L'antenne Boucle Magnétique


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Consacrer un chapitre entier à ce type d'antenne va paraître exagéré à certains et peut-être à juste titre. Quoi qu'il en soit, cette antenne si particulière mérite un petit détour tant son intérêt est grand, plus particulièrement pour ceux qui ne disposent que d'un mouchoir de poche pour installer quelque chose qui rayonne.

Voici, à votre gauche, un modèle commercial fabriqué en Italie et qui connaît un grand succès actuellement malgré un prix élevé. Ce constructeur propose d'ailleurs trois modèles pour couvrir l'ensemble du spectre HF. Nous nous intéresserons dans ce chapitre uniquement aux antennes dites "magnétiques", c'est à dire dont la circonférence est  plus ou moins inférieure à 1/10 de la longueur d'onde émise. On appelle ces antennes des antennes "Magnétiques" car elles fonctionnent essentiellement avec la composante magnétique du champ électromagnétique ce qui procure parfois quelques avantages, ceci est une autre histoire, nous y reviendrons.


Définition :

L'antenne magnétique ou boucle magnétique sera formée d'un conducteur dont la longueur sera inférieure à 1/10 de la longueur d'onde. On trouve d'autres valeurs dans la littérature(1/8 de l ), mais à ce niveau cela n'a guère d'importance. Elle sera accordée sur la fréquence de travail par une capacité, l'ensemble formant un circuit résonant parallèle.



A quoi avons nous affaire ?

A gauche l'aspect physique et ci-dessus l'équivalent électrique. On voit immédiatement que la boucle est équivalente à un circuit parallèle que l'on va amener à la résonance par le biais du condensateur variable. Cette figure ne montre pas le système d'alimentation de la boucle.

Les boucles peuvent prendre d'autres formes que la forme circulaire, on trouve des engins hexagonaux, octogonaux, carrés, rectangulaires etc. (voir en fin de chapitre une photo d'un modèle militaire)
Les caractéristiques de la boucle magnétique :

(les principales formules sont extraites d'un article publié sur Radio REF, novembre 1998 par F6INF Jean Despierre)
Le rayonnement 
Regardez bien cette image surprenante car tel est le diagramme de rayonnement d'une antenne magnétique, étonnant non et j'imagine que vous êtes curieux de savoir pourquoi...

Regardez bien à nouveau pour vous imprégner de l'image, le maximum de gain sera obtenu dans l'axe x-y de la spire et non pas dans le plan de celle-ci comme on pourrait l'imaginer intuitivement.

Maintenant regardez cette nouvelle image

En rouge, l'antenne cadre vue de dessus, l'émetteur est symbolisé par TX et le front progressant représente le champ magnétique. Ne vous inquiétez pas pour le moment ni du gradient ni de la polarisation. Sur ce simple schéma, on voit que le flux embrassé sera maximum quand l'axe de l'antenne sera dirigé vers la station (cas n°1). Inversement, si l'axe de l'antenne est à 90° (angle droit) le flux sera minimum (cas n°2). Entre ces deux cas, on retrouve naturellement tous les cas de figure intermédiaires.
Résistance de rayonnement
Voilà où le bat blesse ! La résistance de rayonnement de ce type d'antenne est très faible, on peut même dire très très faible. Nous avons supposé qu'un dipôle parfaitement taillé, placé à la hauteur idoine avait une résistance de rayonnement de 73 W, nous allons chuter avec la boucle à une valeur inférieure à l'ohm.
Calcul de la résistance de rayonnement:
n = nombre de spires
D = diamètre en m
F = Fréquence en MHz

Essayez de faire quelques simulations avec cette formule, vous allez mesurer à quel point la résistance de rayonnement est faible. Qui dit résistance faible dit courant important (remarquez c'est comme cela que le champ magnétique est important, alors...) Cette faible résistance va avoir un impact très important sur l'efficacité globale de l'antenne comme nous allons le voir maintenant.
Rendement de la boucle 
Le rendement est donné par la formule :
RR = résistance de rayonnement en
W
Rp = résistance de perte en
W

