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2.18.2 Pertes dans les bobines : le facteur Q

Comme n'importe quelle bobine,  la bobine de charge aura également certaines pertes qui réduiront l'efficacité globale du système d'antenne. Le facteur Q est le rapport entre la réactance inductive (XL) et la résistance de perte (R):

Exemple :

Une bobine de 3mH ave c une résistance de perte=8Ω aura un Q de 320 à 136kHz

La résistance de perte dans la bobine est causée par :

• Les pertes ohmiques dans les spires
• Les pertes dans le suppoprt de la bobine et/ou les objets environnants.

, ces dernières pertes peuvent être ignorées rn LF dans la plupart des cas si une certaine prudence est prise dans le choix du matériau du support et l'emplacement de la bobine de charge. Les pertes ohmiques sont déterminées par la résistance de la bobine. En raison de 2 effets, la résistance de la bobine sera dépendante de la fréquence, et sera souvent considérablement plus grande que la résistance en courant continu :

a. Effet de peau

Comme la fréquence augmente le courant à travers un fil aura tendance à circuler principalement au travers de la couche externe, avec peu ou pas de courant au centre du fil. Etant donné que seule une partie de la surface du fil est utilisé, la résistance en courant alternatif sera plus grande que la résistance en courant continu et augmente à mesure que la fréquence augmente,

L'épaisseur de la couche externe (d) est :

Cela signifie qu'à 136kHz, la couche pelliculaire est de 0,18 mm pour le cuivre et 0,24 mm POUR l'aluminium. Bien que le laiton ait une couche péliculaire  épaisse (0.38mm à 136kHz), il ne convient pas en raison de sa faible conductivité. La solution la plus économique est l'utilisation de fil de cuivre, mais pour un diamètre de fil de 3 mm et au-delà en aluminium est légèrement pire mais peut vous donner une bobine considérablement plus légère (il ne possède que 30% du poids du cuivre).

Dès que le diamètre du fil dépasse deux fois la profondeur péliculaire, le fil présente 'de l'espace perdu »à l'intérieur. Ainsi, il est plus efficace d'utiliser 2 (ou plus) fils minces en parallèle qu'un fil épais unique. Un tel fil H comprenant un grand nombre de fils parallèles (isolés) est appelé fil de Litz. C'est un très bon choix de construire une bobine en fil de Litz qui n'aura seulement qu'une fraction de la perte d'un seul fil de même diamètre, mais malheureusement, il est également assez cher. Soyez conscient que dans le fil multi-brins, les fils parallèles individuels ne sont pas isolés, donc ce n'est pas le fil Litz !

b. Effet de proximité

Quand un courant alternatif circule à travers 2 fils qui sont rapprochés les courants ont tendance à circuler à une distance maximale de l'autre, ce qui provoque un effet similaire à l'effet péliculaire. Cela entraîne une augmentation supplémentaire de la résistance à la perte. Cet effet peut être minimisé en augmentant l'espacement entre les fils. Mais, comme l'espacement des fils est augmenté on aura besoin de plus  de tours (et donc plus de fil) pour obtenir la même inductance. Donc ce qui est gagné en réduisant l'effet de proximité est perdu à nouveau (ou pire encore). Des expériences ont montré que la perte la plus faible est obtenue lorsque l'espacement des fils est égal au diamètre du fil.
Des techniques de bobinage sépciales ont été développées pour maintenir écartées autant que possible les unes des autres les spires d'une bobine,sans augmenter la dimension de la bobine (et donc le besoin de plus de fil). Une de ces techniques est la vannerie où la bobine est constituée d'un nombre impair de tiges et le fil est «tissé» entre elles. De cette façon, les bobines à haut Q peuvent être réalisées, même les bobines et les variomètres «plats», comme indiqué ci-dessous.

Remarque: l'effet de proximité comme montré ici qui se passe si les courants circulent dans le même sens, comme cela est toujours le cas dans une bobine. Si les courants circulent dans des directions opposées l'effet de proximité sera similaire, sauf que les courants maintenant auront tendance à circuler proches l'un de l'autre.

c. Optimisation des dimensions de la bobine
Mis à part le matériau du fil et du diamètre que le rapport du diamètre de la bobine / hauteur de la bobine et le rapport entre l'espacement des fils / diamètre du fil aura une incidence sur le facteur Q. Un meilleur facteur Q peut être prévu pour un diamètre de bobine / bobine rapport de hauteur de ± 1,4 et un rapport de diamètre/espacement des fils de ± 1.

 

Les dimensions d'une bobine optimale (diamètre bobine/hauteur bobine=1.4 et écartement fil/dimaètre fil=1) sont :

 

Exemple :
Supposons que nous voulons faire une bobine 2mH optimisée pour un meilleur facteur Q, en utilisant un fil de 3 mm de diamètre. Sur la base de la formule 15, nous aurons besoin de 66 tours sur une bobine de 39.3cm de long et d'un diamètre de 55cm.

 

d. Bobines à enroulements pyramiaux  (par Niels Jorgensen, OZ8NJ)

Une technique d'enroulement spéciale appelée «banque» ou «pyramide» pour construire des bobines de charge compactes et de haut-Q pour 136kHz. Cette méthode a été utilisée pour construire des bobines et des variomètres d'émetteurs LF / MF pour la marine et l'aéronautique . 

 

Les avantages de cette méthode sont évidents:
• une bobine compacte
• vous économisez du fil (ce qui signifie que vous obtenez un Q plus élevé)
• la capacité d'intercouplage est principalement entre les tours proches électriquement
• basse tension relative entre spires adjacentes

L'inconvénient est que les pertes de proximité vont augmenter, mais l'effet global est positif.

Bien que des bobines à 4 et 5 couches existent, les difficultés pratiques pour maintenir les enroulements en place vont souvent limiter l'enroulement pyramidal  à 2 couches. 

 

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Traduction de l'article de ON7YD   http://www.on7yd.strobbe.eu/136ant/