Solutions antenne et coupleurs via ligne ouverte, Ladder Line, Echelle à Grenouille. par Jean-Claude DUCASSE

Solutions de ligne ouverte Ladder Line, échelle à Grenouille UNUN et ‘’Chocs’’ pour
Coupleur ATU JC-4S
et autres coupleurs automatiques pour antennes filaires asymétriques.
Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.
Evolution du produit depuis les
essais de PA0FRI,signalée par
GURU, Joeri van Dooren <ure@on6ure.be>
We added much to the original
design of ON7FU ... we switched to
HV

coating

...

and

are

using

insulators now on the bolts and HV
gaskets on the inside ... the newer
one handles more power and has
higher CM rejection and has more
bandwidth than the original version

(https://shop.rf.guru/products/3kw-

Antenna Tuner BALUN https://shop.rf.guru/

high-power-antenna-tuner-balun)

Doublets or loops are often deployed on multiple frequency bands using an antenna tuner.
The analysis and measurements below are the answer to the problem of feeding dipole or loop antennas with
an automatic tuner designed for “Random” wire antennas

Often balanced transmission lines are chosen to feed such antennas, in order to ensure low losses,
even under high VSWR conditions.
Two wire transmission lines only act truly symmetrically when driven by a perfect balanced source.
Most antenna tuners however are a-symmetrical (unbalanced) with respect to ground.
Therefore a balanced to unbalanced network is needed to adapt both natures.
This function is perfectly accomplished by a good wideband common-mode choke type BALUN placed
at the output of an a-symmetric antenna tuner.
As this BALUN is placed in a random impedance environment, it can be subjected to very high
voltages or currents.
So the two wire transmission line on such BALUN needs to be designed for high voltage withstand,
rather than for a 50 Ohms characteristic impedance.
To accomplish this, the Teflon insulated wires are additionally slipped in Teflon sleeves having a
voltage withstand of 24 kV/mm.
This ensures that it will not arc over, even when positioned in a voltage node, as a result of e.g. an
antenna being half wave resonant at some frequencies.
This BALUN is a special variant of the standard 1/1 Common-Mode Choke current BALUN wound with
a two wire transmission line instead of a Teflon coaxial cable.
It is available with a coaxial input connector, as well as with screw terminals an input and output.
It can be deployed at the output of an a-symmetrical antenna tuner, at the transition between coaxial
cable and balanced line in a G5RV configuration or even after a symmetrical antenna tuner to
maximize symmetry and block any common-mode current that may be caused due to the inevitable
unbalance in any antenna.
Constructed to the high quality standards known in ON7FU Ferrite Application Products.

Reproduction et traduction extrait des travaux de PA0FRI et de la participation de l’IA Copilot.
F1QM@orange.fr

Page

Max power: 2.500 W PeP (ICAS) “Rating assumes typical duty cycle, moderate mismatch, and adequate ventilation; derate
with high SWR or continuous modes.”
Frequency range: 1,5 – 30 MHz
Water proofing: IP 68
NEW ! Updated version with wire connection terminals on sides of enclosure, in order to increase ignition distance and thus
provide additional insulation for abnormal high voltages (e.g. surges due to lightning).

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Specifications:

Solutions de ligne ouverte Ladder Line, échelle à Grenouille UNUN et ‘’Chocs’’ pour
Coupleur ATU JC-4S
et autres coupleurs automatiques pour antennes filaires asymétriques.
Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

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NOTA :
ON7FU Ferrite Applications becomes RF Guru Ferrite Applications
It is with great excitement that Joeri van Dooren announce that RF Guru has recently taken over the
commercial activities of ON7FU Ferrite Applications, a leading provider of premium and effective BALUN and RF
isolator products. RF Guru will continue to produce the same range of products that ON7FU Ferrite
Applications is known for, with the same commitment to quality and innovation.

