les coupleurs et les bobines commutées

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Commentaires autour d’un forum : les coupleurs et les bobines commutées (par ON5HQ)
En « parcourant le net », mon attention fut attirée par un forum qui traitait de l’antenne cadre, et un
passage de cette discussion portait sur les pertes dans les spires commutées.
La plupart des coupleurs d’antennes comportent une telle bobine, et il m’a semblé intéressant d’en
reparler encore une foi (hé oui), car on en parle toujours beaucoup sur l’air de ces fameuses pertes dans les
coupleurs (avec bobines commutées, mais cela n’est pas dis !!). Mais d’ou viennent t’elle principalement ? et y
a t’il moyen de les éviter ?
En lisant la plupart des questions et réponses, j’ai cru que les lois de la physique avaient changé et c’est
ce qui m’a invité vous présenter quelques passages commentés et à faire part de mes remarques.
Si un jour vous avez l’occasion de mesurer les pertes dans votre coupleur, vous serez fort probablement
surpris de leurs importance. Cela n’est pas en contradiction avec ce qui à déjà été tenu comme propos dans ces
lignes, à savoir que les pertes dans un coupleur bien construit restent très modérées.
F5RPQ écrivait dans le REF de Décembre 1995 un article intitulé « Boîtes de couplages », ou il traitait du
problème des pertes dans le coupleur, et du balun souvent associé au coupleur, et disait ceci :
« le schéma d’une boite de couplage ne comporte que des selfs et des condensateurs. Elle ne doit donc
pas dissiper de puissance . La vérification est facile : un fonctionnement de quelques minutes à bonne puissance
doit la laisser parfaitement froide ; Dans le cas contraire, il faut chercher le défaut : cela peut être un élément de
mauvaise qualité ou un défaut de conception » ;
et cela, malgré des courants dans la bobine pouvant être plus important que ceux dans l’antenne.
En effet, une bobine et un condensateur traversés par un courant alternatif (la HF en est un) ne
consomme pas d’énergie, la puissance est nulle, mise à part celle qui apparaît en tant que perte dans les
conducteurs (R · I
2
) et les diélectriques.
Il est vrai que dans un conducteur parcouru par un courant HF, les pertes par rapport à la BF sont
nettement plus importantes, mais cela est valable tant pour les fils de l’antenne, de la ligne d’alimentation et la
bobine du coupleur. Toutefois, dans une inductance, le courant ne se distribue pas de façon uniforme à la
périphérie des conducteurs et les pertes en sont augmentées, mais la longueur de fils est très réduite par rapport
à ceux de l’antenne et des fils de la ligne d’alimentation. Non seulement, la théorie le montre et la pratique le
vérifie.
F5RPQ entre autre à effectué des mesures sur des coupleurs commerciaux et à bien constaté des pertes,
mais aussi des anomalies comme : un balun ou un capot qui chauffe (oui, vous avez bien lu, un capot
transformé en taque de cuisinière électrique !!!) à cause de la trop grande proximité de ce capot avec la bobine.
Toute cette puissance perdue n’est évidement pas envoyée à l’antenne et ce phénomène à déjà été cité et
expliqué dans l’article intitulé « a propos des coupleurs » disponible sur le site du BTS ou sur le mien.
Je vais passer quelques extraits significatifs de ce forum (textes en italique), sans donner le nom des
intervenants, et seront suivis d’un commentaire.
Réflexion d’un participant au forum ;
1) « Il est quand même précisé dans plein de bouquins qu'il ne faut pas laisser des enroulements "en
l'air" qui font de l'absorption... Certains auteurs préconisent même de court-circuiter les enroulements
inutilisés » !
La, je me demande qui fait le plus d’absorption ; une masse métallique ou une spire court-circuitée à
proximité comme cité ci dessus, ou une masse de fils non en court-circuit ??.
Il est nécessaire de connaître la raison de cette disposition (spires en court circuit), car toute les
conséquences sont rarement examinées, mais nous pourrons tirer les conclusions à ce sujet !!!
Une réponse ;
2) « Je ne suis pas 100% d'accord avec cela. Je ne me souviens pas avoir vu ce genre de CC en
réception car à mon avis la partie non utilisée, laissée en l'air, ne change quasi rien en matière d'absorption.
Mais je peux me tromper. Si des fois certains ont de références, je suis avide de les lire.
