300px|thumb|Bobines Pupin au musée des PTT à Belgrade (Serbie).
Une bobine de charge, self d'adaptation ou bobine (d'induction) de Pupin est une bobine qui est insérée dans un circuit électronique pour augmenter son inductance. Le terme est apparu au pour désigner les bobines utilisées pour éviter la distorsion du signal dans les câbles de transmission télégraphique à longue distance. Le terme est également utilisé pour les bobines dans les antennes radio, ou entre l'antenne et sa ligne d'alimentation, pour rendre résonante une antenne trop courte électriquement à sa fréquence de fonctionnement.
Le concept de bobines de charge a été découvert par Oliver Heaviside en étudiant le problème de la lenteur de la vitesse de signalisation du premier câble télégraphique transatlantique dans les années 1860. Il en a conclu qu'une inductance supplémentaire était nécessaire pour éviter la distorsion de l'amplitude et du délai du signal transmis. La condition mathématique pour une transmission sans distorsion est connue sous le nom de . Les lignes télégraphiques précédentes étaient terrestres ou plus courtes et induisaient donc moins de retard, et le besoin d'une inductance supplémentaire n'était pas aussi important. Les câbles de communication sous-marins sont particulièrement sujets à ce problème, mais les installations du début du utilisant des lignes symétriques étaient souvent chargées en continu avec du fil ou du ruban de fer plutôt que discrètement avec des bobines de chargement, ce qui permettait d'éviter les problèmes d'étanchéité.
Historiquement, les bobines de charge sont également connues sous le nom de bobines Pupin en référence à Michael Idvorsky Pupin, en particulier lorsqu'elles sont utilisées pour la condition de Heaviside, et le processus d'insertion de ces bobines est parfois appelé pupinisation.
Applications vignette|600px|center|Schéma d'une ligne téléphonique chargée équilibrée. Les condensateurs ne sont pas des composants discrets mais représentent la capacité distribuée entre les fils conducteurs de la ligne qui sont très proches les uns des autres, ce qui est indiqué par les lignes pointillées. Les bobines de charge empêchent le signal audio (voix) d'être déformé par la capacité de la ligne. Les enroulements de la bobine de charge sont enroulés de manière que le flux magnétique induit dans le noyau soit dans la même direction pour les deux enroulements.
Les lignes téléphoniques
Une application courante des bobines de charge consiste à améliorer les caractéristiques de réponse d'amplitude sur le spectre sonore de la voix des paires torsadées symétriques dans un câble téléphonique. La paire torsadée étant un format symétrique, la moitié de la bobine de charge doit être insérée dans chaque branche de la paire pour maintenir l'équilibre. Il est courant que ces deux enroulements soient formés sur le même noyau. Cela augmente les liens de flux, sans lesquels le nombre de tours de la bobine devrait être augmenté. Malgré l'utilisation de noyaux communs, ces bobines de charge ne constituent pas des transformateurs, car elles n'assurent pas de couplage avec d'autres circuits.
Les bobines de charge insérées périodiquement en série avec une paire de fils réduisent l'atténuation aux fréquences vocales les plus élevées jusqu'à la fréquence de coupure du filtre passe-bas formé par l'inductance des bobines (plus l'inductance répartie des fils) et la capacité répartie entre les fils. Au-dessus de la fréquence de coupure, l'atténuation augmente rapidement. Plus la distance entre les bobines est courte, plus la fréquence de coupure est élevée. L'effet de coupure est un artefact de l'utilisation de bobines à éléments groupés. Avec les méthodes de charge utilisant une inductance continue distribuée, il n'y a pas de coupure.
Sans bobine de charge, la réponse de la ligne est dominée par la résistance et la capacité de la ligne, l'atténuation augmentant doucement avec la fréquence. Avec des bobines de charge ayant exactement la bonne inductance, ni la capacité ni l'inductance ne dominent : la réponse est plate, les formes d'onde ne sont pas déformées et l'impédance caractéristique de la ligne est résistive jusqu'à la fréquence de coupure. La formation coïncidente d'un filtre passe-bas laissant passer les est également bénéfique dans la mesure où le bruit est réduit.
DSL Avec des bobines de charge, l'atténuation du signal d'un circuit reste faible pour les signaux dans la bande passante de la ligne de transmission mais augmente rapidement pour les fréquences supérieures à la fréquence de coupure audio. Si la ligne téléphonique est ensuite réutilisée pour prendre en charge des applications nécessitant des fréquences plus élevées, comme dans les analogiques ou numériques ou les Digital Subscriber Lines (DSL), les bobines de charge doivent être retirées ou remplacées. L'utilisation de bobines avec des condensateurs parallèles forme un filtre avec la topologie d'un et une bande de fréquences au-dessus de la coupure est également passée. Sans suppression, les abonnés situés à une distance importante, par exemple à plus de du central, ne peuvent pas bénéficier de la technologie DSL.
Systèmes à fréquence porteuse Les câbles téléphoniques américains du début et du milieu du étaient équipés de bobines de charge à intervalles d'un mile (), généralement dans des boîtiers de bobines qui en contenaient plusieurs. Les bobines devaient être retirées pour laisser passer des fréquences plus élevées, mais les boîtiers de bobines offraient des emplacements pratiques pour les répéteurs des systèmes numériques T-carrier, qui pouvaient alors transmettre un signal de 1,5 Mbit/s sur cette distance. En raison de l'étroitesse des rues et du coût plus élevé du cuivre, les câbles européens étaient plus fins et plus espacés. Des intervalles d'un kilomètre ont permis aux systèmes européens de transporter 2 Mbit/s.
