Antenne active de reception monobande

Présentation

Suite à la publication du montage de l’antenne active modulaire, et à la reprise sur les news du site www.radioamateurs.org, un des membres du forum m’a contacté pour me demander conseil sur l’achat d’un antenne active. voila quels étaient ses besoins:

  • écoute de la bande des 40 mètres uniquement (et surtout la partie phonie).
  • besoin de pouvoir mettre l’antenne à l’intérieur.
  • milieu urbain, appartement au 1er étage, et mal orienté.

Son objectif était d’écouter les QSO réguliers d’amis distants. Il a utilisé auparavant une loop magnétique accordée fixée sur le balcon, mais la co-propriété lui à demandé de l’enlever. N’étant pas radioamateur, il ne profite pas du droit à l’antenne. Son budget étant très limité  et ses besoins très précis, j’ai tenté de lui concevoir une antenne sur mesure.

Pour mener les essais pendant la mise au point, j’ai comparé la réception des différents prototypes ( placés au milieu d’une pièce) a celle d’une antenne capacitive placée sur un bord de fenêtre.

Les essais intérieurs d’une antenne capacitive ont été catastrophique, le signal utile avait baissé de 16db et le niveau de parasites « domestiques » avait grimpé de quasiment 20 db. Ce n’est pas vraiment une surprise, le sujet ayant été défriché par d’autres.

J’ai essayé une loop magnétique, et même si le signal faiblissait bien moins à l’intérieur ( -6db par rapport a l’extérieur), les parasites domestiques étaient bien trop important pour que la qualité de réception s’approche de ce que j’avais en antenne capacitive sur le bord de fenêtre.

Finalement, j’ai testé en dernier recours l’utilisation d’une loop magnétique blindée, réalisée à partir de coaxial de récupération de télévision de 75Ohms. Par rapport à une loop magnétique classique, les parasites d’origine domestique ont été considérablement réduits, et la directivité de l’antenne fortement améliorée. Correctement orientée, cette antenne placée à l’intérieur de la pièce rivalise avec l’antenne capacitive placée sur la fenêtre. Bien qu’elle capte un peu plus de parasites domestiques, elle capte un peu moins de bruit atmosphérique. Au niveau de la partie active ( amplification ), il faut plus de gain que avec une antenne capacitive, le signal capté par une boucle blindée de petit diamètre étant assez faible.

Conception

Avant d’être testé en prototype, le montage a été simulé sur LTSpice. le BF961 n’étant pas disponible dans mes bibliothèques de composant, j’ai utilisé un BF992 qui est très proche.

Shéma

Shéma(cliquez pour agrandir)

Les tests d’amplification et de bande passante ont été effectués en simulant un émission radio de bruit blanc, via une source programmable et le couplage de bobines de LTSpice ( non représenté sur le schéma.

Choix techniques

Profitant de la nécessité de ne recevoir qu’une bande, qui de plus est étroite, j’ai pu éviter de  doter l’antenne d’un accord variable et donc d’en faciliter l’utilisation.  Le besoin d’amplification important découlant de l’utilisation d’une petite boucle ( 25 cm de diamètre) utilisée en intérieur, couplé à la nécessité de filtrer les parasites domestiques hors bande , m’ont incité à utiliser un amplificateur accordé.
En jouant sur l’accord de la boucle elle-même et ensuite sur celui de l’amplificateur, il est possible de suffisamment élargir la bande passante pour que le gain varie peu sur la bande reçue.j’ai doté l’amplificateur d’un gain réglable, ce qui aide à éviter que des stations locales saturent l’antenne ou le récepteur. De plus, en baissant le gain on limite la consommation et donc la vitesse de décharge de la batterie.

Fonctionnement détaillé

Le circuit s’alimente en 9V via un accu de 500mAh. Il consomme 15.3mA à puissance maximale. La led D1 mise en série avec une zener de 3.6V et une résistance de 4.7k sert à la fois de voyant de fonctionnement et de test du niveau de charge de la pile. en dessous de 7V de tension, la led s’éteint.

Le signal est capté par L1 qui résonne avec C4,C3 et C11. Il est ensuite envoyé sur la grille 1 du BF961 via une capacité de liaison de 10pF.
Le gain est réglable en agissant sur le potentiel de la grille 2, avec un accu chargé la tension appliquée varie de 0 à 4.3V quand on manipule le potentiomètre  de gain.
Sur le drain du transistor se trouve un circuit accordé constitué à partir d’une inductance moulée de 1µH mise en résonance avec 470pF + 50pF en variable. Ce circuit présente un facteur de qualité de l’ordre de 40.
La liaison à l’étage de sortie se fait via c7 (33pF), le buffer de sortie est constitué par J310 monté en source commune, chargée par 51 Ohms sur le drain. Le but est ici de fournir une sortie en basse impédance sans charger le drain du BF961.

Construction

Boucle de réception

Loop

Loop(cliquez pour agrandir)

La boucle est construite à l’aide de cable TV de récupération, c’est un cadre de 25cm de coté. l’inductance mesurée est de 1.2µH. Il est important de sectionner le blindage (ici sur la partie haute)  afin d’éviter que la composante électrique captée par ce blindage provoque des courants dans la boucle et donc un champ magnétique induit sur l’âme du coaxial. Un carré de carton est utilisé pour rigidifier la boucle, un circuit imprimé contenant le circuit d’accord est collé au bas du carton. La boucle est reliée à l’amplificateur via deux fiches bananes de 4mm.

