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RÉSUMÉ
Grâce à leur résistivité élevée et à leurs propriétés magnétiques, les ferrites sont utilisés dans des applications très hautes fréquences pour la réalisation de dispositifs non réciproques présents dans les systèmes émission/réception, pour les télécommunications ou les radars. La conception et l’optimisation des dispositifs non réciproques hyperfréquences (circulateurs et isolateurs) et réciproques (déphaseurs de puissance) utilisant des ferrites nécessitent la connaissance de leurs comportements électromagnétiques et la maîtrise des phénomènes de propagation des ondes qui conditionnent leurs performances.
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Philippe GELIN : Docteur d'état de l'Université de Lille I - Professeur à l'ENST de Bretagne
INTRODUCTION
Grâce à leur résistivité élevée et à leurs propriétés magnétiques, les ferrites ont rapidement été utilisés dans des applications très hautes fréquences pour la réalisation de dispositifs non réciproques que l'on trouve dans tous les systèmes émission/réception que ce soit dans le domaine des télécommunications ou du radar.
La conception et l'optimisation des dispositifs non réciproques hyperfréquences (circulateurs et isolateurs) et réciproques (déphaseurs de puissance) utilisant des ferrites nécessitent, d'une part, la connaissance de leurs comportements électromagnétiques, à savoir leurs permittivités diélectriques et leurs perméabilités magnétiques et, d'autre part, la maîtrise des phénomènes de propagation des ondes qui conditionnent leurs performances.
Compte tenu des articles déjà parus dans ce traité « Électronique » sur la physique des ferrites , qui résument les nombreuses études théoriques portant sur la compréhension de leurs comportements statiques et dynamiques, nous axerons notre propos sur deux points particuliers :
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d'une part, la représentation de la perméabilité tensorielle des ferrites quel que soit leur état magnétique ;
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d'autre part, les phénomènes de propagation à partir desquels il est possible de comprendre et d'interpréter le fonctionnement des dispositifs non réciproques, dispositifs ayant fait l'objet de l'article dans ce traité.
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- Version courante de juil. 2019 par Bernard DÉMOULIN, Patrick QUEFFÉLEC
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5. Propagation en milieu fini
5.1 Effet de déplacement de champ
L'anisotropie magnétique va entraîner un effet intéressant dès que la structure contenant le ferrite est limitée transversalement, ce qui est toujours le cas. Pour illustrer cet effet, examinons le cas de la ligne microruban représentée sur la figure 9. Cette structure présente d'un point de vue géométrique un plan de symétrie (yOz).
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Lorsque le substrat est un diélectrique isotrope, ce plan est également un plan de symétrie pour les modes de propagation. Pour le mode fondamental quasi TEM, c'est un court-circuit magnétique (CCM) donc Hz, Hy et Ex sont des fonctions impaires de x tandis que Hx, Ez et Ey sont des fonctions paires. De plus les champs longitudinaux Ey et Hy sont en quadrature de phase avec les autres composantes. La figure 10 représente les lignes des champs électrique et magnétique dans le plan transversal.
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Lorsque le substrat est un ferrite aimanté selon Oz par un champ magnétique statique H0, on obtient en projetant l'équation de Maxwell en
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sur l'axe Ox :![]()
Si l'on suppose que le plan yOz est toujours un plan de CCM, le premier membre de l'équation est une fonction paire de x, alors que le second membre est la somme d'une fonction paire et d'une fonction impaire ; ceci montre l'inexactitude de l'hypothèse de départ. Le plan yOz n'est plus un plan de symétrie pour les modes de propagation.
Physiquement, dans le plan xOy les champs magnétiques sont polarisés elliptiquement mais en sens inverse selon les régions situées à gauche ou à droite du plan yOz (voir figure ...
sur l'axe Ox :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LEBOURGEOIS (R.) - Ferrites doux pour l'électronique de puissance - [D 2 160] Génie électrique.
-
(2) - LEBOURGEOIS (R.) - Ferrites faibles pertes pour applications fréquentielles - [E 1 760] Électronique.
-
(3) - COMBES (P.F.), CRAMPAGNE (R.) - Éléments non réciproques à ferrites - [E 1 404] Électronique.
-
(4) - POLDER (D.) - On the theory of ferromagnetic resonance - . Philosophical magazine, vol. 40, pp. 99-115, January 1949.
-
(5) - RADO (G.T.) - Theory of the microwave tensor permeability and Faraday effect in non saturated ferromagnetic materials - . Phys. Review, vol. 89, pp. 529, 1953.
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(6) - SCHLÖMANN (E.) - Microwave behavior of partially magnetized ferrites - . J. Appl. Phys., vol. 41, pp. 204-214,...
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