2

Les doublets ou les boucles sont souvent déployés sur plusieurs bandes de fréquences à l'aide d'un
syntoniseur d'antenne. L’analyse et les mesures ci-dessous sont la réponse au problème
d’alimenter des antennes doublets ou boucles avec un Tuner automatique conçu pour des
antennes filaires ‘’Random’’
Des lignes de transmission souvent équilibrées sont choisies pour alimenter de telles antennes, afin
d'assurer de faibles pertes, même dans des conditions de VSWR élevées.
Les lignes de transmission à deux fils n'agissent véritablement de manière symétrique que
lorsqu'elles sont alimentées par une source parfaitement équilibrée.
Cependant, la plupart des syntoniseurs d'antenne sont asymétriques (déséquilibrés) par rapport à la
masse.
Par conséquent, un réseau équilibré à déséquilibré est nécessaire pour adapter les deux natures.
Cette fonction est parfaitement accomplie par un bon BALUN de type choke en mode commun à
large bande placé en sortie d'un syntoniseur d'antenne asymétrique.
Comme ce BALUN est placé dans un environnement à impédance aléatoire, il peut être soumis à des
tensions ou des courants très élevés.
Ainsi, la ligne de transmission à deux fils sur un tel BALUN doit être conçue pour une tenue à haute
tension, plutôt que pour une impédance caractéristique de 50 Ohms.
Pour ce faire, les fils isolés au Téflon sont en outre glissés dans des manchons en Téflon ayant une
tenue en tension de 24 kV/mm.
Cela garantit qu'il ne se formera pas d'arc, même lorsqu'il est positionné dans un nœud de tension,
en raison par ex. d’une antenne résonnante demi-onde à certaines fréquences.
Ce BALUN est une variante spéciale du BALUN à courant d'arrêt en mode commun standard 1/1
enroulé avec une ligne de transmission à deux fils au lieu d'un câble coaxial en téflon.
Il est disponible avec un connecteur d'entrée coaxial, ainsi qu'avec des bornes à vis une entrée et une
sortie.
Il peut être déployé à la sortie d'un tuner d'antenne asymétrique, à la transition entre câble coaxial
et ligne symétrique dans une configuration G5RV ou même après un tuner d'antenne symétrique
pour maximiser la symétrie et bloquer tout courant de mode commun qui pourrait être causé par un
déséquilibre inévitable de toute antenne.
Construit selon les normes de qualité élevées connues dans les produits d'application de ferrite
ON7FU.
Caractéristiques:
Puissance max : 2.500 W PeP (ICAS)
Gamme de fréquence : 1,5 – 30 MHz
Etanchéité : IP 68
NOUVEAU ! Version mise à jour avec bornes de connexion des fils sur les côtés du boîtier, afin
d'augmenter la distance d’amorçage et ainsi fournir une isolation supplémentaire pour les hautes
tensions anormales (par exemple, les surtensions dues à la foudre).

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Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

ANTENNA OUTPUTS A and B

fig.1

fig.2

A dipole or ladder line can be connected across antenna terminals A and B, but there is a difference of tuning when A
or B is grounded..
Schematically (fig 1) A or B are grounded in like manner, but on some bands more antenna current occurs at only
one switch position. That's probably because A and B are not grounded via a similar path.
The image .shows (fig2) that most of the difference arises on the 160 m band.
So it pays to try in which position of the switch most antenna current is obtained.

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3

Un dipôle ou une ligne en échelle peut être connecté entre les bornes d'antenne A et B, mais il y a une différence de
réglage lorsque A ou B est mis à la terre.
Schématiquement (fig.1) A ou B sont mis à la terre de la même manière, mais sur certaines bandes, plus de courant
d'antenne se produit à une seule position de commutateur. C'est probablement parce que A et B ne sont pas mis à la
terre via un chemin similaire.
L'image montre (fig.2) que la plus grande partie de la différence se produit sur la bande des 160 m.
Il est donc avantageux d'essayer dans quelle position du commutateur le plus de courant d'antenne est obtenu.

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fig.3

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To expose the difference between tuner without balun and with balun a test was done in accordance with the
(fig.3) image. JC-4 was connected to a 2 m long ladder line followed by a "standard" voltage 1 ÷ 1 balun and
then passed to a professional 50 ohm dummy load. Incidentally the test is was also done with a voltage 4 ÷ 1
balun with almost the same results in terms of difference in balance or imbalance. The test shows clear that a
current balun contributes a lot to equal currents in both conductors of the feeder. Furthermoer one can observe
that the higher the frequency the more the imbalance. Other JC-4 owners report to me that RF feedback in their
own equipment was reduced or even was solved with the current balun.
The aforementioned experimental balun made with an unknown type ferrite toroid works great but is an
uncertain element to readers of this article. Because FT240-43 toroids are well known and be more available, I
used them for further experimentation. Teflon insulated wire is not easy to obtain in contrast to 50 ohm PTFE
coaxial cable and that was used for the baluns. The short coaxial cables have negligible loss and any small
impedance transformation caused by the current balun is irrelevant because the tuner will compensate. Two
cables in parallel have an impedance of 2 × 50 = 100 Ohm. The windings do not need of any specific
characteristic impedance but this greater value is more favorable for a ladderline connected to a multi-band
system. The feeder almost never presents a uniform load to the balun. As the operating frequency changes, the
balun load impedance can change from several thousand ohms to a few ohms. The balun will pass the
impedance through and 1 ÷ 1 baluns are generally much efficient and have a wide operating impedance
range. They provide better balance, often have lower loss, tolerate load impedance and imbalance variations
much better than voltage baluns. Without exaggeration, one can say that with a random length of the ladder
line a 4 ÷ 1 balun has twice as many losses as a 1 ÷ 1 balun. In case of low impedance much current flows
through the relatively thin inner core of the Teflon cable and it can be pretty hot.

