micro-ondes problemes et exercices avec solution resume

MICRO-ONDES
PROBLEMES ET EXERCICES
AVEC SOLUTION
M. AUBES
I. CHENERIE
P.-F. COMBES
J. GRAFFEUIL
A. LOPES
J.–F. SAUTEREAU
RESUME
Ce recueil d'exercices et de problèmes traite des sujets correspondant aux
micro-ondes. Il comporte non seulement des énoncés classiques comme les
guides d'ondes, les lignes TEM, le diagramme de SMITH et l'adaptation mais
aussi des thèmes moins souvent abordés malgré leur importance tels que
les antennes et la propagation en espace libre, les circuits passifs
réciproques et non réciproques, les
circuits actifs linéaires et non linéaires.
Au total, ce sont 50 problèmes avec solution détaillée et 46 exercices avec
abrégé de solution qui permettront au lecteur d'approfondir les sujets de
cours, d'enrichir ses connaissances et de s'exercer dans la recherche d'une
solution adéquate.
L'ouvrage s'adresse à un large public tant en formation initiale (IUT, licences
et maîtrises d'EEA, de télécommunications, de physique; écoles d'ingénieurs) qu'en formation continue pour les ingénieurs et
cadres techniques du secteur des micro-ondes.
Il pourra aussi être utilisé avec profit pour compléter le cours publié par ailleurs dans les trois livres suivants:
LES ONDES METRIQUES ET CENTIMETRIQUES : GUIDES, CIRCUITS PASSIFS, ANTENNES par P.F. Combes
TRANSMISSION EN ESPACE LIBRE ET SUR LES LIGNES par P.F. Combes
COMPOSANTS, DISPOSITIFS ET CIRCUITS, ACTIFS EN MICRO-ONDES par P.F. Combes, J. Graffeuil et J.-F. Sautereau
TABLE DES MATIERES
PARTIE – I LIGNES ET GUIDES D'ONDES
P.1 Ondes électromagnétiques dans un milieu conducteur 2
P.2 Etude d'une ligne comme une succession de quadripôles 5
P 3 Dimensionnement d'une ligne microruban 8
P.4 Ligne en régime impulsionnel - Méthode graphique pour déterminer-le régime permanent 11
P 5 Puissance transportée en guides standard et surdimensionné 14
P.6 Lignes de courant dans un guide métallique rectangulaire 17
P.7 Guide diélectrique plan 20
P.8 Etude d'une cavité résonnante ouverte par l'optique géométrique 27
P 9 Coefficient de qualité lié aux pertes ohmiques dans les parois d'une cavité fermée 31
P.10 Etude d'un résonateur ouvert par la résolution de l'équation d'Helmholtz 33
E.1 Détermination des constantes primaires et secondaires d'une ligne coaxiale 37
E.2 Relation entre la puissance transmise et le rapport d'ondes stationnaires 39
E.3 Résonateur coaxial 40
E.4 Equivalence entre tronçon de ligne et circuit résonnant 42
E 5 Mesure des caractéristiques d'un câble téléphonique 45
E:6 Guide d'ondes métallique à section carrée ou triangulaire 46
E.7 Dimensionnement d'un guide rectangulaire 47
E.8 Bande passante d'un guide rectangulaire" 48
E.9 Recherche des modes propagatifs dans un guide rectangulaire 50
E.10 Mesure d'une constante diélectrique 51
E.11 Coefficient de qualité propre d'une cavité ouverte 53
E.12 Polarisation circulaire du champ magnétique 55

