Les guides d`ondes circulaires

Guides d’ondes rectangulaire et circulaire
FENTIZ Saïda
1. Introduction:
On sait que les ondes électromagnétiques peuvent être émises dans
l’espace libre au moyen d’une antenne par exemple, on parle alors de
propagation libre des ondes, procédé qui est largement utilisé pour les systèmes
de télécommunication mais lorsque la fréquence et/ou la puissance augmente
l’emploi de lignes de transmission devient très limité, Dans ce cas, il devient
nécessaire d’utiliser des structures appelées « guide d’onde » pour la
transmission de cette énergie électromagnétique.
Fig1 : ligne de transmission « guide d’onde »
2. Guide d’onde :
Un guide d'ondes est un tube conducteur par lequel l'énergie est transmise
sous forme d'ondes électromagnétiques. Le tube agit en tant que frontière qui
confine les ondes en son intérieur.
Les champs électromagnétiques sont propagés par le guide d'ondes au
moyen de réflexions contre ses murs intérieurs, qui sont considérés comme des
conducteurs parfaits. L'intensité des champs est plus grande au centre le long de
la dimension X et doit diminuer à zéro en arrivant aux murs car l'existence de
n'importe quel champ parallèle aux murs sur la surface ferait entrer un courant
infini dans un conducteur parfait.
On peut aussi considérer le guide d’ondes comme un filtre passe-haut
avec sa propre fréquence de coupure.
2.1. Guide d’onde rectangulaire :
On appelle guide d’onde rectangulaire un système de guidage réalisé sous
forme de tube métallique de section droite rectangulaire. Les dimensions X, Y et
Guides d’ondes rectangulaire et circulaire
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Z d’un guide d’ondes rectangulaire sont représentées dans la figure suivante:
Fig2 : guide d’ondes rectangulaire
La propagation selon Oz d’une OEM dans un guide d’onde rectangulaire
sera possible si le champ électrique de l’onde incidente est parallèle aux faces
sur lesquelles cette onde va se réfléchir successivement.
Fig3 : propagation d’une onde TE
2.2. Les guides d’ondes circulaires :
Le guide d’onde circulaire est un cylindre métallique, creux, de rayon a. il
est représenté dans le système de cordonnées cylindriques sur la figure suivante
où l’axe Z est toujours défini comme étant la direction de propagation.
La procédure pour déterminer les expressions analytiques de tous les
champs est similaire à celle suivie pour le guide d’ondes rectangulaire à
l’exception de la mise en place et de la résolution des équations qui est faite en
coordonnées cylindriques pour faciliter l’application de la condition aux limites.
Fig4 : guide d’onde circulaire
Guides d’ondes rectangulaire et circulaire
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3. Les modes de propagation :
Le régime le plus général pouvant exister dans un guide est formé de
toutes les composantes des champs Ex, Ey, Ez, Hx, Hy et Hz. Ce régime peut
être considéré comme la superposition de deux ondes :
Une onde telle que Ez = 0 dite onde Transverse Électrique TE, le vecteur de
champ électrique est perpendiculaire au plan d’incidence (xoz), E//oy et il
conserve cette position lors du guidage mais il change le signe en conservant le
sens direct (k,E,H).
Une onde telle que Hz = 0 dite onde Transverse Magnétique TM, le
vecteur de champ électrique est dans le plan d’incidence et le vecteur du champ
magnétique lui est perpendiculaire H//oy.
Le mode de propagation est identifié par deux lettres suivies de deux
numéros. Par exemple, TE 10, TM 11, etc... Le nombre de modes possibles
augmente avec la fréquence pour une taille donnée de guide et il n’y a qu’un
mode possible, nommé le mode dominant, pour la plus basse fréquence
transmissible. Dans un guide rectangulaire, la dimension critique est X. Cette
dimension doit être plus élevée que 0,5 λ à la plus basse fréquence à être
transmise.
4. Pertes dans les guides d’onde :
L’analyse effectuée jusqu’à présent considérait des pertes nulles, alors
qu’en pratique elles sont toujours présentes quoique très faibles- elles ne
modifient presque rien les vitesses et impédances obtenues.
Les pertes sont de deux ordres, les pertes dans le conducteur responsables
de l’échauffement du conducteur par les courants de surface et les pertes dans le
diélectrique introduites par la permittivité complexe du matériau.
5. Conclusion :
Il s’agit de structures conductrices creuses dans lesquelles se propagent
des ondes électromagnétiques par réflexions successives sur les parois internes
que l’on le retrouve surtout dans le transport des signaux micro-ondes sur des
distances intermédiaires et les interconnexions entre l’étage de puissance et
l’antenne de transmission.