Antenne radio thumb|upright=1.3|Une antenne monopôle mobile typique avec une bobine de charge placée au centre. thumb|upright=1.3|Une énorme bobine de charge d'antenne utilisée dans un radiotélégraphe de puissance à onde longue dans le New Jersey en 1912. Un autre type de bobine de charge est utilisé dans les antennes radio. Les antennes radio monopôle et dipôle sont conçues pour agir comme des résonateurs pour les ondes radio ; la puissance de l'émetteur, appliquée à l'antenne par l'intermédiaire de la ligne de transmission de l'antenne, excite des ondes stationnaires de tension et de courant dans l'élément de l'antenne. Pour être « naturellement » résonante, l'antenne doit avoir une longueur physique égale à un quart de la longueur d'onde des ondes radio utilisées (ou un multiple de cette longueur, les multiples impairs étant généralement préférés). À la résonance, l'antenne agit électriquement comme une résistance pure, absorbant toute la puissance qui lui est appliquée par l'émetteur.
Dans de nombreux cas, pour des raisons pratiques, il est nécessaire de rendre l'antenne plus courte que la longueur de résonance, on parle alors d'antenne électriquement courte. Une antenne plus courte qu'un quart de longueur d'onde présente une réactance capacitive sur la ligne de transmission. Une partie de la puissance appliquée est réfléchie dans la ligne de transmission et retourne vers l'émetteur. Les deux courants de même fréquence circulant dans des directions opposées provoquent des ondes stationnaires sur la ligne de transmission, caractéristiques d'un rapport d'ondes stationnaires (ROS) supérieur à un. Les courants élevés gaspillent de l'énergie en chauffant le fil, et peuvent même surchauffer l'émetteur.
Pour rendre résonante une antenne courte électriquement, une bobine de charge est insérée en série avec l'antenne. La bobine est construite pour avoir une réactance inductive égale et opposée à la réactance capacitive de l'antenne courte, de sorte que la combinaison des réactances s'annule. Lorsqu'elle est ainsi chargée, l'antenne présente une résistance pure à la ligne de transmission, empêchant l'énergie d'être réfléchie. La bobine de charge est souvent placée à la base de l'antenne, entre celle-ci et la ligne de transmission (charge de base), mais pour un rayonnement plus efficace, elle est parfois insérée près du point médian de l'élément d'antenne (charge centrale).
Les bobines de charge pour les émetteurs puissants peuvent avoir des exigences de conception difficiles, en particulier aux basses fréquences. La résistance de rayonnement des antennes courtes peut être très faible, de l'ordre de quelques ohms dans les bandes LF ou VLF, où les antennes sont généralement courtes et où la charge inductive est la plus nécessaire. Étant donné que la résistance dans l'enroulement de la bobine est comparable ou supérieure à la résistance du rayonnement, les bobines de charge pour les antennes extrêmement courtes électriquement doivent avoir une résistance AC extrêmement faible à la fréquence de fonctionnement. Pour réduire les pertes par effet de peau, la bobine est souvent constituée d'un tube ou d'un fil de Litz, avec des enroulements à une seule couche, dont les spires sont espacées pour réduire la résistance par . Ils doivent souvent supporter des tensions élevées. Pour réduire la puissance perdue dans les pertes diélectriques, la bobine est souvent suspendue dans l'air sur de minces bandes de céramique. Les antennes à charge capacitive utilisées aux basses fréquences ont des bandes passantes extrêmement étroites et, par conséquent, si la fréquence est modifiée, la bobine de charge doit être réglable pour accorder l'antenne à la résonance avec la nouvelle fréquence de l'émetteur. Des variomètres (bobines variables) sont souvent utilisés.
Transmission d'énergie en masse Pour réduire les pertes dues à la forte capacité sur les lignes de transport d'énergie sur de longues distances, une inductance peut être introduite dans le circuit à l'aide d'un système de transmission flexible en courant alternatif (FACTS), d'un compensateur statique d'énergie réactive ou d'un . La compensation série peut être considérée comme une inductance connectée au circuit en série si elle fournit une inductance au circuit.
Équation de Campbell
L'équation de Campbell est une relation due à pour prédire la d'une ligne chargée. Elle s'énonce comme suit :
où : est la constante de propagation de la ligne non chargée est la constante de propagation de la ligne chargée est l'intervalle entre les bobines sur la ligne chargée est l'impédance d'une bobine de charge et est l'impédance caractéristique de la ligne non chargée.
Une règle empirique plus conviviale pour les ingénieurs est que l'exigence approximative pour l'espacement des bobines de charge est de dix bobines par longueur d'onde de la fréquence maximale transmise. Cette approximation peut être obtenue en traitant la ligne chargée comme un et en lui appliquant la . D'après la théorie de base des filtres à image, la fréquence angulaire de coupure et l'impédance caractéristique d'un filtre passe-bas à k constant sont données par :
et
où et sont les valeurs de l'élément de demi-section.
Ces équations de base permettent de déterminer l'inductance de la bobine de charge et l'espacement nécessaire entre les bobines :
et
où C est la capacité par unité de longueur de la ligne.
L'expression de cette capacité en termes de nombre de bobines par longueur d'onde de coupure donne :
où v est la vitesse de propagation du câble en question.
Puisque alors
.
Campbell est parvenu à cette expression par analogie avec une ligne mécanique périodiquement chargée de poids décrite par Charles Godfrey en 1898, qui a obtenu un résultat similaire. Les lignes mécaniques chargées de ce type ont été étudiées pour la première fois par Joseph-Louis Lagrange (1736-1813).