Article

1 - L’ONDE PLANE DANS UN MILIEU MAGNÉTIQUE ANISOTROPE

2 - PROPAGATION GUIDÉE EN MILIEU ANISOTROPE

3 - CONCLUSION

4 - GLOSSAIRE

5 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : E1161 v2

Ondes radioélectriques dans les milieux magnétiques anisotropes - Quadripôles non réciproques

Auteur(s) : Bernard DÉMOULIN, Patrick QUEFFÉLEC

Date de publication : 10 juil. 2019

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Présentation

RÉSUMÉ

L’article traite des propriétés des ondes radioélectriques propagées dans des milieux magnétiques anisotropes apparentés aux ferrites.

L’analyse met particulièrement en évidence le rôle important joué par les ondes configurées sous la polarisation circulaire. L’assimilation aux ondes planes permettra de dissocier des phénomènes de propagation non réciproque, liés à la résonance gyromagnétique du milieu ainsi qu’à l’existence d’une perméabilité négative, des phénomènes de déplacement de champ.

Pour conclure des exemples de quadripôles non réciproques mettant en œuvre une ligne de transmission, un guide d’ondes et une ligne micro ruban seront proposés.

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ABSTRACT

Radiofrequency waves in magnetic and anisotropic media - Non reciprocal four ports networks

This article deals with radiofrequency waves propagated thought non isotropic media like ferrite materials.

The physical analysis is pointed out in showing the effect expected with waves under circular polarization. Use of the plane wave concept leads to recognize non reciprocal propagation phenomena mainly due to the contribution of various effects like the Larmor resonance, rise of negative permeability and field displacement.

To conclude few examples of non reciprocal four ports network based on transmission line, wave guides and micro strip line will be proposed.

Auteur(s)

  • Bernard DÉMOULIN : Professeur émérite – Université de Lille, Faculté des Sciences et Technologies, Groupe TELICE de l’IEMN, CNRS, UMR 8520 (France)

  • Patrick QUEFFÉLEC : Professeur des universités – Université de Brest, Lab STICC, CNRS, UMR 6285 (France)

INTRODUCTION

L’étude des ondes radioélectriques dans les milieux magnétiques anisotropes fait appel à plusieurs thématiques scientifiques parmi lesquelles figurent :

  • les propriétés microscopiques de la matière ;

  • les phénomènes de propagation ;

  • les technologies de composants électroniques micro-ondes.

L’article visant un objectif principalement didactique, le texte sera surtout axé sur la propagation. Néanmoins, les autres domaines seront évoqués sans toutefois fournir les explications détaillées que le lecteur retrouvera dans les références citées en fin de texte sous la rubrique « en savoir plus ».

L’article est subdivisé en deux sections aux contenus bien distincts.

La première section, principalement consacrée aux propriétés de l’onde plane animée d’oscillations entretenues, s’efforcera en tout premier lieu de rappeler quelques bases théoriques importantes.

C’est dans cet esprit que seront présentés les concepts de polarisation rectiligne des champs et de vecteur nombre d’onde associé à la représentation complexe des signaux sinusoïdaux.

Le descriptif aborde ensuite la question des champs à polarisation circulaire. Les développements pourront paraître longs, ils semblaient toutefois utiles pour éviter certaines confusions liées à l’usage simultané des représentations vectorielles et du traitement algébrique de quantités complexes.

Après une brève synthèse sur les processus d’aimantation des ferrites, le texte abordera les propriétés anisotropes de ce matériau exposé aux effets conjugués d’un champ magnétique statique de grande amplitude et d’un champ dynamique porté par une onde radioélectrique de faible amplitude.

Ces propriétés seront concrétisées dans le concept de tenseur perméabilité et par l’équation d’onde matricielle mise en place pour l’étude de l’onde plane.

La résolution de l’équation d’onde va montrer qu’il existe des liens très forts entre les champs animés d’une polarisation circulaire et la propagation non réciproque gouvernée par la pulsation gyromagnétique du milieu. Des simulations numériques et l’analogie avec les effets Faraday et Cotton Mouton observés en optique mettront en exergue ces phénomènes physiques très instructifs pour les applications ultérieures.

La deuxième section sera principalement orientée vers la réalisation de quadripôles non réciproques. On fera ici référence aux propriétés des lignes de transmissions ou des guides d’ondes.

Le concept de memductance permettra d’aménager la théorie des lignes pour y introduire des phénomènes de propagation non réciproque agissant indépendamment sur l’onde progressive et sur l’onde rétrograde.

L’analyse débouchera sur le descriptif de quelques procédés combinant les propriétés des ondes quasi TEM et TE couplées à une lame de ferrite immergée dans les structures guidées.

Pour conclure l’article, on procédera à la description d’un isolateur à déplacement de champ composé d’une ligne à micro-ruban.

Enfin, un glossaire offre au lecteur un résumé des principaux termes scientifiques employés dans cet article.

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KEYWORDS

propagation   |   waveguides   |   polarization   |   radiofrequency waves   |   anisotropic magnetic media   |   ABCD matrix   |   field displacement   |   four port

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e1161


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DÉMOULIN (B.), BESNIER (P.) -   Les chambres réverbérantes en électromagnétisme.  -  Éditions Hermès Lavoisier, Handbook available in English with ISTE, Willey publisher (2010) (2011).

  • (2) - POPESCU (G.) -   Propagation in anisotropic media.  -  University of Illinois at Urbana Champaign, Beckman institute, http://ligth.ece.uiuc.edu.

  • (3) - SABRI (G.N.) -   Nonreciprocal propagation in ferrite medium and their applications – microwave circulator.  -  International Journal of Computer Sciences and Electronic Engineering, Volume 1, Issue 2, pp 182-187 (2013).

  • (4) - GELIN (P.), BERTHOU-PICHAVANT (K.) -   New consistent model for ferrite permeability tensor with arbitrary magnetization state.  -  IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 45, N° 8, pp 1185-1192 (1997).

  • (5) - FEURY (P.), MATHIEU (J.P.) -   Physique Générale et Expérimentale, traité « Lumière ».  -  Éditions Eyrolles,...

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