A mon sens on ne trouve ce court-circuit qu'en émission. La raison est que si on travaille dans les
gammes OC hautes avec une self prévue pour les bandes basses, on n'utilise qu'une petite partie de la self. Une

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grande partie de la self est donc en l'air et la partie utilisée agit comme un auto-transfo. Ceci induit de très
hautes tensions dans les cas extrêmes, et donc des arcs à la masse sont possibles pour les montages compacts.
Court-circuiter résout le problème de l'arc mais en induit un autre: la partie inutilisée de la self n'est
que le secondaire d'un transfo en CC. Ceci diminue le facteur Q du système en bouffant de l'énergie.»
Voilà une réponse correcte, et j’ajouterais même que, contrairement à ce qui à été dis précédemment, les
spires non utilisées peuvent rester « en l’air ». Les conséquences de cette disposition sont, comme expliqué
dans cette réponse, la présence de haute tension induite dans la partie non utilisée qui peut être très importante
et qui, avec la furie de construire de plus en plus compact, peut poser des problèmes d’isolation entre bobine et
masse et dans le commutateur. Dans certains coupleurs ou les condensateurs sont parfois transformés en lampe
à arc !!, et dans d’autres coupleurs ou la bobine vient pratiquement à raz de capot, il y a aussi risque de
claquage à l’extrémité libre de la bobine et le capot de la boite de couplage, et donc, dans ce cas, il est bien
évident que un court-circuitage des spires non utilisées est une solution, mais qui engendre des pertes comme
nous le verrons plus loin. De plus, il semble d’après certain auteurs, que les spires laissées en l’air seraient le
siège de pertes ; mais ou ??? La seule possibilité et perte proviendrait de la présence de courants de foucault
dans les conducteurs, comme dans tous les conducteurs composant cette bobine, mais pour cette partie de
bobine, ils se manifeste surtout dans le fil près des spires actives, et les quelques pertes sont sans rapport avec
celles causées par le courant de court circuit dans les spires inutilisées et en court circuit et même par celles
causées par les courant de foucault dans les conducteurs actifs de la bobine.
Une autre réponse :
3) « Les spires court-circuitées ne provoquent théoriquement aucune pertes si elles ont une résistance
négligeables, elles diminuent simplement la valeur de la partie utilisée de la self comme le ferait un noyau en
cuivre dans le bobinage. »
Alors la, c’est le comble !! Tout conducteur présente de la résistane, et surtout en HF, et donc, tout
conducteur parcouru par un courant présente des pertes (R · I
2)
, différentes pour le même courant en fonction de
la nature du fil et de sa longueur. L’auteur de ces lignes parle de résistance négligeable !!!, mais il oublie qu’il
se trouve en HF, et que un conducteur voit sa résistance augmenter avec la fréquence. Oui il y a des pertes,
puisque le principe du transformateur avec le secondaire en court-circuit est ici appliqué, et donc, il y a un
courant induit dans les spires en court-circuit qui peut atteindre des valeurs importantes dans certaines situation
(c’est physique, électrique, radioélectrique, …..enfin, comme vous voudrez !!), et la puissance perdue dans ces
spires ne profite pas à l’antenne et il n’existe pas de conducteur sans résistance.
Une question :
4) « Pourquoi les spires en c/c, ne provoquent aucune perte? alors que sur n'importe quelle self , des
spires en c/c provoquent des pertes ; intéressant ça!! enfin, je suppose! »
une réponse :
5) « Les spires en court-circuit, sont parcourues par un courant induit, qui selon la loi de Lenz
s'opposent à la cause qui lui donne naissance, c'est à dire que ce courant induit à tendance à affaiblir le flux
créé par l'inductance initiale, donc diminue sa valeur.
Comme le cuivre à une résistance très faible, il n'y a pratiquement pas d'effet Joule donc les pertes
sont négligeables.
D'ailleurs en VHF (ou les noyaux de ferrite sont inutilisables en raison des pertes dans le fer), on
ajuste les bobines avec des noyaux en cuivre ou en aluminium... et un noyau de cuivre n'est rien d'autre qu'une
grosse spire de cuivre en court-circuit. »
Il faut savoir que en VHF, la conduction des courant est très différente et la formule concernant l’effet
pelliculaire montre que, pour un matériaux non magnétique, aux fréquences élevées, le fil ne sert pratiquement
plus que de guide d’onde pour l’onde électromagnétique . Dans le cas des noyaux métalliques, le phénomène se
produit aussi. Mais pour répondre à la question posée au sujet des pertes dans les spires en court-circuit, il y a
bien des pertes comme le montre la théorie et comme le confirme la pratique par une mesure qui sera décrite
plus loin.

