Visualisa(on de phénomènes de CEM avec les applets JAVA Falstad Les applets Java du site Web Falstad.com permettent de voir en animations interactives les différentes composantes des champs électromagnétiques dans un très grand nombre de configurations et d’illustrer les phénomènes de C.E.M. qui sont détaillés dans les stages AEMC. Ces applets une fois téléchargées en local fonctionnent depuis une fenêtre d’applet JAVA dans un navigateur WEB (Safari, Google Chrome, FireFox, Internet Explorer etc.) à la condition d’avoir autorisé l’exécution des applets Java ( Dans réglages de sécurité) et d’avoir vérifié que l’environnement d’exécution JAVA : JRE (Java RunTime Environment) est bien installé. Le principe du simulateur est la résolution des équations de Maxwell en mode différentiel par pas temporels en 2D sur un plan XY : méthode TLM : Transmission Line Matrix. Le plan est découpé en petits carrés dont le coté est égal à la distance parcourue pendant un pas temporel. En fonction des matériaux, de leur forme, de la fréquence, il y a réflexion, absorption, déflexion, diffraction, ralentissement etc. Les applets Emwave1 sont appelées TE pour Transverse Electric pour représenter le champ électrique dans le plan d’observation sous forme de lignes ou de flèches, le champ magnétique perpendiculaire étant représenté sous forme de colorations rouge ou verte. Les applets Emwave2 sont appelées TM pour Transverse Magnetic pour représenter le champ magnétique dans le plan d’observation sous forme de lignes ou de flèches, le champ électrique perpendiculaire étant représenté sous forme de colorations rouge ou verte. Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 1 Applets JAVA sur l’électromagné(sme du site Falstad.com Propagation des ondes électromagnétiques Ondes électromagnétiques, Champs magnétiques quasi-statiques, électrotechnique Simulateur analogique Modes de résonance dans les cavités Propagation dans les guides d’ondes Diagramme de rayonnement de groupement d’antennes Figures de diffraction de Fresnel Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 2 Configura(ons enregistrées applets JAVA Falstad TE Visualisation lignes de champ E TM Visualisation lignes de champ H (Induction B) ATTENTION : Pas de possibilité d’enregistrer une nouvelle configuration Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 3 Paramètres de contrôle et d’affichage des applets JAVA Falstad TE Visualisation lignes de champ E TM Visualisation lignes de champ H (Induction B) • • • • Disp = densité de courant de déplacement (capacitif due au dE/dt) j = densité de courant ohmique pour la puissance active Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] • • • Curl E= rot E B = Induction magnétique ou densité de flux = µ.H H = Champ magnétique Dielectric : Permittivité ε Perméabilité magnétique µ Page 4 Exemple de fonc(onnement de JAVA Falstad pour le dipôle λ /2 Configuration : Dipôle λ /2 l essai 10 14 10 18 Applet TE pour visualiser les Paragraphes lignes de champ électrique Onde électromagnétique en champ proche à d < λ / 2π Action de la souris λ λ/2 Direction de propagation de l’onde électromagnétique Lobe principal du diagramme de rayonnement Diagramme de rayonnement en champ lointain avec minimum dans l’axe du dipôle Flèches Blanches : Champ E en intensité et direction Flèches jaunes : Densité de courant J en intensité et direction Zones Vertes et Rouges : Champ H + Diagramme de rayonnement de groupement et H- d’antennes Conducteur en Gris auquel s’attachent les charges électriques Sources Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 5 Lignes de champ E dans JAVA Falstad pour le dipôle l /2 Configuration : Dipôle λ /2 λ/2 λ/2 Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 6 Comparaison des lignes de champ E du dipôle avec le calcul classique λ λ/2 Référence : Antennes & propagation Radio ; Dominic Grenier Université Laval Québec page 4-43 Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 7 Carte de champ magné(que des modes commun et différen(el Champ H faible en dehors de la paire Affectation de la souris = choix d’un courant + ou - Paire en mode différentiel Choix Applet T.M. pour voir les lignes de champ magnétique Champ H fort en dehors de la paire Champ H fort en dehors de la paire Les lignes de champ H et d’induction B ont la même forme car on est dans le vide Paire Paire en en mode mode commun commun Mise en évidence : • Du faible rayonnement du mode différentiel qui transporte le signal utile • Du fort rayonnement du mode commun qui transporte les perturbations Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 8 Courant de déplacement et courant ohmique dans une capacité Circulation des courants dans une structure de condensateur insérée dans une cavité résonante Disp = Displacement current = Courant lié à dE/dt ; I = C. dV/dt = -j .ω. C.V. sin(ω.t) Conducteur Invention géniale de Maxwell qui permet aux condensateurs de laisser passer du courant et aux antennes de rayonner de l’énergie. C’est fréquemment le courant de Commun. J =Mode courant de conduction dans le métal passant dans la surface intérieure par effet de peau Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 9 Contournement d’une tôle de blindage par l’effet de diffrac(on Le phénomène de réflexion (Spéculaire) a lieu sur des surfaces avec : − L >> λ − Irrégularités << λ − Angle d’incidence i = angle de réflexion r. Onde plane λ λ/2 Reconstitution du front d’onde i Si irrégularités ≈ λ alors réflexion diffuse. Plan réflecteur Longueur >> λ Diffraction par la première extrémité Le phénomène de diffraction a lieu sur les arêtes du plan réflecteur qui se comportent comme des sources secondaires et rerayonnent des ondes sphériques qui composent un front d’onde diffracté. La taille des objets diffractants est << λ. Un obstacle illuminé par un front d’onde renvoie un front d’onde réfléchi et un front d’onde diffracté qui contourne l’obstacle. B- Ondes sphériques r Ondes sphériques Front d’onde réfléchi B+ E Effet d’écran Front d’onde diffracté Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Ondes sphériques Page 10 Blindage fonc(onnant en cavité résonante avec fuite • • Source de rayonnement = Dipôle de longueur λ /2 accordé Blindage de dimensions > λ / 2 avec une fuite Fente = source ponctuelle de champ magnétique rayonnant des ondes sphériques. Cette configuration est représentative d’un boîtier de blindage enfermant une horloge à fronts très raides et dont les harmoniques supérieures vérifient λ / 2 < dimensions du boîtier Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 11 Blindage magné(que par concentra(on de flux avec un fort µ r Avec µr = max Les lignes de flux magnétique sont déviées par le matériau magnétique à fort µr Réglage de µr au max Applet Java TM pour visualiser les lignes d’induction B Réglage de µr au min Avec µr = min Les lignes de flux magnétique ne sont pas déviées par le matériau magnétique à faible µr Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Page 12 Effets des matériaux diélectriques et magné(ques sur les champs E & H Applet TM pour la magnétostatique ; effet de µ Matériaux magnétiques Solénoïde avec noyau magnétique en double C + entrefer ; perméabilité µr minimum : pas de guidage de H ni de B • B continu Applet TE pour l’électrostatique ; effet de ε Matériaux diélectriques Capacité avec diélectrique avec permittivité εr minimale ≈ ε0 Champ E constant • D continu • H discontinu Epanouissement des lignes de champ depuis l’entrefer • E discontinu Hmax dans entrefer ; min dans noyau Solénoïde avec noyau magnétique en double C + entrefer ; perméabilité µr maximum : guidage de H et B maximum Le blog AEMC - 04 76 49 76 76 - [email protected] Capacité avec diélectrique avec permittivité εr maximale Champ E réduit dans le diélectrique, D constant Page 13