Bonsoir à toutes et à tous !
Voici venu le moment de présenter les résultats d'un test qui m'intéressait particulièrement:
"On" sait que les baluns sont fréquemment réalisés avec une ligne de transmission (LT), ( pouvant être un coax.), enroulée autour d'un matériau ferro-magnétique. Ce faisant on réalise 2 RF Chokes essentielles au fonctionnement du balun. Ces RF Chokes (en bon françoué Selfs de Choc, voire même Bobines d'arrêt, cf PJ de source radio-tsf.org avec la célèbre National R100...). Aujourd'hui ces RF Chokes sont omniprésentes dans les équipements tout particulièrement pour le filtrage EMI (voir les épais catalogues de TDK, Murata, etc.).
Ces RF Chokes sont un simple bobinage enroulé autour d'une ferrite aux propriétés particulières qui leur confère un comportement assez curieux et pas intuitif du tout: elle ne sont pas qu'une simple self mais aussi une
résistance dépendant de la fréquence: cette résistance est souvent de l'ordre de qq 100-aines d'Ω, pouvant dépasser le KΩ à 100 MHz
(! je parle bien de résistance dépendant de la fréquence, pas de réactance de la self elle même !).
Par quelle "black magic" cela peut il se produire ? En fait, on a l'habitude de considérer la perméabilité relative μ
R comme une grandeur
scalaire, ce qui n'est pas toujours vrai: dans le cas des ferrites utilisées pour les RF Chokes,
μR est un vecteur et c'est sa composante imaginaire (et négative), qui, dans le calcul de l'impédance jLω, fournira un terme résistif R(ω) positif. (Je sais... c'est pas très "physique"comme explication mais c'est ainsi: ceux qui voudraient en savoir plus pourront regarder sur YT la très bonne vidéo en anglais d'un universitaire israélien:
https://www.youtube.com/watch?v=F-wSu162tCo).
Un enroulement de RF Choke présente ainsi une impédance
R(ω)+jLω élevée aux hautes fréquences (celles pour lesquelles elles sont spécifiées), et quasiment pas de résistance/impédance aux basses fréquences et en CC. Ce sont ces caractéristiques d'un enroulement de la LT d'un balun que je souhaite mesurer puisque c'est cette caractéristique qui va permettre d'"isoler" l'entrée et la sortie d'un balun et de lui conférer ses propriétés.
Pour cela, j'ai donc ajouté une 3° embase SMA (cf photo jointe) qui me donne accès direct à un enroulement du balun, accès sur lequel je vais réaliser une mesure du S
11.
Auparavant un petit mot sur la représentation choisie: on a l'habitude de représenter le dipôle d'un RF Choke par un dipôle série, j'ai préféré le faire avec la self en // car les mesures sont ainsi plus parlantes (en particulier sur la valeur de la self)
Voici donc les mesures réalisées: PJ "Balun TDK 75R (Single winding S11 analysis) 1MHz to 500 MHz".
Première remarque: la self de l'enroulement
résonne joliment vers 280 MHz !
Rien de bien grave, c'est dû au set up et au mode de représentation en self // (ce phénomène est quasi invisible en mode self série, par contre sa valeur est plus aléatoire) et comme les mesures qui m'intéressent sont en bas de la plage de fréquences, on pourra totalement ignorer la moitié haute du balayage.
Oui, ce qui m'intéresse c'est de savoir quelle est la valeur de la self de l'enroulement et son comportement en RF Choke, rien de plus...
La self // mesurée ( pour des fréquences < 200 Mhz) est de l'ordre d'
1 µH, bien ! Voilà déjà une donnée intéressante ! D'autant plus que si l'on calcule avec cette valeur d'1µH, la capacité qui la fait résonner vers 280 MHz, on obtient
0.3 pF, valeur de capacité parasite du set up tout à fait plausible.
Ensuite, en synthèse, on peut constater que jusqu'à environ 200 MHz la partie résistive domine la réactance.
Je m'arrêterai simplement sur quelques points de mesures:
- à 50 MHz, fréquence minimale spécifiée: R(ω) vaut ~125Ω pour un module d'impédance total de ~250Ω, soit la moitié
- à 26 MHz, fréquence de la RefClock de PapyBlue, R(ω) vaut ~50Ω pour un module d'impédance total de ~150Ω, soit le tiers: ça me paraît encore acceptable pour un système "sous 50Ω"
- à 10 MHz, R(ω) vaut ~10Ω pour un module d'impédance total de ~65Ω, là , je pense qu'on n'est plus dans les clous... l'effet RF Choke "s'évanouit", l'isolation In/Out du balun me paraît bien trop faible .
Voilà donc ce que je voulais savoir. Ça c'est fait !, étape suivante: regarder une horloge 25 MHz sur scope (500 MHz / 50Ω) en sortie du balun (pour mon dimanche).
Ensuite, regarder le mode transfo 1:1.
(*) [
(*)commentaire ajouté ce matin: Je vais donc supposer que
l'inductance de magnétisation du transfo est de 1µH, et, avant de démonter le balun pour le placer orthogonalement au PCB, mesurer
l'inductance de fuite, afin d'obtenir par calcul la valeur du
coefficient de couplage entre enroulements en mode transfo 1/1. J'avoue que, à priori, je ne suis finalement pas très confiant dans ce mode de fonctionnement, à cause justement de cette résistance R(ω) qui apparaîtra tant au primaire qu'au secondaire... mais l'expérience mérite d'être réalisée.]
Bonne lecture et bonne nuit !
Yffig