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Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

Pour exposer la différence entre tuner sans balun et avec balun, un test a été effectué
conformément à l'image ("fig.3"). JC-4 a été connecté à une ligne d'échelle de 2 m de long suivie d'un
balun de tension "standard" 1 ÷ 1, puis passé à une charge fictive professionnelle de 50 ohms.
Incidemment, le test a également été effectué avec un symétriseur de tension 4 ÷ 1 avec presque les
mêmes résultats en termes de différence d'équilibre ou de déséquilibre. Le test montre clairement
qu'un balun de courant contribue beaucoup à des courants égaux dans les deux conducteurs du
feeder. De plus on peut observer que plus la fréquence est élevée plus le déséquilibre est important.
D'autres propriétaires de JC-4 m'ont rapporté que le retour RF dans leur propre équipement a été
réduit ou même résolu avec le balun actuel.
Le balun expérimental susmentionné fabriqué avec un tore de ferrite de type inconnu fonctionne
très bien mais est un élément incertain pour les lecteurs de cet article. Parce que les tores FT240-43
sont bien connus et plus disponibles, je les ai utilisés pour des expérimentations plus poussées. Le fil
isolé au téflon n'est pas facile à obtenir contrairement au câble coaxial PTFE de 50 ohms et qui était
utilisé pour les baluns. Les câbles coaxiaux courts ont une perte négligeable et toute petite
transformation d'impédance causée par le symétriseur de courant n'est pas pertinente car le tuner
compensera. Deux câbles en parallèle ont une impédance de 2 × 50 = 100 Ohm. Les enroulements
n'ont pas besoin d'impédance caractéristique spécifique mais cette valeur supérieure est plus
favorable pour une ligne en échelle connectée à un système multibande. Le feeder ne présente
presque jamais une charge uniforme au balun. Lorsque la fréquence de fonctionnement change,
l'impédance de charge du balun peut passer de plusieurs milliers d'ohms à quelques ohms. Le balun
transmettra l'impédance et les baluns 1 ÷ 1 sont généralement très efficaces et ont une large plage
d'impédance de fonctionnement. Ils offrent un meilleur équilibre, ont souvent des pertes plus
faibles, tolèrent bien mieux les variations d'impédance de charge et de déséquilibre que les
symétriseurs de tension. Sans exagération, on peut dire qu'avec une longueur aléatoire du feeder
parallèle (échelle a grenouille), un balun 4 ÷ 1 a deux fois plus de pertes qu'un balun 1 ÷ 1. En cas de
faible impédance, beaucoup de courant circule à travers le noyau interne relativement mince du
câble en téflon et il peut être assez chaud.

JC-4S, la particularité des sorties A et B pour antennes filaires alimentées en extrémité , suivies du
BALUN de courant de rapport 1:1 pour connexion à la loop fermée présentant une ‘’self-symétrie’’

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Page

https://www.pa0fri.com/
https://www.pa0fri.com/ATU/JC-4/JC-4%20automatic%20ATU.htm

5

Texte et dessins extraits pour parties de :

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Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

Pour conclure, si vous voulez éviter que votre ‘’échelle a grenouille’’ ou votre ladder line ne rayonne
dans votre station, il vous faudra une absolue parfaite symétrie de votre antenne alimentée au
centre ; sinon préférez lui une antenne Horizontale boucle fermée car quel que soit sa forme et son
point d’alimentation la boucle fermée présentera une ‘’self-symétrie’’ parfaite alors que le doublet
alimenté au centre risque de voir ses éléments perturbés par son environnement et par conséquent
présenter au feeder symétrique un déséquilibre dont la conséquence sera un rayonnement
intempestif du feeder ‘’échelle a grenouille’’ ou ladder line.
‘’Ladder-line does not radiate any more than does coax, if feeding a balanced antenna, like a
center-fed dipole. If the power in each conductor is equal and opposite, we have complete phasecancellation, and therefore no RF radiation.’’

Page

6

‘’Une ligne en échelle ne rayonne pas plus que le câble coaxial lorsqu'elle alimente une antenne symétrique,
comme un dipôle à alimentation centrale. Si les puissances dans chaque conducteur sont égales et opposées,
on obtient une annulation de phase complète, et donc aucun rayonnement RF.’’

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Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

Addendum de l’IA
La question de F1QM :

La réponse de l’IA :

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La notion de self-symétrie dans une antenne boucle fermée repose sur des principes
électromagnétiques fondamentaux qui lui confèrent une stabilité et une immunité aux
perturbations environnementales. Voici une explication détaillée :

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Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

La question de F1QM :

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La boucle en question présente peut être une certaine latence dans sa symétrisation ?

