Antenne active de reception

Voila la description d’une antenne active pour les bandes HF. Elle est active car amplifiée et demande donc à être alimentée. En contrepartie elle offre une meilleure réception qu’une antenne passive de dimensions équivalentes. Elle peut servir tout autant pour la réception des bandes amateur que pour les ondes courtes. Elle sort sur une impédance de 50Ohms et peut donc être directement connectée à un récepteur commercial.

Contrairement à la majorité des réalisations commerciales, elle est accordée, c’est à dire que l’utilisateur devra ajuster la fréquence d’accord de l’antenne quand il change de station. C’est une « contrainte » qui la rend clairement moins pratique à utiliser, mais elle permet en contrepartie de limiter le bruit ainsi que les problèmes d’intermodulation. Ils est toujours préférable de filtrer un signal sur une bande étroite avant d’arriver dans des dispositifs non linéaire comme le sont les amplificateurs ou les mélangeurs. Dans le commerce on trouve des antenne bande large ( donc utilisables sur l’ensemble de la bande HF sans interaction de l’utilisateur), ou des antennes comportant des filtres de bande ( avec généralement un sélecteur selon la bande que l’on veut recevoir).

Elle est constituée en deux parties, la partie « socle » qui contient l’amplificateur et l’accord « fin », et la partie qui réalise la réception de l’onde elle même. Les deux parties sont connectées via des prises banane de 4mm. Pour l’amplificateur j’ai opté pour un transistor BF961 qui est un mosfet à double grille.

Si l’antenne a été réalisée en deux parties, c’est dans le but de facilement remplacer la partie réception afin de couvrir plusieurs bandes, ou même de changer la composante du champ électromagnétique que l’on compte recevoir ( soit la composante électrique avec une antenne capacitive, soit la composante magnétique avec une antenne boucle).


 la partie socle

Socle (cliquer sur l’image pour l’agrandir)

La réalisation est assez brouillon car c’est l’exemplaire qui a servi à la mise au point, il a donc  été retouché plusieurs fois. Elle  est alimentée par un accus de 9V, et consomme dans les 10mA, ce qui entraîne une autonomie de l’ordre de 48 heures avec un accu chargé.

Une longue tige a été fixée sur le condensateur variable de 10pF afin d’avoir une bonne précision au niveau du réglage de la fréquence reçue.

Fonctionnement

Schéma de l’amplificateur ( cliquer sur l’image pour l’agrandir)

Le condensateur C1 est destiné à découpler la sortie afin que seule la partie variable du signal soit envoyée au récepteur. La self de choc L1 sert à atténuer les émissions indésirables dans les VHF. J’ai mesuré 10dB d’atténuation sur les stations radios de la bande FM. Sur le prototype cette self de choc est réalisée en plaçant simplement une perle de ferrite sur une patte de C1.
R1 est la résistance de charge de sortie, soit quasiment 50 Ohms.
R2 (220k) sert à amener le potentiel de la grille 1 du mosfet à 0V.

C4 ( condensateur céramique de 5pF) réalise 3 fonctions:

  • Il assure un découplage avec le reste du circuit en amont, et donc ne laisse passer que la composante alternative du signal ( ce qui assure que la grille 1 reste à un potentiel moyen de 0V). Ceci dit, sur ce montage précis ce n’est pas indispensable.
  • Il limite les influences de la capacité de la grille 1 du mosfet, afin qu’elles influent moins sur la fréquence d’accord.
  • couplé avec R2, il réalise un filtre passe haut  (coupure à -6db à 150Khz soit le bas de la gamme des grandes ondes), qui permet d’atténuer considérablement les parasites « secteur » en 50Hz ( de l’ordre de – 60dB), ce qui est toujours préférable afin de limiter les risques d’intermodulation quand on rentre sur un  amplificateur.

C6 est un condensateur variable permettant d’accorder l’antenne finement sur la station reçue. Un condensateur de 10pF n’est pas facile à trouver, sur le prototype j’ai utilisé un condensateur de 2 * 20pF et j’ai connecté les deux parties en série. Ce condensateur pourrais facilement être remplacé par un accord à diode varicap. Si quelqu’un veut des conseils la dessus, qu’il se manifeste dans les commentaires et je détaillerais plus en avant.

U4, le potentiomètre ajustable  de 100k sert à régler le gain de l’amplificateur. le gain est maximal quand on approche de la moitié de la course. C’est un réglage que l’on touche rarement. Il est possible, pour limiter la consommation de réduire le gain de l’antenne en ajustant ce potentiomètre.

La fonction d’amplification réalisée ici par le BF961 est une fonction d’amplification en courant et non en tension. l’impédance sur le drain étant faible ( 51 Ohms ), la tension de sortie sera du même ordre ( même légèrement inférieure) que celle qui arrive sur la grille 1 du mosfet, par contre le courant sera bien plus élevé. On a donc sur cette antenne un circuit d’accord étroit qui, de par son facteur de qualité, amène une surtension (tout en ne pouvant fournir qu’une intensité très faible), et ensuite on conserve cette surtension sous 50 Ohms grâce au BF961.


