Dans ma station, il manquait une antenne adaptée spécifiquement à la bande des 80 mètres.
Faute d'espace pour installer un dipôle ou des radiales nécessaires à une antenne verticale, la meilleure option s'est révélée être le montage d'une antenne End-Fed. Je me suis donc lancé dans la construction de cette antenne.
L'adaptation d'impédance est un concept fondamental pour les radioamateurs, essentiel pour optimiser les performances des systèmes de communication. Voici un aperçu de l'impédance et de son adaptation dans les systèmes radio.

L’impédance et son adaptation :

• Le besoin d'adaptation :
  Tous les systèmes radio (émetteur, ligne de transmission, antenne) possèdent une impédance complexe, combinant résistance et réactance (inductive ou capacitive), s'opposant au passage du courant RF. L'impédance typique des émetteurs modernes est de 50 ohms. Lorsqu'une inadéquation d'impédance se produit, une partie de l'énergie RF est réfléchie vers l'émetteur, réduisant ainsi le rendement global du système et pouvant à terme provoquer des dysfonctionnements ou des dommages.
• Les transformateurs d'impédance :
  Ces dispositifs assurent l'ajustement d'impédance entre deux points d'un système radio afin d'optimiser le transfert énergétique. Les rapports courants sont principalement : 1:1, 9:1 et 49:1.
• Différents rapports pour différentes applications :
  1:1 (Balun) : ne modifie pas l'impédance, mais permet une transition équilibrée/déséquilibrée (balanced/unbalanced), typiquement utilisé pour connecter une ligne coaxiale à une antenne dipôle tout en éliminant les courants de mode commun.
  Si vous ne disposez pas de tore ferrite, il existe aussi une variante simple : enroulez directement votre câble coaxial en bobine (5 à 10 spires serrées d'environ 10-15 cm de diamètre selon la fréquence). Cette méthode crée un effet d’inductance qui empêche les courants parasites de circuler sur la gaine du coaxial.
  9:1 (Unun) : destiné aux antennes ayant une impédance élevée (environ 450 ohms, typiquement entre 400 et 600 ohms), comme les antennes long-fil ou filaires aléatoires.

49:1 : Utilisé pour les antennes ayant une impédance d’environ 49 fois 50 ohms (2450 ohms) comme l’antenne filaire demi-onde alimentée à l’extrémité (EFHW).

Baluns vs Ununs :

Balun (Balanced to Unbalanced) :

Avec un dipôle, si vous n'utilisez pas de balun 1:1, votre câble coaxial risque de devenir une partie intégrante de votre antenne, générant des courants indésirables de mode commun. (Source : « 1:1, 9:1, 49:1 Matching Units »)

Les baluns doivent idéalement être placés aussi près que possible du point de transition entre le système symétrique et asymétrique. (Source : « Choosing the correct balun », disponible sur Palomar Engineers)

Unun (Unbalanced to Unbalanced) :

Un unun réalise uniquement une transformation d'impédance entre deux points asymétriques. Il ne modifie pas la nature asymétrique du signal. On l'utilise typiquement avec des antennes filaires telles que les antennes demi-onde alimentées en extrémité (End Fed Half Wave – EFHW) ou les antennes « long-fil », qui présentent souvent une impédance élevée et asymétrique.

Le courant de mode commun :

• Problématique :
  Le courant de mode commun apparaît lorsque le courant RF circule sur la face externe du blindage du câble coaxial, au lieu de rester confiné à l'intérieur de celui-ci. Ce phénomène a pour conséquence de transformer involontairement la ligne coaxiale en antenne rayonnante, altérant ainsi le diagramme de rayonnement prévu initialement et générant des perturbations indésirables telles que des interférences radioélectriques (RFI) et du bruit dans la station.
• Solutions recommandées :
  L'utilisation de dispositifs tels que les baluns ou ununs, particulièrement les étrangleurs de mode commun (common mode chokes), permet de limiter voire supprimer ces courants parasites. Les baluns 1:1 jouent notamment le rôle de self d'arrêt, empêchant efficacement la circulation du courant de mode commun.

La construction des transformateurs d’impédance :

Matériaux utilisés :
Ces composants sont généralement fabriqués à partir de noyaux de ferrite, de fils émaillés isolés et, dans certains cas, de condensateurs céramiques.

