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Cadre magnétique VLF - LF

Jean-marc moUGeNoT F4DXU.

Deux options nous sont offertes par la physique pour la réception des ondes élec-
tromagnétiques VLF, soit le champ H (magnétique) soit le champ E (électrique).
Ces deux voies sont radicalement différentes dans leur principe, mais elles sont très
liées par les lois de l’électromagnétisme. Dans les deux cas, le capteur sera une an-
tenne spécialisée en H ou en E. Pour le champ E, l’antenne fonctionne à très haute
impédance alors que pour le champ H elle fonctionne en courant, et donc à très faible
impédance. C’est cette deuxième solution qui fera l’objet de cet article, mais l’an-
tenne cadre magnétique sera utilisée d’une manière particulière.

Je ne reviendrai pas sur les avan- convertir une impédance quasi On remarquera que la résistance
tages et les propriétés du cadre nulle en une impédance adaptée du cadre vaut Rc=10milliohms
magnétique qui sont bien connus mais tout de même faible comme (calculée).
(effet antiparasite, directivité) celle d’un montage amplificateur
mais je m’attarderai plutôt sur la dit en « base commune » qui pour- Cette valeur dépend grandement
manière selon laquelle il sera uti- rait la charger. Le principe retenu de la qualité de sa réalisation,
lisé. En général, les cadres sont sera le suivant, voir figure 1. c’est à dire de la qualité des sou-
rendus résonnants par adjonc- Le cadre en court-circuit consti- dures et du diamètre du tube de
tion d’une capacité variable à la tuera le primaire mono spire d’un cuivre utilisé. Plus cette valeur
coupure ce qui permet d’accor- transformateur de courant dit aussi sera petite et plus le cadre fonc-
der la fréquence de réception. élévateur, d’un noyau magnétique tionnera en « courant », moins il
Les coefficients de surtension sont et d’un secondaire multi spires en sera sensible au champ électrique
importants (cadre mono-spire) et f l de Litz pour réduire les pertes E et donc meilleure sera sa direc-
les potentiels sur les armatures du ohmiques dues à « l’effet de peau ». tivité (le nul). Je lui ai choisi une
condensateur aussi, la bande pas- forme hexagonale plus facile à
sante quant à elle est étroite. réaliser qu’un cercle. Il est
C’est un avantage tant que la constitué de 8 tubes de cuivre
bande passante du cadre est de 50 cm de longueur et de
du même ordre de grandeur 12 cm de diamètre soudés ou
que le débit du flux de don- brasés entre eux par 8 coudes
nées, en numérique, ou que à 45°. Il faudra évidemment
la bande passante du signal à bobiner le secondaire sur le
transmettre, en analogique. tore ferrite avant de passer
Le problème se pose pour les le cadre au travers, c’est plus
VLF (Very Low Frequency, simple !
3 kHz à 30 kHz) car le flux de
données est lent, et en pré- Le cadre magnétique est
sence d’un système accordé maintenant réalisé, mais il
il y a un phénomène de réso- Figure 1 va falloir le charger correc-
nance (sustain ou maintien tement par un amplificateur
de la note en musique) qui qui doit présenter une faible
est très gênant pour la réception Le noyau du tore est constitué impédance au secondaire du trans-
des signaux numériques à faible de ferrite Mn-Zn (3C90, 3C8, 4C4, formateur. Oui, mais quelle valeur
débit. On se tournera donc vers etc.) qui possède la propriété de ? Il existe tout de même un moyen
un cadre mono-spire non résonnant fonctionner de quelques hertz à de la connaître, mais au préalable
(amorti), donc à très large bande plus d’un MHz, ce qui est grande- il est nécessaire de faire quelques
passante, et pour qu’il « travaille » ment suffisant pour l’application rappels sur les équations simples
en courant, il sera en court-circuit en VLF. La limitation en basse fré- qui régissent le fonctionnement
sur lui même. Il faut maintenant quence vient aussi de l’inductance d’un transformateur, et notam-
trouver un moyen d’accéder au du cadre (~3 µH) qui, en série avec ment sur la transformation des
courant qui circule dans ce cadre la somme de toutes les résistances impédances.
en court-circuit. On pourrait utili- (Rcontinu, Ralternatif, Rrayonne-
ser une boucle de couplage, mais ment, Rcharge) constitue un filtre
elle devrait avoir le même dia- passe-haut dont la fréquence de avec Zp et Zs
mètre que le cadre pour embrasser coupure est d’environ 1 kHz. Le les impédances au primaire et au
le maximum de flux magnétique, cadre en cuivre traversera ce tore secondaire et Np et Ns le nombre
ce qui n’est pas très pratique. sur lequel seront bobinées les de spires au primaire et
De plus elle devrait comporter spires du secondaire de ce trans-
un grand nombre de spires pour formateur. au secondaire, d’où

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