Télécharger le fichier joint

 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