La réception sur cadre

La réception sur cadre

Nous savons qu’il est possible, à la place d’une antenne et d’une prise de terre, d’utiliser un cadre comme collecteur d’ondes. Dans ce cas, l’entrée du récepteur est connectée à un circuit électriquement fermé constitué de plusieurs spires planes et parallèles. De ce fait le signal capté est uniquement le résultat du courant induit par la composante magnétique du champ haute fréquence.
Comme le montre la figure 1, le cadre ainsi formé capte un signal maximum lorsque le plan des spires est orienté dans la direction de l’émetteur.   

Figure 1 - Directivité du cadre

Cette propriété, appelée la directivité, permet de s’affranchir des interférences et des signaux  parasites, lorsque leur origine n’est pas dans la direction de l’émetteur.
Du fait de sa structure électrique fermée, le signal reçu résulte uniquement de l’induction due à la composante magnétique moins soumise aux signaux parasites que la composante électrique du champ électromagnétique au lieu de réception. En raison de ces deux propriétés, on qualifie souvent les cadres « d’antiparasites ». 
La sensibilité d’un cadre est directement proportionnelle à sa surface et à son nombre de spires et inversement proportionnelle à la longueur d’onde du signal. Ainsi, la sensibilité d’un cadre ondes moyennes décroît à mesure que l’on descend vers le bas de la gamme. En première analyse, on voit que l’on aurait intérêt à augmenter le nombre de spires pour obtenir une meilleure sensibilité aux fréquences basses, mais cela augmenterait en même temps les capacités parasites et réduirait ainsi la fréquence maximale d’utilisation. Il est donc difficile de réaliser des cadres fonctionnant dans une large gamme de fréquences. 
On évalue aussi les performances d’un cadre avec sa hauteur effective, quantifiant sa sensibilité. 
Les cadres ont en général des hauteurs effectives plus faibles que celles des antennes, mais  l’augmentation de la sensibilité des récepteurs a permis leur développement et il en existe plusieurs types correspondant, non seulement à l’évolution de la technique, mais aussi à des utilisations différentes.
On a construit de 1925 à 1930, pour la réception des ondes longues, moyennes ou courtes, des cadres à air à haute impédance comportant des spires parallèles de mêmes dimensions ou bien des spires de section décroissante placées dans un même plan. Ce second  modèle s’avère plus facile à construire, mais le premier présente moins de capacités parasites et une plus grande inductance à surface égale. 
La figure 2 représente une installation professionnelle vers 1925, et la figure 3 différents cadres de réception pour installations domestiques qui datent également de 1925 environ. 

Figure 2 - Installation professionnelle vers 1925

Figure 3 - Anciens cadres

Le cadre à air a connu un regain de popularité après la deuxième guerre mondiale, en particulier avec le modèle cadre "photo" posé sur l’ébénisterie du poste. Celui-ci est doté d’un condensateur variable d’accord avec un changement de gammes incorporé. On le connecte par un cordon blindé sur les prises d’antenne et de terre à l’arrière du poste. La figure 4 en montre plusieurs modèles utilisés vers 1950. 

Figure 4 - Cadres "photo"

Une notion importante à prendre en compte dans la conception et la construction d’un cadre à air : Pour changer de gamme d’ondes, passer de la réception des grandes ondes aux petites ondes par exemple, il n’est pas possible de laisser une partie de l’enroulement en l’air sans connexion. Ce  « bout mort » provoquerait une dégradation de la directivité et de l’effet antiparasite qui en découle. A l’opposé, le fait de court-circuiter une partie des spires provoquerait un amortissement excessif de l’ensemble.
Par conséquent, tous les enroulements doivent impérativement rester actifs quelle que soit la gamme, ce qui est obtenu par un jeu de commutations et de couplages astucieux. 
A noter que les cadres à air furent aussi employés dans les équipements de mesures radioélectriques ainsi que dans les systèmes de radiogoniométrie.
De nouveaux cadres à air cylindriques (tambours) font leur apparition à la fin des années 50. En raison de leur compacité, ils étaient montés dans le coffret et faisaient partie intégrante du système d’accord d’entrée. Les bobinages sont logés dans un cylindre en carton sur lequel est bobiné un enroulement lâche qui assure un écran de blindage efficace chargé d’améliorer l’immunité aux parasites. L’orientation de l’ensemble est actionnée depuis la face avant par un flexible (figure 5).

Figure 5 - Cadre tambour

Les cadres amplifiés à basse impédance ont un effet directif très marqué (figure 6). Ils sont constitués d’une ou deux boucles métalliques rigides suivies d’un transformateur HF d’adaptation accordé qui attaque un amplificateur à gain important. Les alimentations, haute tension et chauffage, sont internes, ou bien prélevées sur le poste à l’aide d’un bouchon.

Figure 6 - Cadres amplifiés

Puis au début des années 60, de nouveaux modèles de dimensions réduites, réalisés sur un bâtonnet de ferrite à haute perméabilité (>100 pour le ferroxcube) équipent les récepteurs.
Les bobinages qui servent également à l’accord des circuits d’entrée, sont réalisés sur un support en matériau isolant (carton bakélisé) qui peut coulisser sur le bâtonnet afin de permettre le réglage des accords en usine. 
On comprend avec l’illustration de la figure 7 comment les lignes de force de la composante magnétique du champ électromagnétique sont canalisées par le matériau ferrite et traversent le cadre en plus grand nombre. Grâce à cette efficacité, il présente les performances d’un cadre à air dont la surface serait plusieurs dizaines de fois plus grande.
Ce modèle est parfois entouré de spires espacées qui assurent un blindage de protection (figure 8). 

Figure 7 - Lignes de force dans le matériau ferrite 

Figure 8 - Cadres ferrite

 
Pour de plus amples informations et en particulier le calcul et la construction de cadres divers, je vous invite à consulter sur ce site l’article : Construisez un cadre

Daniel Maignan