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En HF, la conduction de courant se comporte différemment dans le fil suivant qu’il soit rectiligne ou
côte à côte comme dans une bobine, la distribution du courant dans les conducteurs voisins d’une bobine
provoque un accroissement de la résistance qui est d’autant plus important que les spires sont jointives, et peut
atteindre facilement une valeur deux fois plus importante que pour un fil rectiligne. Cette augmentation de
résistance HF peut être négligée lorsque l’espacement des spires est supérieurs à six fois le diamètre du fil.
Mais soyons clair, dans une boite d’accord, la longueur de fil de la bobine est courte par rapport au reste
de câblage de l’antenne « feeder + fils d’antenne », ou là aussi existe des pertes de conduction.
- Remarque d’un participant au forum :
6) « Par exemple pourquoi recommande-t-on d'éloigner les blindages des bobinages HF ? Parce qu'ils
forment une jolie spire en CC et dégradent le facteur de surtension, non ? Nous aurait-on raconté des salades
et pourrait-on mettre les blindages où on veut ? »
L’effet de spire en court-circuit est en effet une des raisons pour lesquelles il faut éloigner les blindages
des bobinages et c’est physique !!.
Réponse d’un participant :
7) « On trouve ce genre d'assertions dans les vieux ouvrages genre Berché, Raffin, sans jamais
d'explications ou de justification...
On ne sait pas si ces auteurs l'avaient constaté par eux-même, ou s'ils répétaient ce que leur avaient dit
leurs vieux maîtres... »
Et aussi:
« Le blindage à pour effet de diminuer la valeur de l'inductance, mais surtout, quand il s'agit de 2
bobines couplées (transfo MF) il vient perturber les conditions de couplage entre les 2 bobines et mettre par
terre la belle théorie des circuits au couplage critique.
C'est plus pour cela qu'il faut prendre des précautions avec les blindages que pour des histoires de
pertes. Enfin,... c'est ce que je suppose »
Réponse un peu rapide !!: car même si il y a perturbation du au couplage entre bobines, cela n’est pas la
seule raison pour laquelle il faut écarter le blindage des bobines comme vu ci dessus.
Hé bien, puisqu’on en parle, voici ce que dit Paul Berché à ce sujet dans son ouvrage ; Pratique et
Théorie de la TSF par Paul Berché, seizième édition de 1965, pages 409 à 411, et hélas, plus édité depuis de
nombreuses années (plus de repreneur !!)
« 8°) Le blindage des bobines:
Dans de nombreuses circonstances, il est nécessaire de confiner les champs électrostatiques et
électromagnétiques produits par une bobine dans un espace restreint au voisinage de cette bobine. A cette
fin, il faut enfermer aussi parfaitement que possible la bobine dans une sorte de boîtier (blindage) constitué
d'un métal de faible résistivité (cuivre, aluminium) ou encore d'un métal magnétique conducteur (fer).
Un tel boîtier agit comme un blindage électrostatique parce qu'il est conducteur (cage de Faraday). L'effet de
blindage électrostatique n'est que peu influencé par la nature du métal employé et le blindage est
pratiquement parfait si le boîtier dans lequel est enfermé la bobine est hermétique.
Comment s'effectue l'action électromagnétique? Quand un corps conducteur se trouve dans un champ
magnétique alternatif, les courants électriques qui y sont induits auront un sens tel qu'ils tendront à diminuer
l'intensité du champ magnétique alternatif qui passe à travers le conducteur. En conséquence, l'intensité du
champ magnétique dans un espace entouré d'un corps conducteur sera plus petite qu'elle ne le serait si ce
corps n'existait pas. D'où l'effet de blindage électromagnétique.
Il faut distinguer ici le cas d'une bobine parcourue par un courant de basse fréquence et celui d'une bobine
parcourue par un courant de haute fréquence.