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Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

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La réponse de l’IA Copilot:
Très bonne remarque ! Oui, on peut parler d’une latence dans la symétrisation ou plutôt
d’un temps de stabilisation électromagnétique dans certaines conditions, bien que ce ne
soit pas une latence au sens informatique.

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Considérations relatives aux feeders et à la symétrie des dipôles et des boucles fermées.

GURU answer to Copilot:
“Latency in symmetrization” of loops (pp. 7–9). At HF we’re dealing with steady-state fields; there
isn’t a meaningful time “latency” to become symmetrical apart from trivial electromagnetic settling
(nanoseconds). Replace with: “Loops can show temporary RF envelope transients during band/mode
switching, but symmetry is a steady-state property; any imbalance is due to geometry, surroundings,
and feed arrangements—not ‘latency’.”
« Latence de symétrisation » des boucles (pp. 7–9). En HF, nous travaillons
avec des champs en régime permanent ; il n'existe pas de « temps de
latence » significatif pour atteindre la symétrie, hormis une stabilisation
électromagnétique triviale (nanosecondes).
Remplacer
par :
« Les
boucles
peuvent
présenter
des
transitoires
temporaires de l'enveloppe RF lors du changement de bande/mode, mais la
symétrie est une propriété en régime permanent ; tout déséquilibre est dû à
la géométrie, à l'environnement et aux dispositifs d'alimentation, et non à
la « latence ». »

Copilot answer to Guru

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10

Merci pour cette précision importante. Le contexte de fréquences HF (1,5 à 30 MHz) en régime
impulsionnel avec modulations numériques ou SSB (Single Side Band) modifie légèrement l’analyse,
mais ne justifie pas l’usage du terme « latence de symétrisation » tel qu’employé dans ce document.
Voici une version ajustée de ma réponse, tenant compte de ce régime particulier :

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Observations et suggestions correctives des articles de PA0FRI et de Copilot
Here are some suggestions to optimize you document further:


PTFE sleeve “ensures it will not arc over” (p. 1–2). PTFE does have very high dielectric
strength, but real-world flashover is dominated by creepage/clearance in air, sharp edges,
humidity, dirt, and at terminals. Rephrase to: “greatly increases insulation margin; still
requires adequate air clearance and terminal spacing; does not protect against lightning
surges.”
We added much to the original design of ON7FU ... we switched to HV coating ... and are
using insulators now on the bolts and HV gaskets on the inside ... the newer one handles
more power and has higher CM rejection and has more bandwidth than the original version
(https://shop.rf.guru/products/3kw-high-power-antenna-tuner-balun)



Power rating “1000 W PEP (ICAS) from 1.5–30 MHz” (p. 1–2). That rating is highly
installation-dependent. With extreme mismatch the choke can dissipate substantial heat
(especially on mixes like 43 at lower HF). Add: “Rating assumes typical duty cycle, moderate
mismatch, and adequate ventilation; derate with high SWR or continuous modes.”
The newer one is safer to use than the original, but it's about twice the size!









“Two-wire line should be designed for high voltage rather than 50 Ω.” (p. 1–2). Directionally
right, but say: “Prioritize insulation/creepage; the exact Z0 of the two-wire winding is not
critical for a choke, unlike a 1:1 transmission-line transformer used for transfer of power.”
FT240-43 usage for the test setup (pp. 4–5). Works, but 31-mix (or 75/77 at low HF) usually
yields higher common-mode impedance at 1.8–7 MHz with less heating. Suggest adding a
note on mix selection vs band.
“Loop has perfect self-symmetry regardless of shape/feed” (pp. 6–8). A closed loop tends to
be more balanced than many open wires, but nearby conductors, asymmetric feed, or
ground proximity can still drive common-mode. Keep the recommendation to use a
choke/balun on loops as well; drop “parfaite”.
JC-4 outputs A/B grounding difference (p. 3). The advice to try both positions is fine, but you
could add why: different internal grounding paths create different common-mode
terminations; pick the setting that yields the least RF feedback / most symmetrical feeder
current.

These statements are not correct:

73s Joeri van Dooren <ure@on6ure.be>

Reproduction et traduction extrait des travaux de PA0FRI et de la participation de l’IA Copilot.
F1QM@orange.fr

22

“Latency in symmetrization” of loops (pp. 7–9). At HF we’re dealing with steady-state fields;
there isn’t a meaningful time “latency” to become symmetrical apart from trivial
electromagnetic settling (nanoseconds). Replace with: “Loops can show temporary RF
envelope transients during band/mode switching, but symmetry is a steady-state property;
any imbalance is due to geometry, surroundings, and feed arrangements—not ‘latency’.”
Page

