Présentation
Auteur(s)
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Marc HÉLIER : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité - Docteur – Ingénieur - Professeur à l’université Pierre-et-Marie-Curie
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Michel NEY : Professeur à l’ENST-Bretagne - Directeur du Laboratoire d’électronique et systèmes de télécommunications - (LEST) à Brest (Université de Bretagne occidentale)
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Christian PICHOT : Directeur de Recherche au Centre national de recherche scientifique (CNRS) - Laboratoire d’Électronique, Antennes et Télécommunications, - Université de Nice – Sophia Antipolis
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les ondes électromagnétiques peuvent être émises dans l’espace libre au moyen par exemple d’une antenne. On parle alors de propagation libre des ondes, procédé qui est largement utilisé pour les systèmes radiotéléphone, les radars ou communications hertziennes. Cependant, il existe de nombreuses situations pour lesquelles il est nécessaire ou plus adéquat de transmettre cette énergie électromagnétique dans des structures appelées de façon tout à fait générale « guide ». Comme son nom l’indique, il va transmettre l’onde électromagnétique par propagation guidée par un mécanisme de réflexions successives sur les parois ou/et interfaces. À basse fréquence, on parle plus couramment de fils ou câbles qui transmettent des signaux électriques. Cela est une vision simplificatrice qui permet un calcul simple par la théorie des lignes. Cependant, en toute rigueur le phénomène dynamique est toujours fondamentalement le guidage d’une onde électromagnétique.
Le guide constitue donc la structure reliant le générateur ou son équivalent (qui injecte la puissance) et la charge qui termine le guide. Cette dernière peut être l’entrée d’un amplificateur, mélangeur, filtre, ou une antenne. Il est donc l’élément clé dans l’interconnexion de dispositifs. La connaissance de son impédance permet l’adaptation des éléments qui y sont connectés.
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2. Analyse statique et analyse dynamique
De façon élémentaire, lorsque l’on parle de ligne (ou câbles), on fait référence à un fonctionnement de type Transverse ÉlectroMagnétique (TEM), mode pour lequel l’on peut définir de façon univoque une tension et courant de ligne ainsi que son impédance caractéristique. Le calcul de cette dernière s’effectue simplement par la théorie électrostatique qui souvent exige quand même des techniques numériques de calcul. Par conséquent, la théorie des champs dynamiques n’est pas requise pour décrire les phénomènes de propagation et réflexion aux extrémités puisque ceux-ci sont régis par les équations des télégraphistes (théorie des lignes).
Ce modèle simplifié peut être utilisé même dans des structures où théoriquement le mode TEM ne peut exister (structures hétérogènes). On parle alors d’un type d’opération en quasi-TEM. Sous certaines conditions, la ligne à microruban est un exemple pour lequel l’on peut admettre, dans une certaine bande de fréquence, que les composantes de champs longitudinales soient très petites par rapport aux transversales. L’application quasi statique peut alors s’appliquer. Bien qu’étant une simplification, la théorie des lignes est très utile puisqu’elle est utilisée avec succès pour le calcul de diaphonie (couplage) entre pistes adjacentes d’un circuit imprimé (voir les articles [E 3 050], [E 3 055], [E 3 750]). Cependant, avec la montée en fréquence des dispositifs, le modèle statique des interconnexions (lignes) devient trop erroné et ne permet plus une simulation fiable des dispositifs électroniques même intégrés.
Formellement, l’approche statique ne peut pas s’appliquer aux cas suivants :
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lignes à un seul conducteur (guide d’onde rectangulaire ou circulaire) : il est évident qu’une solution électrostatique...
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Analyse statique et analyse dynamique
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