Les barrières d'ondes de gaine et la clé d'un fonctionnement radio sans interférences

Quand votre câble d'antenne devient un danger invisible

Vous avez des fourmis dans les doigts lorsque vous utilisez la station ? Le microphone vous brûle-t-il les lèvres ? Le rapport d'ondes stationnaires change-t-il lorsque vous touchez la masse de la station et avec la longueur du câble ? Causez-vous des interférences chez vous et dans le voisinage ? Votre partenaire QSO vous dit-il : « Il y a de la HF sur la modulation » ? Dans ce cas, les ondes de gaine sur le câble d'antenne en sont la cause. Votre antenne n'est pas la seule à rayonner, le câble coaxial aussi !

Si l'antenne est déréglée

Si une antenne symétrique est alimentée directement par un câble coaxial (asymétrique) au point d'alimentation sans élément de symétrisation, des problèmes d'ondes de gaine peuvent survenir en fonction de la longueur de la ligne d'alimentation, ainsi que du tracé et de la disposition par rapport à l'émetteur. C'est la raison pour laquelle il est toujours recommandé d'utiliser une ligne d'alimentation perpendiculaire à l'émetteur et dirigée vers le bas ! Sinon, un tracé très différent peut provoquer un couplage de haute fréquence sur la gaine de blindage du câble coaxial. Les dimensions combinées de l'émetteur et du câble d'alimentation peuvent également entraîner, de manière purement fortuite, une résonance de l'ensemble du système à la fréquence de travail. Dans tous ces cas, le câble coaxial et sa gaine de blindage deviennent une partie de l'antenne et la masse de la station est donc également soumise à la HF.

filtre de gaine
filtre de gaine

Sans interférences avec le système - sur la piste des vraies causes

Lorsque ces problèmes surviennent, on a généralement recours aujourd'hui à un filtre de gaine (ou filtre de mode commun) . Grâce à lui, les symptômes gênants peuvent généralement être éliminés de manière fiable et efficace. Il convient toutefois de s'interroger sur les causes réelles de ces perturbations. Pour cela, on peut d'abord essayer de modifier la longueur du câble coaxial d'alimentation.

La longueur de câble parfaite comme solution

Les longueurs électriques λ/4 (longueur réelle multipliée par le facteur de raccourcissement) et leurs résonances ainsi que les multiples impairs de celles-ci sont à éviter. Elles agravent le problème des ondes de gaine. Une longueur de câble électrique idéale de λ/2 (ou de multiples de λ/2) x facteur de raccourcissement (v = 0,66) permet souvent d'y remédier. Cette longueur de câble électrique transmet au moins les rapports du point d'alimentation de l'antenne dans un rapport 1:1 à l'extrémité inférieure du câble. Contrairement à une longueur de λ/4 et à ses multiples impairs, le câble ne modifie pas les rapports à l'extrémité inférieure du câble d'alimentation.

filtre de gaine

L'effet insuffisant des approches antérieures

Lorsque l'offre importante de matériaux en ferrite polyvalents n'existait pas encore, il était recommandé d'utiliser une « bobine de câble » composée de plusieurs spires du câble coaxial d'alimentation, juste avant le point d'alimentation. En raison de sa faible inductance de blocage, son effet n'était que marginal et tout au plus perceptible sur les bandes HF supérieures. La self d'alimentation selon W1JR, avec un nombre relativement faible de spires du câble coaxial sur un noyau annulaire en ferrite, ne répond pas non plus aux attentes sur les bandes d'ondes courtes inférieures, pour la même raison.

BALUN de courant au lieu de BALUN de tension

Un BALUN de tension traditionnel ne fait que symétriser les tensions et n'est pas utilisable en matière d'ondes de gaine. Seule l'utilisation d'un BALUN de courant 1:1 permet de minimiser d'emblée le risque d'ondes de gaine. La véritable symétrisation (du courant) au point d'alimentation est la première condition pour que les ondes de gaine ne puissent pas apparaître. Ce n'est qu'ensuite que l'on devrait envisager l'insertion d'un filtre à ondes de gaine.

L'évolution du filtre à ondes de gaine

Au début, les barrières d'ondes de gaine étaient constituées de noyaux annulaires en ferrite à haute perméabilité enfilés à une extrémité du câble coaxial, de manière très serrée. Actuellement, les fabricants ont opté pour des tubes en ferrite et, en raison de la chaleur attendue, pour des câbles en téflon. Les extrémités sont équipées de connecteurs SO-239 pour l'insertion dans le câble d'alimentation. Le tout est fixé et maintenu ensemble par une gaine thermorétractable. Le matériau en ferrite de ces filtre a une perméabilité si élevée que même dans la bande des 160 m, une atténuation de blocage suffisante est garantie. Un filtre de gaine empêche également les résonances indésirables de la ligne d'alimentation ou de l'ensemble du système d'antenne composé de l'émetteur et de la ligne d'alimentation.

filtre de gaine

Un filtre de gaine fonctionne comme un absorbeur, dans lequel la part de puissance qui revient à l'onde porteuse est « brûlée » dans le matériau ferrite. Cette partie de la puissance d'émission est donc perdue pour le rayonnement. Dans le cas idéal, le filtre reste froid ou ne s'échauffe que très peu et seulement après une longue durée de fonctionnement. Si la part d'ondes de gaine est très élevée, un échauffement extrême et rapide peut se produire. C'est l'indice que quelque chose ne va pas du tout. Dans ce cas, il est préférable de chercher la cause exacte plutôt que de s'attaquer aux symptômes.

