Introduction
Lors de cette activité, nous avons dû dimensionner puis construire une bobine avec du cuivre afin de pouvoir faire briller une LED le plus loin possible en utilisant le champ magnétique émis par la bobine.
OBJECTIFS
Dimensionner et construire une bobine
Faire briller une LED le plus loin possible grâce à la bobine
Manipulation
Dimensionnement de la bobine
Le dimensionnement de la bobine a été faite grâce au site hamwaves :
Figure 1.1 : Site Hamwave
La bobine a été dimensionnée de telle sorte à obtenir une fréquence de résonance comprise entre 8 et 9 MHz.
Les dimensions obtenues avec le site sont :
Tableau 1 : Dimensions de la bobine
Une fréquence de résonance à 8.855 MHz a été obtenue avec ces dimensions. Le but est de faire traverser un courant dans la bobine pour alimenter une LED :
Figure 1.2 : Lignes de champs
Tout câble alimenté est soumis à un champ électromagnétique dû au courant qui le traverse et une résistivité qui représente les pertes causées par sa longueur. La bobine est soumise elle aussi à ces effets et subit un effet capacitif en raison de ses spires plus ou moins proches.
Plan
La bobine a été fabriquée avec du fil de cuivre et du carton a été utilisé pour le support. Concernant le dimensionnement de la bobine, les plans suivants ont été faits.
Figure 2.1 : Dimensionnement du support
Figure 2.2 : Dimensionnement de la longueur du support
A l’aide du site Hamwave, les dimensions du diamètre et le nombre de spires ainsi que la longueur de la bobine ont été déterminées.
Pour le support, largeur de 220 mm a été décidé car les spires ont un diamètre de 200 mm avec une marge de 10 mm.
18 spires sont à prévoir donc 18 trous avec un pas d'environ 1 cm (+/- 1 mm) ont été fait.
Montage
Nous avons réalisé la structure en carton. Elle est renforcée avec de l'adhésif. Nous avons ensuite placé le cuivre en formant des spires autour du carton :
Figure 3.1 : Bobine
Nous avons utilisé deux rouleaux de cuivre et nous les avons reliés en réalisant une soudure à l’étain.
Tests
Lors des tests, la fréquence RFID a bien été atteinte. Le VNA a été l’outil qui nous a permis de vérifier si la fréquence 13.56 MHz a été atteint.
Figure 4.1 : Logiciel de VNA
Après avoir effectué tous les paramètres, la bobine a été alimentée. Cependant, lors des premiers tests avec une LED, cette dernière ne fonctionnait que lorsqu’elle était placée entre les spires de la bobine. De plus, elle ne restait pas allumé longtemps.
Améliorations
Nous avons effectué une séance supplémentaire nous permettant de refaire nos mesures et d’apporter des améliorations à la bobine.
Nous avons utilisé un “cable antenna analyser” pour faire apparaître l’abaque de smith et pouvoir diriger le plus de puissance à la fréquence 13.6MHz.
Pour calibrer cet appareil, nous utilisons un kit de calibration qui va nous permettre d'effectuer une “tare” sur l’appareil :
Figure 5.1 : Calibration de l’appareil
Pour cela, nous avons placé un point sur l’abaque et nous avons modifié les positions de la bobine et de l'émetteur. Le point M1 doit se trouver à 13.6MHz qui est la fréquence de résonance de la bobine. Il doit être placé au centre de l’abaque.
Figure 5.2 : Evolution de l’impédance
Nous avons placé un générateur sinusoïdal en entrée de l'émetteur.
Nous l’avons réglé sur la fréquence de 13.6MHz avec une amplitude de 15 V.
Nous avons rapproché la LED et sa bobine de notre bobine et la LED s’allume :
Conclusion
Figure 5.3 : Courant circulant à travers la bobine (LED allumée)
Nous avons vu les principes fondamentaux du fonctionnement d’une bobine. Nous avons utilisé des appareils particuliers nécessitant des réglages précis.
La bobine a permis d’alimenter en courant la LED jusqu'à une distance de 20 cm.