E.12 Polarisation circulaire du champ magnétique 55
PARTIE – Il SOURCES RAYONNANTES – ANTENNES PROPAGATION EN ESPACE LIBRE
P.1 Etude du rayonnement par ondes sphériques d'un doublet et d'un dipôle 58
P.2 Calcul approché de l'impédance d'entrée d'un dipôle
demi-onde dont les tiges ont une épaisseur finie 61
P.3 Etude des divers types de rayonnement d'un réseau linéaire de sources isotropes 64
P.4 Loi d'éclairement. rayonnement axial, gain et facteur de gain d'un paraboloïde 67
P.5 Paraboloïde à découpe elliptique: focale. gain. Tache de diffraction. Rayonnement
du cornet primaire 70
P.6 Antenne Cassegrain - Gain. Calcul des focales Influence du réflecteur auxiliaire
sur le rayonnement 72
P.7 Influence d'une plaine et d'une montagne sur une liaison. Phénomènes de réflexion
et de diffraction 75
P.8 Liaison Terre - Satellites Telecom'1 et TDF 1 Caractéristiques des antennes de réception 78
E.1 Gain et résistance de rayonnement du doublet 80
E.2 Gain d'un alignement continu de sources équiphases 81
E.3 Rayonnement d'un guide d'ondes à fentes longitudinales 83
E.4 Gain des ouvertures rayonnantes planes. Facteur de gain lié à la loi d'éclairement 85
E.5 Caractéristiques de rayonnement et dimensions d'un cornet pyramidal éclairant
un réflecteur 87
. E.6 Antenne paraboloïdale : Gain – Rendement Directivité - Focale - Tache focale 89
E.7 Puissance et champ rayonnés par un émetteur de TV Antenne de réception. Perte
due à la liaison avec le récepteur 90
E.8 Equation et bilan d'une liaison Radar. Surface équivalent Radar et calcul de la portée
91
PARTIE – III UTILISATION DE L'ABAQUE DE SMITH
P.1 Adaptation et transfert de puissance 94
P.2 Adaptation par lignes quart d'onde. Largeur de bande d'adaptation 96
P.3 Opérations élémentaires sur le diagramme de Smith 99
P.4 Détermination d'une impédance de charge 104
P.5 Adaptation 108
P.6 Adaptation par élément discret et tronçon de ligne 113
P.7 Adaptation par iris 115
P.8 Adaptation pour un générateur d'impédance interne complexe 118
E.1 Admittance d'entrée de deux tronçons parallèles 120
E.2 Déplacement sur une ligne à pertes 121
E.3 Détermination de l'admittance d'un oscillateur 122
E.4 Impédance d'entrée d'un guide en fonction de l'enfoncement d'un plongeur 122
E.5 Adaptation à un stub : changement de fréquence 124
E.6 Adaptation par un stub chargé par une self 125
E.7 Adaptation par un tronçon l./8 et un tronçon l./4 126
PARTIE – IV CIRCUITS PASSIFS
P.1 Matrice S du combineur- diviseur de puissance Wilkinson par la méthode
des modes pair et impair 130
P.2 Plans principal et anti-principal d'un hexapôle sans perte et réciproque 133
P.3 Matrice S de l'anneau hybride par la méthode des modes pair et impair et les matrices
de chaîne 136
P.4 Isolateur et déphaseur non réciproque pour fortes puissances en guide rectangulaire 140
P.5 Isolateur millimétrique à rotation de polarisation non réciproque en guide
circulaire chargée de ferrite 146
P.6 Multiplexeur de canaux de télévision à coupleurs 3 dB et longueurs de ligne 149
P.7 Mesure du coefficient de transmission d'une cavité remplie de gaz 151
P.8 Calcul des éléments d'un filtre passe-bas 153
E.1 Etude de quelques hexapôles par la matrice S 156
E.2 Mesure des paramètres d'un coupleur directif à l'aide d'un atténuateur calibré
Utilisation en réflectométrie 157
E.3 Réalisation d'un dispositif sommateur différentiateur 159
E.4 Réalisation d'un diviseur de puissance' continûment variable 160
E.5 Réalisation d'un déphaseur adapté variable à l'aide d'un coupleur 3 dB et de
lignes court-circuitées 161
E.6 Etude du duplexeur radar à C3dB et tubes TR 163
E.7 Réalisation d'un circulateur à 4 voies 164
E.8 Réalisation de filtres passe bande en technologie guide d'ondes 166
E.9 Résonateur diélectrique cylindrique 168

PARTIE – V CIRCUITS ACTIFS
P.1 Atténuateur non réciproque à diode PIN 172
P.2 Self-inductance active à base de transistors micro-ondes 174
P.3 Calcul des paramètres S d'un dispositif à partir de son schéma équivalent électrique 177
P.4 Atténuateur adapté au moyen de deux transistors micro-ondes à effet de champ 179
P.5 Principaux circuits d'adaptation réactifs utilisés dans les amplificateurs micro-ondes
à état solide et leur comportement en fonction de la fréquence 181
P.6 Calcul des paramètres S et du gain disponible d'un transistor micro-onde à partir de
son schéma équivalent électrique
185
P.7 Utilisation des transistors à effet de champ micro onde dans des configurations
non conventionnelles du type drain commun ou grille commune
187
P.8 Facteur de bruit et théorème de Friis dans une chaîne d'amplification 190
P.9 Modélisation du fonctionnement optimum d'un oscillateur 191
P.10 Etude d'un discriminateur 195
P.1I Détecteur de phase 198
P.12 Etude d'un oscillateur 201
P.13 Système de mesure de bruit d'un oscillateur 204
P.14 Etude d'un mélangeur équilibré à diodes Schottky 209
P.15 Mise en équations d'un klystron amplificateur à deux cavités - Détermination de ses performances 212
P.16 Phénomène de non-linéarité dans un amplificateur à TOP 215
E.1 Variation de capacité dans un varactor 220
E.2 Transformation par réseau actif en T 220
E.3 Calcul des gains et de la stabilité d'un transistor à partir de ses paramètres S 221
E.4 Gain disponible d'un transistor 222
E.5 Calcul du facteur de bruit d'un amplificateur connaissant les paramètres de bruit du
Transistor dont il est constitué 223
E.6 Point de compression à 1 dB 224
E.7 Index de bruit MA 226
E.8 Index de bruit MF 228
E.9 Modélisation d'un diviseur de fréquence analogique regénératif 230
E.10 Caractéristiques de la structure à retard d'un tube à ondes progressives
Puissance de sortie 232
E.11 Fréquence de fonctionnement et rendement d'un magnétron 233
BIBLIOGRAPHIE 237
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