Module de réception capacitif (champ électrique)

Module de réception capacitif

 

Module monté sur le socle

Fonctionnement

Module de réception capacitif

le principe est de capter le champ électrique via la feuille de cuivre qui est collée sur le tube en carton, et ensuite de filtrer étroitement afin de favoriser les fréquences que l’on compte recevoir. la bande passante de l’antenne est ainsi bien plus étroite que ce qu’elle serait sans ces filtres. L2/C2 sert à accorder la réception dans la bandes des 40 mètres ( à partir de 7000 kHz) et L3/C7 à le même but mais pour la bande des 80 mètres ( à partir de 3500 kHz).

les condensateurs ajustables C2 et C7 ne doivent être réglés qu’une fois pour toutes, afin de placer l’antenne dans la bande que l’on désire recevoir.

c8 (10pF) sert à relier l’antenne elle même au circuit d’accord. il limite la capacité « parasite » de l’antenne ramenée sur le circuit d’accord à 10pF.

L2 et L3 sont réalisées en utilisant des inductances « moulées » du commerce, les valeurs de 15uH et de 47uH sont usuelles et donc facile à trouver.

Un switch permet de choisir quelle bande on désire recevoir.

Tout comme c’est le cas pour la MiniWhip de pa0rdt, il vaut mieux ne pas relier directement la masse de l’antenne à la terre, mais le faire via quelques mètres de câble coaxial. Il faut comprendre que cette antenne est une sonde de potentiel et qu’elle mesure donc une différence de potentiel, différence d’autant plus élevée qu’il y a de la distance entre le point de mesure et la terre. Cette recommandation n’est valable que pour le module de réception capacitif, avec le module magnétique dont la description va suivre, c’est inutile.
plus de détails ici : http://www.pa3fwm.nl/technotes/tn07.html
e
n particulier dans la section : « Principle and electric field »


Module de réception magnétique

 

Avec module de réception loop magnétique

Fonctionnement

cadre de réception magnétique

Le principe est assez basique, c’est une antenne magnétique accordée comme celle que l’on utilisé depuis les années 30 pour la réception des grandes ondes ( antenne cadre) .

L4, constituée ici à partir de tiges d’aluminium, sert à capter la composante magnétique de l’onde, et elle raisonne avec C9 (en parallèle avec  le circuit d’accord fin du socle)  pour se caler sur la fréquence de réception.
Tout comme pour le module capacitif, le condensateur ajustable doit être réglé une bonne fois pour toute, afin que les fréquences reçues quand on manipule le condensateur variable du socle couvrent la bande reçue.

Celle ci permet de recevoir la bande des 20 mètres ( à partir de 14000 kHz).


Magnétique ou électrique ? comment choisir ?

C’est car j’étais indécis entre les deux possibilités que j’ai conçu cette antenne modulaire, afin de pouvoir facilement basculer d’un mode à l’autre, et faire des comparaisons.

Plusieurs éléments:

  • l’antenne « boucle » magnétique est directive, elle permet donc d’atténuer ou même éliminer une émission qui nous brouille. Ce que ne permet pas l’antenne capacitive qui est omnidirectionnelle (du moins pour celle qui a été construite ici).
  • Une onde plane électromagnétique au sens de Maxwell met une certaine distance à se « construire ». Cette distance est liée à la longueur d’onde.  Quand nous sommes très proches ( à moins d’une demi longueur d’onde) d’une source , la composante magnétique est très faible, alors que la composante électrique est déjà importante. Donc au voisinage d’une source de parasites, il vaut mieux recevoir la composante magnétique et donc éviter autant que possible les champs électriques.
  • les murs d’une habitation sont bien plus perméables aux champs magnétiques qu’aux champs électriques.

A partir de la:
En pleine nature, loin de toute source de parasite, la question ne se pose pas vraiment, il vaut mieux recevoir avec un cadre magnétique, car nous aurons le gain de la  directivité, ce qui réduit les parasites atmosphériques.

A l’intérieur d’un logement riche en source de brouillages proches ( néons, alimentations à découpage, moteurs… ), la aussi il vaut mieux utiliser une boucle magnétique, afin de limiter la sensibilité au champ électrique.

A la frontière d’un logement ( extérieur immédiat), et même dès le cadre extérieur d’une fenêtre ou la balustrade d’un balcon, recevoir le champ électrique peut être payant, car le champ électrique des parasites domestiques passe difficilement les murs.

pa0rdt, créateur de la mini-whip,  explique très bien ceci ici:
https://www.vfdb.org/aktuell/wp-content/uploads/2016/07/Article_pa0rdt-Mini-Whip.pdf

Dans mon logement, situé sur un étage élevé en milieu urbain, pour les bandes des 80  et 40 mètres, j’obtiens la meilleure réception en plaçant sur le bord de la fenêtre ou sur le balcon une antenne capacitive, c’est vrai sur 40 et 80 mètres. J’ai eu par contre le cas d’un brouillage puissant dont je n’ai pu me débarrasser qu’en orientant l’antenne magnétique. A l’intérieur, posé sur une table au centre de la pièce, c’est au contraire l’antenne magnétique qui est la moins inutilisable.

 

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