Dans le premier cas (transformateur d'alimentation, bobine de filtre, transfo BF) on utilise un boîtier en métal
magnétique dans l'épaisseur duquel des lignes de force se concentrent. Ce boîtier devra être assez épais
pour que le circuit magnétique offert au passage du flux d'un point ,à un autre du boîtier soit de très faible
reluclance donc pour que la force magnétomotrice entre ces deux points soit aussi petite que possible. S'il en

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était autrement, une certaine partie du flux électromagnétique échapperait à l'action du blindage.
Dans le cas d'un flux magnétique à haute fréquence (bobine d'accord transfo HF ou MF, bobine de choc HF
ou MF), le blindage électromagnétique est plus efficace s'il est constitué en métal de haute conductibilité
électrique. Le champ électromagnétique à haute fréquence induit dans le blindage des courants de Foucault
qui s'opposent d'autant mieux au passage des lignes de force qui constituent le flux électromagnétique que la
résistivité est plus faible.
Le blindage est ici d'autant plus efficace que la fréquence est plus élevée et que le métal employé est de
conductibilité plus élevée. Il en résulte qu'aux hautes fréquences, un blindage électromagnétique est plus
efficace lorsqu'il est en cuivre que lorsqu'il est en fer.
Il est très difficile de réaliser un blindage électromagnétique parfait; on y parvient en mettant en œuvre des
blindages concentriques séparés par des couches d'air de un ou deux centimètres. Les contacts entre les
diverses parties d'un blindage doivent être électriquement parfaits afin de présenter aux courants de Foucault
un passage d'aussi faible résistance que possible. On soignera donc particulièrement les couvercles des
blindages et l'on s'assurera qu'ils sont en parfait contact électrique avec le reste du dispositif.
Considérons une bobine de self-induction L et de résistance R (HF) présentant un coefficient de surtension
RL
Q⋅
⋅⋅
⋅ω
ωω
ω
=
==
= . Que deviennent ses caractéristiques lorsqu'on l'enferme dans un blindage?
La capacité propre et la résistance effective de la bobine augmentent. La self-induction L augmente dans le
cas d'un blindage magnétique (fer) et diminue dans celui d'un blindage non magnétique (cuivre, aluminium).
Ces effets sont d'autant plus prononcés que le blindage est plus rapproché de la bobine et que le métal, dont
est constitué le blindage, a une résistivité plus grande et une perméabilité magnétique plus différente de 1
dans un sens ou dans l'autre.
En dimensionnant convenablement le blindage et en le constituant d'un métal aussi bon conducteur que
possible (cuivre de préférence), il est possible de réaliser une bobine blindée dont le coefficient de surtension
n'est guère différent de celui de la bobine non blindée. Ce résultat peut être obtenu en faisant en sorte que la
distance du blindage à la bobine à blinder soit au moins égale au diamètre de la bobine.
En conclusion, on blindera les bobines parcourues par du courant haute fréquence par des boîtiers en cuivre
ou, à la rigueur, en aluminium. Ces boîtiers seront suffisamment larges pour que la distance de leurs parois à
la bobine qu'ils contiennent soit de deux fois le rayon de ladite bobine. Leur épaisseur sera suffisante pour que
les courants de Foucault y circulent facilement. »
Et pour terminer, une remarque d’un des participant à ce forum :
8) « On dirait que le mot "court-circuiter des spires" fait peur. Sûrement parce que l'on pense à un
transfo classique dont le primaire est alimenté sous tension constante. Effectivement dans ce cas particulier
cela pose un problème puisque des courants d'intensité importante en résulte, mais dans d'autre cas (réglage
d'une self HF,...) cela ne pose aucun problème. »
Hé oui, cela pose pourtant problème, à en croire non seulement les lois de l’induction
électromagnétique, mais aussi une mesure effectuée par F3LG – CH. GUILBERT et présentées dans son
ouvrage, plus édité actuellement, « TECHNIQUE DE L’EMISSION-RECEPTION SUR ONDE COURTES »
4
eme
EDITION, de 1980, pages 325 et 326 (éditions radio) que je me permet de reproduire ci dessous.
Si l’âge de l’ouvrage vous inquiète, ne vous en faites pas, les lois de la physique n’on pas changé depuis
cette époque ; mais au moins, un essais à été effectué et voici le texte le décrivant.