Noyaux de ferrite :
Les noyaux sont disponibles principalement sous forme toroïdale (par exemple FT240-43, FT140-43) ou de tiges (barres). Le choix du noyau est crucial, car sa perméabilité et sa taille déterminent directement l'efficacité du transformateur. Une perméabilité élevée est adaptée aux fréquences basses (bandes HF basses), tandis qu'une perméabilité plus faible convient mieux aux fréquences plus élevées.

Méthode de bobinage :
Les fils émaillés sont bobinés autour du noyau avec un nombre précis de tours selon le rapport d'impédance désiré. Le type de bobinage choisi (simple, bifilaire, trifilaire) influe directement sur les performances en matière d'efficacité et de bande passante.

Les transformateurs toroïdaux offrent l'avantage d'un chemin magnétique fermé, améliorant significativement la réponse en haute fréquence comparativement aux configurations utilisant des noyaux en forme de tige. (Source : Noble Publishing, 2001, Transmission Line Transformers)

Condensateurs complémentaires :
L'intégration éventuelle de condensateurs céramiques permet d'élargir la bande passante, particulièrement dans les portions hautes du spectre HF, assurant ainsi une performance optimisée sur une plage de fréquences plus étendue.

Types d’Antennes et choix du Balun/Unun :

• Dipôle : Un balun 1:1 est recommandé, car le dipôle est une antenne naturellement équilibrée. Le balun empêche le câble coaxial (asymétrique) de rayonner et améliore l'efficacité globale du système.
• Antenne demi-onde alimentée à l’extrémité (EFHW) : Cette antenne requiert généralement un transformateur d'impédance unun 49:1 ou parfois 9:1 pour adapter son impédance élevée à celle standard de 50 ohms.
• Antenne long-fil : Alimentée à une extrémité, cette antenne nécessite également un transformateur unun pour une adaptation efficace d'impédance.
• Antenne Windom : Il s'agit d'un dipôle alimenté asymétriquement, nécessitant un balun 4:1 pour assurer une adaptation adéquate et une distribution équilibrée du courant.
• Antenne verticale 1/4 onde : Une self d'arrêt 1:1 (choke) est recommandée pour minimiser le courant circulant sur le blindage du câble coaxial.
• Antennes en boucle (loop) : Ces antennes peuvent utiliser un balun 4:1 lorsqu'elles opèrent près de leur fréquence de résonance ou un balun 1:1 si elles fonctionnent loin de leur fréquence de résonance.

L’Importance du test et de l’analyse du transformateur d’impédance

Mesure du ROS et impédance :
Un analyseur d’antenne (tel qu'un NanoVNA) constitue un outil essentiel pour mesurer précisément l’impédance et le Rapport d'Ondes Stationnaires (ROS). Un ROS idéal se rapproche de 1:1, indiquant une adaptation optimale.

Tests préliminaires :
Avant la mise en service, les transformateurs d’impédance doivent être testés en utilisant des résistances fixes simulant l’impédance réelle des antennes concernées : par exemple, une résistance de 450 ohms pour un unun 9:1 et environ 2450 ohms pour un unun 49:1.

Élargissement de la bande passante :
Pour les ununs 49:1, l’ajout stratégique de condensateurs permet d’accroître la bande passante utile, particulièrement en hautes fréquences HF.

Tests en conditions réelles :
Ces tests pratiques et opérationnels seront abordés plus bas.

La fabrication

L'utilisation de matériaux de qualité (fil, isolation, noyaux de ferrite) est essentielle pour des performances optimales. Par exemple, les baluns et ununs avec une isolation en Téflon sont supérieurs aux modèles utilisant l'isolation de type émail.

