Ch.3 : Les guides d`ondes

Ch.3 : Les guides d’ondes
Les guides d’ondes sont des conducteurs creux à l’intérieur desquels se propagent les ondes
électromagnétiques, par réflexion sur les parois internes.
Utilisés lorsque :
- les puissances à transmettre sont élevées
- les distances à parcourir dépassent quelques décimètres.
On considère une onde électromagnétique, dans le domaine des longueurs d'
ondes centimétriques,
qui se propage dans un guide d’onde métallique creux rectangulaire de dimensions intérieures a × b
où a>b:
Hypothèses :
-
Conducteur parfait
-
Signal sinusoïdal (1 fréquence ou une bande de fréquence HF étroite)
1. Divers types d’ondes électromagnétiques
•
Onde plane dans l’espace (loin de la source)
2 champs transverses E et H (onde TEM)
β=
E ( t ) = E 0 cos( t − z )
E = E 0 exp( j( t − z ))
H ( t ) = H 0 cos( t − z )
H = H 0 exp( j( t − z ))
2π
(nombre d’onde)
λ
1
L’impédance d’onde, Z =
E
=
H
Vitesse de propagation, v =
µ
ε
1
εµ
Surfaces ou front d’onde : surfaces d’égale phase
Plan de polarisation de l’onde : plan défini par E et la direction de propagation OZ .
Cas des ondes guidées :
•
Si seul E est perpendiculaire à OZ , c’est une onde TE (transverse électrique)
•
Si seul H est perpendiculaire à OZ , c’est une onde TM (transverse magnétique)
•
Si l’onde comporte à la fois une composants E z et H z , elle est dite hybride (EH ou HE)
2. Champs E et H au voisinage d’un conducteur parfait
Dans un métal conducteur parfait, E =0 et H =0
Au voisinage de la surface (conditions limites),
E est nul ou perpendiculaire à la surface du métal
H est nul ou perpendiculaire à la surface du métal
Les lignes de courant J sont alors perpendiculaires aux lignes du champ magnétiques H
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3. Réflexion d’une onde plane sur un plan conducteur parfait
1er cas simple : E dans le plan d’incidence (dans le plan de a feuille)
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2eme cas simple : E perpendiculaire au plan d’incidence
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4. Puissance transportée par le guide rectangulaire en mode TE10
Pmax =
λ ab 2
ab 2
Em =
Em
λ g 4Z 0
4Z
Em : champ électrique maximal avant ionisation et claquage
Z0 =
E
=
H
µ
: impédance l’onde
ε
5. Ondes stationnaires dans le guide
A l’extrémité du guide ? Obstacle ?
Il peut exister - un court-circuit (métallisation)
- un circuit ouvert
- une charge quelconque (fente)
- une antenne (ex. cornet)
Il y a donc dans la plupart des cas (sauf adaptation parfaite) une onde réfléchie.
Il existe donc un système d’ondes stationnaires avec une répartition spatiale en OZ.
Les calculs se font par analogie avec les lignes (calcul du TOS, utilisation de l’Abaque de Smith, ...)
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