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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1. Caractéristiques
D’une façon idéale, le guide devrait être sans pertes (atténuation nulle) et sans dispersion (un paquet d’ondes transmis ne se déforme pas en se propageant). Dans tous les articles sur les « structures de guidage HI », nous nous restreignons aux guides uniformes, c’est-à-dire qui possèdent une section transverse dont les paramètres électromagnétiques et géométriques sont invariants selon la direction longitudinale de propagation. Pour prédire le comportement de tels guides et éventuellement l’optimiser, il est nécessaire de déterminer plusieurs de leurs paramètres et caractéristiques :
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courbes de dispersion (déphasage et atténuation linéique en fonction de la fréquence) elles permettent d’évaluer la distorsion produite par le guide sur le signal transmis ;
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impédance : la connaissance de cette grandeur est cruciale pour l’adaptation du guide avec les éléments connectés (charges, générateur) ;
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configuration des champs (modes) : elle permet le calcul de puissance transmise et de l’impédance et donne l’information sur l’endroit où connecter des éléments localisés ou transitions ;
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bande de fréquences utiles (fréquences de coupures) : par exemple en opération mono-mode, elle s’étend entre la fréquence de coupure du premier mode (fondamental) et celle du prochain mode. La bande utile est en général plus étroite pour diminuer la dispersion et les pertes.
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