Car comme tout conducteur parcouru par un courant,  cette antenne aura des pertes qu'il conviendra de minimiser. La formule fait clairement apparaître qu'avec une Rr très faible, les résistances de pertes prennent une importance vitale sur le rendement.
Résistance de perte
Rp en W
n : nombre de spires
D = diamètre de la boucle en m
d = diamètre du conducteur en cm

Pour limiter les pertes, pas d'autre solution que d'augmenter le diamètre du conducteur, et de se limiter à une spire. On pourrait aussi travailler sur le diamètre de la spire mais cela influe également sur la résistance de rayonnement, il faut trouver le bon compromis
Inductance de la boucle
L en µH
n : nombre de spires
D = diamètre de la boucle en m
d = diamètre du conducteur en cm
Important : Ln est le log naturel

Réactance inductive de la boucle
Avec Xl en W
F en MHz
L en µH

Capacité d'accord
Avec C en pF
F en MHz

Facteur de qualité Q
C'est grâce à cette formule que l'on perçoit que le Q du circuit sera élevé ce qui provoquera des surtensions colossales. Soyez vigilant avec ce type d'antenne.

Tension aux bornes du condensateur
La tension (énorme) qui sera présente aux bornes de C sera dépendante du Q du circuit, de la puissance transmise et de la réactance de la boucle.

Bon stoppons ici les formules, c'est bien suffisant pour comprendre. Intéressons nous maintenant au mode de transmission de la puissance de l'émetteur à l'antenne.
Adaptation de l'antenne :

Dans ce cas de figure on transfère l'énergie par couplage, l'émetteur charge la spire secondaire.
Dans ce cas on réalise une prise sur la boucle, c'est un  autotransformateur.

Avantages et inconvénients de ce type d'antenne :
Indubitablement, ce sont les dimensions réduites de cette antenne qui en font son attrait principal mais ce n'est pas tout. Cette antenne peut fonctionner près du sol sans détériorer gravement ses performances tandis qu'un dipôle placé bas (90% des cas chez les radioamateurs) rayonne son énergie à des angles très élevés tandis qu'une bonne partie de l'énergie est absorbée par le sol si celui-ci est mauvais conducteur.
La boucle peut fonctionner dans un grenier, n'attendez pas toutefois des miracles.
La boucle est directive, ce qui peut s'avérer un avantage comme un grave inconvénient car en pratique il faudra qu'elle tourne.
La boucle est une antenne délicate de réalisation, ne vous y trompez pas. La simplicité des dessins et schémas pourrait laisser à penser que cette antenne peut se construire un peu n'importe comment, ce serait une grave erreur que de raisonner ainsi.
Pour avoir un rendement correcte cette antenne doit offrir des pertes aussi basses que possible et ceci n'est atteint qu'au prix d'une réalisation mécanique professionnelle.
Le CV est soumis à des tensions très élevées (typiquement de 5000 à 10000V en fonction de la puissance) et il doit être manoeuvré très fréquemment en fonction des changements de fréquence. Cette antenne ayant un Q très élevé a donc comme caractéristique une bande passante très faible de l'ordre de quelques KHz ce qui impose une commande du CV télécommandée par moteur.
Bref les contraintes de réalisation sont sévères. 
Sécurité :

D'une part, éviter de toucher à l'antenne quand vous transmettez, et d'autre part, bien que l'on ne sache que peu de choses sur le sujet, évitez de stationner près de votre antenne en émission. Le champ magnétique est très élevé et mieux vaut appliquer le principe de précaution.

Chez les militaires


Voilà, c'est fini. Cette antenne connaît une diffusion pour le moment limitée, c'est à mon avis injustement mérité car cet aérien peut constituer une vraie solution au problème de place. Mieux vaut, à mon avis, une antenne magnétique qui fonctionne correctement plutôt qu'un bout de fil pourvu de toutes les qualités mais placé à 5 m du sol, alimenté par un "balun" et fardé de trappes. Ceci n'engage que moi...



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