Antenne boucle magnétique
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Voir aussi : Comment se procurer un condensateur variable - Le condensateur variable (généralités) -

L'antenne boucle magnétique mérite ce qualificatif car elle privilégie la composante magnétique de l'onde électromagnétique émise, la composante électrique du champ se reconstitue à quelque distance de l'antenne. Un de ses avantages est sa moindre sensibilité au bruit radioélectrique émis par les appareils situés à proximité de l'antenne (ordinateur, téléviseur...).

Principe

La boucle Lb associée au CV de réglage se comporte comme un circuit résonant auquel est couplé une boucle primaire Lc reliée à l'émetteur-récepteur par un câble coaxial.50 ou 75 ohms. Pour faciliter l'adaptation d'impédance, on peut ajouter une petit condensateur ajustable Ca en série avec Lc.
L'utilisation d'un gamma-match est une autre possibilité qui peut se représenter comme sur le schéma (b).
Le gain de l'antenne dépend de la surface de la spire. La forme circulaire (ou octogonale, ou carrée) est la plus favorable par son rapport surface/périmètre. Le rendement d'une telle antenne est d'autant meilleur que la résistance de perte est faible.

Avantages :
- faible encombrement, peut être placée à l'intérieur d'un bâtiment
- grande sélectivité
- directivité permettant d'atténuer un signal gênant
- couvre plusieurs bandes (10 à 20m ou 20 à 40m)
- moins sensible au bruit industriel que le dipôle


Inconvénients
- réglage pointu
- difficulté de se procurer un CV à fort isolement
- faible résistance de rayonnement,
- gain généralement nettement inférieur à celui d'un dipôle

Directivité
La directivité de l'antenne est assez marquée, surtout sur le minimum, perpendiculaire au cercle de la boucle. Le signal maxi est reçu lorsque l'émetteur se trouve dans le plan du cadre (dans la direction des flèches, vers la droite et vers la gauche). C'est l'inverse d'un dipôle. Il est utile de pouvoir tourner l'antenne sur un quart de tour soit pour optimiser la direction en faveur d'un correspondant, soit pour atténuer un signal indésirable.

Performances
Par rapport à un dipôle ou une verticale bien dégagée, l'antenne cadre magnétique paraît peu performante, la différence peut aller de 1 à 18 dB (2 à 3 points au S-mètre). Un QSO CW sur 40m entre une station QRP de 300 mW sur un dipôle bien dégagé avec une station située à 700 km et utilisant 50W dans une boucle magnétique placée à l'intérieur d'un rez-de-chaussée en pleine ville a montré l'équivalence des signaux reçus de part et d'autre . Mais les mérites comparés d'un dipôle extérieur et d'une boucle magnétique dépendent de la situation de l'antenne (extérieure ou intérieure, hauteur par rapport au sol, dégagement)

Description

La boucle Lb
Son périmètre est inférieur à lambda/4 et généralement proche de lambda/10. L'efficacité de l'antenne est d'autant plus faible que le diamètre de la boucle est petit par rapport à la longueur d'onde. La boucle de couplage est placée dans le plan de la boucle résonante.

Le CV d'accord
L'élément critique est le CV qui va permettre d'accorder l'antenne exactement sur la fréquence. Il doit à la fois posséder une variation de capacité assez grande pour descendre en fréquence et résister à des surtensions très élevées dès que la puissance dépasse une dizaine de watts. Ce genre de condensateur variable est rare et cher mais il est possible de le réaliser soi-même.La commande du CV doit être à portée de main. Il est possible de motoriser celle-ci (avec un petit moteur à courant continu bien démultiplié) . L'accord est assez pointu et l'utilisation d'une démultiplication est très utile. On peut aussi utiliser un bouton de manœuvre de gros diamètre ou un levier isolant de 20 ou 30cm permettant un réglage précis.Le CV est raccordé aux deux extrémités de la spire. Il pourra être fixé solidement sur un support isolant de bonne qualité HF. La commande devra être douce et sans jeu. Comme les effets de main sont importants, on utilisera un long axe isolant pour commander le CV.