En haut ou en bas - Où le blocage agit-il le mieux ?

En haut, au point d'alimentation, ou en bas, à la sortie de l'émetteur-récepteur ou du tuner d'antenne ? Bien sûr, en haut, au point d'alimentation. Après tout, nous voulons justement que la ligne d'alimentation soit exempte d'ondes de gaine. Si nous insérons le filtre en bas de la station, il a certes aussi un effet à première vue. Mais à part une masse de station sans HF, nous n'avons rien gagné. En effet, les ondes de gaine sont toujours présentes sur la ligne d'alimentation. Néanmoins, certains OM ajoutent un deuxième filtre à l'extrémité inférieure, côté station, et en restent là. D'ailleurs, lorsqu'un câble coaxial est enterré sur le trajet menant au point d'alimentation de l'antenne, l'atténuation extérieure du blindage est voulue et tout à fait utile. Il empêche à la fois la formation d'ondes de gaine et le rayonnement d'interférences !

Le filtre de gaine et ses multiples possibilités d'application

Oui, au-delà de la suppression des ondes de gaine, il existe d'autres exemples d'applications efficaces dans lesquelles un filtre de gaine peut faire un « bon travail ».

Antennes Endfed comme particularité

Il n'y a pas que sur les antennes filaires à alimentation strictement symétrique comme les dipôles et autres que l'on peut faire quelque chose avec un filtre de gaine. Le problème des ondes de gaine se pose également de manière accrue pour les antennes endfed très populaires. Ces radiateurs demi-onde (et leurs multiples harmoniques) se considèrent certes comme des « dipôles à alimentation finale », mais, comme l'antenne classique Fuchs, ce sont aussi des antennes long fil à alimentation finale de longueur définie. Pour l'une, tout fonctionne sans filtre de gaine, parce que la longueur du câble d'alimentation et les conditions de terre correspondent. Pour l'autre, il faut au moins une « queue de cochon » (radian court) en haut de la connexion de masse du transformateur toroïdal. Enfin, le troisième a besoin d'au moins un filtre de gaine en haut, inséré dans le câble coaxial à une certaine distance de l'unité de transmission, pour que l'antenne fonctionne sans ondes de gaine. D'autres font même état d'un deuxième filtre de gaine à l'extrémité inférieure du câble. De ce point de vue, les antennes endfed, en particulier, offrent un vaste champ d'action pour les essais avec des filtres de gaine.

filtre de gaine
filtre de gaine

Si des tuners d'antenne asymétriques sont alimentés en HF

Le cas suivant, au-delà de la problématique des ondes de gaine, est un peu différent. Ainsi, avec un filtre de gaine, un tuner d'antenne asymétrique peut être « surélevé » en termes de HF, en reliant directement l'émetteur-récepteur et le tuner d'antenne à un filtre de gaine. La ligne bifilaire vers l'antenne doit alors être connectée avec « une jambe » à la sortie unipolaire du tuner et avec l'autre conducteur à l'ancienne masse. La masse du tuner, symétrisée par le filtre de gaine, conduit maintenant toute la HF. Sauf peut-être en mode QRP, cela pose un problème lors de l'utilisation du coupleur d'antenne ! Pour éviter tout contact avec la haute tension, il faudrait isoler le coupleur d'antenne ou le modifier ultérieurement. En principe, cela est aussi possible avec un tuner automatique asymétrique. Mais dans ce cas, la ligne d'alimentation et une éventuelle ligne de commande devraient également être intégrées dans le filtre de gaine.

FIltre de gaine dans la lutte contre QRM

Là où les perturbations, le QRM local, parviennent au récepteur via la gaine extérieure du câble, de nombreux OM font état d'un niveau de perturbation nettement réduit lorsqu'un filtre de gaine est inséré avant l'entrée de l'émetteur-récepteur ou du récepteur.

filtre de gaine

Le filtre de gaine parfait - formes de construction et possibilités d'utilisation

Lorsque vous parcourez notre catégorie, veuillez noter que les filtre sont appelés « choke-baluns » dans les pays anglophones. Tous les filtres de gaine ont une impédance de 50 Ω à l'entrée et à la sortie, c'est-à-dire quasiment un rapport de transmission de 1:1. Dans ce type de construction, ils ont une très large bande passante et conviennent à l'ensemble de la gamme des ondes courtes.

Vous trouverez chez nous deux formes de construction différentes, toutes de notre propre fabrication : en forme de pot, scellées pour résister aux intempéries, ou en forme étirée, avec des tubes en ferrite sur un câble coaxial, chacune avec des raccordements bilatéraux à la norme PL259/SO-239. La première forme de construction est de préférence destinée à être insérée directement à la base des antennes. La version « câble » étirée est principalement conçue pour être utilisée à l'intérieur de la station. Si elle est montée à l'abri des intempéries, elle peut également être utilisée à l'extérieur. C'est de toute façon à cet endroit qu'elle est la mieux placée pour une suppression efficace des ondes de gaine.

Sans essais, rien n'est possible

Le filtre de gaine élimine tout d'abord les symptômes, mais pas toujours les causes. Parfois, le problème d'ondes de gaine, par exemple en mode portable, n'est que temporaire. Avec l'aide d'un filtre de gaine, on peut d'abord émettre sans problème en mode portable. Néanmoins, pour les installations à long terme, la recherche des causes et de leur élimination devrait se poursuivre - sans essais personnels, ce ne serait pas du radioamateurisme !

Novembre 2024, Alfred Klüß, DF2BC

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