Balun 9:1

Matériel nécessaire pour le projet DIY :

1. Fil de cuivre émaillé 1,25 mm
   Ce type de fil est disponible dans de nombreux magasins physiques ou en ligne.
2. Noyaux de ferrite FT240-43
   Vous pouvez en trouver chez divers fournisseurs, par exemple ici : [LIEN].
3. Boulon en inox
   Utilisé pour le raccordement de l’antenne, accompagné des éléments suivants :
   • Écrous.
   • Rondelles classiques et frein.
   • Éventuellement, des vis à oreilles pour un ajustement rapide. Complétez avec un crochet à œil pour soulager la tension du fil d’antenne.
4. Prise encastrée PL SO-239 (4 trous)
   Ce connecteur femelle est essentiel. Vous pouvez en acheter ici : [LIEN]. Fournissez-vous également en vis, écrous et rondelles de blocage.
5. Boîtier étanche
   Idéal pour protéger vos composants. Un modèle adapté est disponible sur AliExpress : [LIEN].
6. Colliers de serrage
   Indispensables pour sécuriser le tore.
7. Résistances pour tests
   • Résistance de 450 ohms pour un rapport 9:1.
   • Résistance de 2 450 à 3 200 ohms pour un rapport 49:1.

Astuce pour simplifier votre DIY :

Si vous préférez éviter les incertitudes liées à la fabrication, sachez qu’une société française propose des UnUn et Balun à un prix abordable. Vous pouvez consulter leur offre ici : [LIEN].

UnUn 49:1

Autour du tore, bobiner 7 tours bifilaires, puis ajouter 2 tours supplémentaires pour la liaison à la terre.
Les mêmes matériaux sont utilisés, plus un condensateur de 100 pF 15kVDC.

Il existe de nombreux sites et vidéos en ligne proposant des guides détaillés pour la fabrication d'un balun ou d'un UnUn. Il me semble donc superflu d'ajouter une nouvelle construction à la liste.

Je vous donne deux liens pour la construction, exemple [LIEN] et sur notre site https://on5vl.org/antenne-long-fil-unun-91/

Tableau

Ce tableau synthétique permet d’appréhender en un coup d’œil les résultats des différents transformateurs, ainsi que leurs performances selon le type d’antenne et la configuration utilisée.

Les tests du balun et de l’UnUn

Balun 9:1

J'ai inséré une résistance de 450 ohms (que j'ai pu me procurer) entre la borne de terre et celle de l'antenne. Les mesures de performance sont effectuées à la sortie du transformateur, côté impédance de 50 ohms.

Résultats

Résumé des performances :

• VSWR minimal : 1.029 à 15.8 MHz, indiquant un excellent point d’adaptation.
• Perte de retour maximale (return loss) : -36.828 dB, confirmant que l’adaptation est excellente.
• S21 Gain : L’amplitude maximale est de 98.386 dB à 22.75 MHz, ce qui suggère un dispositif avec peu de pertes.

R : Ces mesures montrent une excellente adaptation d’impédance et un très faible ROS, particulièrement remarquable à 3,610 MHz, indiquant un transformateur d’impédance très efficace dans les bandes de fréquences testées. Les performances restent très bonnes aux fréquences supérieures (22 MHz environ), témoignant ainsi de la qualité et de la bonne conception du dispositif testé.

UnUn 49:1

Sachant que l’impédance typique d’une antenne EFHW est généralement comprise entre 2450 Ω et 3200 Ω, j'ai inséré une résistance de 2500 ohms à ma disponibilité, entre la borne de terre et celle de l'antenne. Les mesures de performance sont effectuées à la sortie du transformateur, côté impédance de 50 ohms.
Je l'ai principalement testé pour la bande des 80 m.

Résumé des performances

R : Dans les basses fréquences (1-10 MHz), ce balun présente une très bonne adaptation avec une impédance proche de 50 Ω et une faible réactance. Cela le rend optimal pour une utilisation sur les bandes 80 m et 40 m.
Dans les hautes fréquences (10-30 MHz), l’adaptation reste correcte mais montre des signes de dégradation, notamment sur certaines bandes comme le 20 m (14 MHz). La réactance devient majoritairement capacitive et l’impédance s’éloigne de la valeur idéale de 50 Ω. Les pertes en gain S21 demeurent toutefois acceptables dans l’ensemble de la plage mesurée.
Je pense que ce balun est parfaitement adapté aussi pour les bandes basses visée (80 m), offrant des performances satisfaisantes.