Je me permet de le reproduire ici, en le laissant bien sur identique à celui de l’ouvrage cité (j’ai
seulement changé dans le texte l’expression incorrecte: « charge fictive » par l’expression correcte « charge
résistive », qui aurait encore pu s’appeler « antenne fictive », car la charge elle est bien réelle ; et je ne crois
pas de F3LG m’en voudra !!
Voici le texte :
« La mesure des pertes dans une bobine commutée
Aux émetteurs terminés par un circuit en « Π » (PI), il peut sembler commode d'utiliser une bobine finale
commutée, afin de n'avoir pas à la changer pour passer d'une bande à une autre. Il est habituel de réaliser
cette commutation par le court-circuit progressif des parties de bobine non utilisées.,

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Or, on ne court-circuiterait pas impunément les «spires inutilisées» d'un transformateur, par exemple la partie
du primaire comprise entre les sorties 110 et 245 volts, quand ce transformateur est alimenté sous une
tension de 110 volts! Si la bobine de plaque d'étage final d'un émetteur ne « grille» pas, c'est parce qu'elle
présente d'importantes fuites dans son champ magnétique H.F. Mais il est évident que des spires court-
circuitées se comportent comme une masse métallique placée dans le champ magnétique H.F. de la bobine,
alors qu'il est fréquemment recommandé d'écarter cette dernière des masses métalliques voisines : panneaux,
carcasses de condensateurs variables, etc. De même, on sait qu'un blindage de transformateur à fréquence
intermédiaire ne doit pas trop avoisiner les enroulements, sous peine de nuire aux performances de ce
transformateur.
Doit-on ignorer les pertes (dont la réalité est pourtant certaine) survenant dans une bobine commutée de
circuit de plaque final d'émetteur, en ne considérant que la facilité d'emploi?
Il importe également de considérer que l'étage final de l'émetteur est celui où la puissance d'alimentation fait
l'objet d'une limitation administrative. C'est donc en cet endroit que toute perte est préjudiciable.
Les pertes dans une bobine commutée sont facilement mesurables, en faisant travailler l'émetteur, sur
antenne fictive. Mais, nous avons vu au début du chapitre XIII combien était changeante la résistance du
filament d'une ampoule d'éclairage, de sorte que seule une «charge résistive » telle que celle de la figure 13-
2, est convenable.
Il faudra également disposer d'un contrôleur d'onde réfléchie à élément de ligne (R.O.S. mètre) tel que celui
des figures 14-65, 14-66, 14-67, et le montage d'ensemble sera celui de la figure 14-74.
Par un moyen convenable, on ménagera une variation possible de la tension anodique appliquée à l'étage
final, cette tension étant mesurée par un voltmètre V.
L'émetteur est d'abord équipé de la bobine commutée. Sur la bande 3,5 MHz, celle-ci étant utilisée dans sa
totalité, il ne peut s'y produire de pertes par court-circuit.
Le« R.O.S. mètre» intervenant seulement comme moyen de mesure de l'onde directe (c'est-à-dire de la
puissance dissipée dans la charge résistive) on commencera les essais sur la bande 7 MHz et l'on chargera
l'émetteur (par les réglages combinés de CV
l
et CV
2
, et avec la tension anodique maximale), de manière que
le produit de la tension anodique appliquée à l'étage final, par l'intensité dans ce même circuit anodique,
donne, par exemple, une puissance de 100 watts. On note alors la déviation du galvanomètre du « R.O.S.
mètre ».
Une bobine identique à la partie non court-circuitée de celle à commutation, quand elle fonctionne sur 7 MHz
(identique comme nombre de tours, pas d'enroulement, diamètres de bobine et de fil ayant été préparée, on la
substitue à la bobine commutée L, de la figure 14-74, et l'on reprend les réglages d'accord du circuit en 7 Mc,
jusqu'au moment où l'on retrouve la puissance alimentation de 100 watts. On constate alors que le gal-
vanomètre du « R.O.S. mètre » dévie plus généreusement qu'à l'essai précédent, ce qui dénote une
augmentation de puissance H.F. dans la charge résistive. On cherchera donc à retrouver la précédente valeur
de déviation en diminuant la tension anodique appliquée à l'étage final; cela surviendra pour une puissance
inférieure à 100 watts, prenons pour exemple 93 watts. La différence 100 - 93 = 7 watts représente ainsi 7 %
de pertes dans la bobine commutée.
Pour les bandes supérieures en fréquence, la partie court-circuitée est plus importante ... et les pertes aussi !