne s’impose que si le circuit de protection du PA réduit la puissance de sortie. Et encore ! Mais cela fera l’objet d’un autre article.

par Guy MARCHAL | ON5FM

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