Place aux tests

Voici ma configuration

Mon objectif principal est d’obtenir une antenne efficace pour la bande des 80 mètres. Cependant, je suis conscient qu’elle n’est pas configurée comme une antenne DX, en raison de sa hauteur limitée : environ 9 mètres verticalement, avec une configuration en slopper se terminant à 4 mètres du sol. J'ai aussi ajouté un balun 1:1 comme une self d’arrêt pour le courant de mode commun.
Pour l’instant, je me suis limité à tester mon End-Fed en utilisant un UnUn de 49:1.
J’ai donc procédé à son ajustement précis pour la bande des 80 mètres afin d’obtenir un ROS optimal, proche de 1:1. Pour ce réglage, j’ai utilisé un NanoVNA.
Voici néanmoins un aperçu complet de l’état de la bande, allant de 10 kHz à 30 MHz. (Je m’excuse par avance pour la qualité des photos suivantes.)

J'ai débuté avec une longueur de 31 mètres horizontalement et recoupé progressivement pour avoir un ROS le plus proche de 1:1.
La longueur finale horizontale est d'environ 21 mètres après ajustement. Voici les photos (cliquer pour agrandir).

Voici une extrapolation du ROS de mon antenne End-Fed pour 80 m.

Analyse complémentaire :

• Meilleure adaptation : Fréquences situées autour de 3,600 MHz, très proche du point d'ajustement idéal de l'antenne (point optimal estimé à environ 3,600 MHz).
• Dégradation progressive du ROS : en montant vers la fin de bande (3,800 MHz), une augmentation progressive du ROS apparaît nettement, confirmant l'intérêt d’un tuner d’antenne dans cette partie supérieure de la bande 80 m.
• Exploitable sur toute la bande 80 m.

Test sur l’air

Vous trouverez ci-dessous un extrait de mon carnet de trafic en mode FT8, destiné à fournir des rapports précis..

Analyse des performances du log (FT8 - bande 80 m) :

• Distance maximale atteinte : environ 1570 km (Roumanie), indiquant une bonne efficacité en propagation sur la bande des 80 mètres.
• Distances typiques constatées : comprises principalement entre 184 km (Pays-Bas) et 1570 km, avec plusieurs contacts réguliers au-delà de 1000 km (Angleterre, Italie, Lituanie, Espagne), démontrant un rayonnement stable et efficace à l'échelle européenne.
• Rapports de signal (FT8) :
  • Signaux reçus généralement entre -14 dB et +07 dB, témoignant d’une réception correcte voire très bonne selon les conditions.
  • Signaux envoyés variant entre -10 dB et +07 dB, ce qui indique un rayonnement stable et efficace.

Conclusions générales :

L'antenne End-Fed semble fonctionner efficacement sur la bande des 80 mètres, permettant des contacts réguliers à moyenne et longue distance en Europe, avec des rapports signal/bruit satisfaisants. Ces résultats confirment une bonne performance opérationnelle du dispositif utilisé dans ces conditions spécifiques.

Je pense que le but est atteint. Concernant maintenant le ROS, 1.7:1 en début de nande et 2.7:1, en fin de bande, c'est tout à fait appréciable et peut facilement être rattrapé par un tuner d'antenne.

Citations Clés

• « Un transformateur 1:1 […] est un bon moyen de se débarrasser de certains courants de mode commun et c’est un bon moyen de créer un point central pour un dipôle. » (source : « 1:1, 9:1, 49:1 Matching Units ») https://vk3il.net/projects-antenna/efhw-matching-unit/
• « L’objectif du transformateur d’impédance est d’adapter l’impédance de 50 ohms du câble d’alimentation (câble coaxial) à l’impédance potentielle de 3 000 à 4 000 ohms attendue d’un fil rayonnant d’antennes demi-onde alimentées à l’extrémité. » (source : « DIY 49:1 Unun Impedance Transformer ») https://www.aa5tb.com/efha.html
• « Le courant de mode commun provoque la quasi-totalité du rayonnement de la ligne d’alimentation et des problèmes de RF dans la shack. » (« choosing the correct balun.pdf »)
• « La longueur de la ligne d'alimentation est essentielle pour la performance de l'antenne. » ("choosing the correct balun.pdf")

Documentation

Vignette : une synthèse visuelle sous forme de nuage de mots représentant les concepts techniques essentiels abordés dans ce document.