Amplificateur

Socle

Socle

L’amplificateur est réalisé à l’aide de plots (de 7.5mm de diamètre)  collés sur une plaque d’époxy ( ici un double face, mais un simple face conviendrait tout autant).
La sortie se fait sur une fiche SO239, afin d’être compatible avec la connectique du destinataire de l’antenne.

Réglages

Une fois l’antenne construite, il est nécessaire de la régler en ajustant les condensateurs variables C4 et C8.

Si vous avez un analyseur de spectre c’est idéal, sinon vous pourrez toujours utiliser le s-mètre du récepteur.

Si vous avez une source de bruit c’est assez facile sinon on peut arriver à faire sans avec un peu de persévérance.

Le mieux est de commencer par chercher un maximum de réception en milieu de bande ( 7100 kHz), d’abord uniquement sur l’amplificateur. On y arrive bien sans brancher l’antenne boucle mais en la remplaçant par un simple fil branché sur la borne banane rouge ( ce qui a pour effet de ramasser énormément de parasites et donc de se passer d’une source de bruit). en ajustant C8 vous devez normalement passer sur deux maximums quand vous faites un tour complet. Si vous n’avez qu’un seul maximum c’est mauvais signe, ça indique que le réglage ne vous permet pas d’arriver dans la bande recherchée et que vous avez un problème de fabrication sur le circuit accordé.

Une fois l’amplificateur réglé sur 7100 Khz, branchez la boucle, et cherchez la aussi un maximum en réception en ajustant C4.

Sans source de bruit et sans analyseur de spectre, il vaut mieux attendre d’avoir de la propagation en soirée et puis chercher ce maximum à l’oreille car l’aiguille du s-mètre a de bonnes chances de ne pas décoller.

Une fois le maximum des deux réglages atteint, il faut un peu les écarter ( tourner progressivement C4 dans un sens et C8 dans le sens opposé) pour élargir la bande passante, il faut y aller très progressivement.
Avec un analyseur de spectre et une source de bruit, c’est très facile à faire, il faut essayer d’arriver à ça:

Réponse en fréquence sur la bande des 40 mètres

Réponse en fréquence sur la bande des 40 mètres

Avec juste le s-mètre et une source de bruit, on s’en sort assez facilement aussi, il faut viser S9 en millieu de bande et savoir se satisfaire d’un S7 sur les deux extrémités.

Ce dessous on peut voir comment un filtrage relativement étroit « extrait » une sinusoïde à partir d’un bruit blanc. Les petites ondulation résiduelles sont aux alentours de 100Mhz, c’est un brouillage provoqué par un émetteur radio FM situé a quelques centaines de mètres.

Réponse en fréquence

Réponse en fréquence sur 3 – 13Mhz

 

Vidéo de démonstration ( dimanche soir, vers 23h30).

 

Evidemment cette antenne placée à l’extérieur marchera encore mieux, mais dans ce cas la évitez d’utiliser un bout de carton pour rigidifier la boucle, ou alors prévoyez un parapluie.

L’étape suivante, c’est trouver comment l’emballer pour qu’elle arrive en état de marche chez son destinataire final.

 

 

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2 réponses à Antenne active de reception monobande

  1. F4EOB dit :

    Bonjour,
    j’aime beaucoup vos constructions d’antennes actives. J’expérimente également dans le domaine et sur les deux composantes du champ électromagnétique, comme vous. J’ai cru comprendre en lisant que la reception sur champ électrique est meilleure à l’intérieur. Ca ce discute, ça dépend de ce qu’il y a autour de l’antenne, mais de façon générale je ne suis pas d’accord avec cette constatation.

    Je mets quelques essais de mes antennes sur youtube :

    https://www.youtube.com/watch?v=JAwU9lyOf3g
    https://www.youtube.com/watch?v=dg5vf3iI02g
    https://www.youtube.com/watch?v=F_7_PI9hWhw
    https://www.youtube.com/watch?v=ULIAczYUbvo

    etc… il y en a d’autres. Je vous conseille aussi d’expérimenter avec des ferrites et aussi des boucles que j’appelle « Boucle de King » et que certains appellent « boucle de Faraday ».

    73 de Thierry F4EOB

    • David Alloza dit :

      Bonsoir Thierry,
      Tout d’abord merci pour votre contribution.
      j’ai regardé vos vidéos, c’est intéressant. J’aimerais vraiment jeter un coup d’oeil sur les schémas, vous les avez mis en ligne quelque part ?
      L’antenne capacitive différentielle m’intéresse particulièrement.
      Pour l’antenne avec le barreau de ferrite, c’est quel material qui est utilisé ?

      Sinon pour le champ électrique je dis le contraire, à l’intérieur j’ai quasiment pas de signal « utile », par contre j’ai énormément de QRM domestiques.

      j’ai écrit ça: »Les essais intérieurs d’une antenne capacitive ont été catastrophique, le signal utile avait baissé de 16db et le niveau de parasites « domestiques » avait grimpé de quasiment 20 db. Ce n’est pas vraiment une surprise, le sujet ayant été défriché par d’autres. »

      Une antenne que j’avais fait avec un barreau de Ferrite : http://david.alloza.eu/electronique/VLF/VLF_Active_aerial/VLF_Active.html

      Il faudrait que je retranscrive ça sur le blog.

      Bonne soirée.
      David ( en janvier j’aurais un indicatif 🙂 )

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