Couplage
La boucle de couplage a un diamètre égal au 1/5 de celui la boucle magnétique. Elle doit être placée prés de la terre, en un point diamétralement opposé au CV de réglage. La base de la boucle étant à la masse on peut fixer celle-ci sur un support métallique orientable, un trépied ou un support fixé au sol.
La prise coaxiale (SO239) est fixée sur le support à la base, sa pin centrale est reliée au gamma-match ou à la boucle de couplage par l'intermédiaire d'un petit condensateur ajustable Ca de 30 à 50pF optionnel.
Le couplage par gamma-match est une solution alternative séduisante mais qui se révèle moins pratique pour les réglages du ROS et apparemment moins favorable pour la résistance au bruit que le couplage magnétique par une spire.
Le câble caoxial est relié comme suit :
- la tresse à une extrémité de Lc et au point bas de Lb
- l'âme à l'autre extrémité de Lc

Réalisation

La boucle
Pour la réalisation de la boucle on peut utiliser :
- un tube de cuivre recuit cintré qui a le mérite d'être facilement disponible en couronne dans les magasins de matériaux. Le tube de diamètre 16 mm permet de réaliser une boucle circulaire de diamètre allant jusqu'à 2 mètres. Pour cela, tracer au sol un cercle du diamètre souhaité et dérouler soigneusement la couronne en maintenant la boucle bien à plat. Suivre le tracé, en évitant de redresser/cintrer le tube plusieurs fois car en s'écrouissant, il devient plus raide.
- du tube de cuivre rigide et des coudes à 45° ou 90° pour construire un cadre octogonal ou carré. Son prix de revient est plus cher que la boucle en tube recuit mais il est plus facile de réaliser un bel objet bien régulier, ce qui est un atout pour une antenne destinée parfois à trôner dans un salon.
- du tube ou profilé à base d'aluminium, plus léger.
- câble coaxial de diamètre 11mm pour la fabrication d'une boucle de faible diamètre. On utilise seulement le blindage.

La boucle de couplage
On peut la réaliser avec un fil de cuivre de diamètre 2 ou 3 mm. Il faut disposer d'un fer puissant pour souder la prise, la boucle, le câble coaxial (si on n'utilise pas de prise SO239)

Le CV
Pour une puissance de 100 W, l'isolement devra être au minimum de 5000 volts. Si des amorçage se produisent, vérifier l'écartement des lames, adoucir les pointes et réduire la puissance d'émission s'il n'y a rien d'autre à faire. Pour l'utilisation de puissances élevées sur les bandes hautes, un CV papillon dont les deux cages sont en série est une bonne solution car l'isolement est doublé bien que la capacité maxi soit divisée par 2.
On peut réaliser un CV en utilisant des morceaux de circuit imprimé mais la puissance d'émission sera limité pour ne pas provoquer de surchauffe du diélectrique en verre-époxy.
Placer l'axe du CV selon le diamètre de Lb et le prolonger avec une tige isolante.

Exemple de réalisation
Les dimensions suivantes correspondent à une antenne pouvant couvrir les bandes 40, 30 et 20m. Son diamètre en fait une antenne suffisamment performante et capable de prendre place dans un appartement. Il ne faut toutefois pas s'attendre à des résultats extraordinaires sur 40m.
 Bande de fréquence  :  7 à 14,5 MHz
 Diamètre de la boucle Lb (tube Cu d=2 cm)  :  1,8 m
 Diamètre de la boucle de couplage Lc  :  0,35 m
 Périmètre de Lb  :  5,65 m
 Périmètre de Lc  :  1,1 m
 Surface de Lb  :  2,55m²
 Résistance de rayonnement  :  0,06 à 1,1 W
 Rendement (40..20m)  :  0,47 à 0,92
 Inductance de la boucle  :  5,15µH
 Capacité de CV (40..20m)  :  100 à 25 pF
 Facteur de surtension (40..20m)  :  900 à 220
 Tension au bornes du CV pour P=100W  :  4500 V à 3200 V


Réglages


La procédure de réglage est assez simple. On peut dégrossir en réception au meilleur rapport signal/bruit. Le réglage en émission (CW ou FM) s'effectue à puissance réduite (1W) à l'aide d'un ROS-mètre. Retoucher alternativement le réglage du CV et du condensateur ajustable de la boucle de couplage pour obtenir le ROS le plus faible possible.
Les réglages sont vraiment pointus et il faudra les retoucher si on déplace la fréquence de plus de 10 à 15 kHz.
Avec une puissance plus élevée on peut faire s'illuminer un tube fluorescent en le tenant à une de ses extrémités et en approchant l'autre de la boucle, expérience spectaculaire dans les QSO-démonstrations.