Article interactif

1 - COUPLAGE AUX MODES TEMN D'UN GUIDE D'ONDES

2 - ASSIMILATION DE TOUTE CAVITÉ À UNE LIGNE COURT-CIRCUITÉE

3 - CONCLUSION

4 - ANNEXE : REPRÉSENTATION 3D DES FONCTIONS EΝMN (X, Y) DES MODES TEMN

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : D1328 v1

Théorie des lignes étendue aux cavités électromagnétiques - Partie – Couplage aux modes TE (ou TM)

Auteur(s) : Bernard DÉMOULIN

Date de publication : 10 nov. 2015

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Version en anglais En anglais

RÉSUMÉ

L'article aborde le problème du couplage électromagnétique exercé par toute antenne émettrice immergée dans une cavité de forme parallélépipédique. L'analyse théorique montre que chaque mode TEm n (ou TMm n) est assimilable à une ligne de transmission virtuelle. Pour calculer l'amplitude des champs stimulés lors des résonances, les coefficients d'inductance et de capacité de couplage attachés aux modes TEM seront étendus à cette ligne virtuelle. Les pertes d'énergie dans la cavité seront prises en compte par le calcul du coefficient de qualité. Pour conclure, les cavités surdimensionnées par rapport à la longueur d'onde seront évoquées.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

The Transmission Line Theory to Solve Electromagnetic Coupling within Cavities. Part II - Coupling to TE (or TM) modes

This paper deals with the problem of electromagnetic coupling due to a transmitting antenna placed inside a rectangular shaped cavity. The theoretical approach shows that each TEm n (or TMm n) mode behaves like a transmission line, or virtual line. To determine the field amplitude appearing at resonance frequencies, the concepts of mutual inductance and capacitance used for the TEM mode are extended to the virtual line. The thermal losses are inserted by means of the Q factor. To conclude, some comments about the behavior of large cavities in respect of wavelength are added.

Auteur(s)

  • Bernard DÉMOULIN : Professeur émérite, - Université Lille 1, Groupe TELICE de l'IEMN, CNRS, UMR 8520

INTRODUCTION

Cette seconde partie de l'article, consacré à l'extension de la théorie des lignes appliquée aux cavités électromagnétiques, aborde la question du couplage de l'énergie aux modes TE (ou TM).

Contrairement à la mise en place des modes transverses électromagnétiques (TEM) étudiés en première partie [D 1 327], les modes TE ou TM engendrés dans les cavités formées par des guides d'ondes court-circuités aux deux extrémités ne peuvent être décrits que par des phénomènes faisant intervenir la propagation des ondes dans la direction transversale du guide. Malgré cette difficulté théorique, et moyennant le respect d'hypothèses simplificatrices, l'assimilation d'un mode TE ou TM à une ligne de transmission virtuelle demeure possible. La démonstration est apportée dans un article publié en 2001 par Tadeusz Konefal et al., dont cette seconde partie, subdivisée en deux paragraphes, s'inspirera partiellement .

La première section s'adresse exclusivement au couplage d'un monopole électrique situé sur l'une des parois métalliques d'un guide d'onde de section rectangulaire et de dimension longitudinale infinie.

L'analyse du couplage ne pouvant ignorer les propriétés de la propagation des modes TE (ou TM), la première étape de notre réflexion consistera à résoudre l'équation d'onde menant à la formulation des fréquences de coupure, des constantes de propagation, des impédances modales et de la distribution transversale des champs. Nous verrons que le choix d'un guide de section rectangulaire permet d'accéder à des solutions analytiques exprimées sous la forme très simple de fonctions circulaires. Nous nous limiterons aux solutions relatives aux seuls modes transverses électriques désignés sous le symbole TEmn où les entiers positifs m et n précisent selon le vocabulaire adopté, l'ordre ou le rang du mode. La restriction aux seuls modes TE s'explique par la nature physique du couplage exercé par le monopole électrique. Sachant que les modes TMmn représentent la forme duale des TEmn  , l'extension à cette classe de phénomènes des propriétés examinées par la suite ne devrait pas poser de difficultés théoriques.

Les bases physiques de la propagation guidée ayant été rappelées, le raisonnement consistera à confondre tout mode TE de rang (m, n) avec les propriétés d'une ligne de transmission virtuelle. Cette ligne équivalente possédera une constante de propagation spécifique ainsi qu'une impédance caractéristique, toutes deux extraites des propriétés des modes TEmn et du concept de cellule modale. L'analogie à une ligne réutilise le principe de réciprocité initié dans [D 1 327] lors de l'analyse du monopole couplé au mode TEM d'une ligne coaxiale. Pour alléger les calculs, les développements s'adresseront principalement au mode de propagation fondamental, c'est-à-dire au couple (m, n) menant à la fréquence de coupure la plus basse.

La seconde section, consacrée aux cavités parallélépipédiques, reprend les propriétés de la propagation examinées précédemment, ainsi que l'analogie pratiquée avec une ligne de transmission virtuelle. Nous passerons à la détermination des fréquences de résonance, en observant que les calculs développés sur le mode TEM sont aisément transposables pour la cavité parallélépipédique. Nous ferons de même pour évaluer le couplage exercé par le monopole immergé dans la cavité.

La suite de cette seconde section insistera plus particulièrement sur l'amortissement engendré par le rétrocouplage dans la source d'émission et sur les phénomènes de pertes d'énergie dans les parois, introduites ici par le concept de coefficient de qualité.

Pour conclure, l'analyse physique portera sur le comportement des cavités de dimension longitudinale très supérieure à la longueur d'onde.

La compréhension de l'article n'exige pas de connaissances préalables approfondies sur les théories électromagnétiques. Néanmoins, le lecteur trouvera avantage à consulter les articles [E 1 020] et [D 1 322]. Le premier aborde les bases de l'électromagnétisme, le second s'adresse à la théorie des lignes de transmission. La lecture de la première partie figurant dans [D 1 327] est également recommandée.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

electromagnetic cavities   |   transmission line theory   |   TE (or TM) modes   |   EMC   |   electronic engineering

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d1328


Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(277 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Version en anglais En anglais

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

TEST DE VALIDATION ET CERTIFICATION CerT.I. :

Cet article vous permet de préparer une certification CerT.I.

Le test de validation des connaissances pour obtenir cette certification de Techniques de l’Ingénieur est disponible dans le module CerT.I.

Obtenez CerT.I., la certification
de Techniques de l’Ingénieur !
Acheter le module

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(277 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KONEFAL (T.), DAWSON (J.F.), DENTON (A.C.), BENSON (T.M.), CHRISTOPOULOS (C.), MARWIN (A.C.), PORTER (S.J.), THOMAS (D.W.P.) -   Electromagnetic coupling between wires inside a rectangular cavity using multiple-mode-analogous-transmission-line circuit theory.  -  IEEE Transactions on electromagnetic compatibility, vol. 43, no 3, août 2001.

  • (2) - LIU (B.H.), CHANG (D.C.), MA (M.T.) -   Eigen modes and the composite quality factor of a reverberation chamber.  -  NBS technical notes 1066, août 1983.

  • (3) - ORJUBIN (G.) -   Modélisation modale d'une chambre réverbérante par la méthode des éléments finis : application à l'analyse paramétrique des tests statistiques.  -  Thèse Université de Marne la Vallée (2005).

  • (4) - LALLÉCHÈRE (S.) -   Modélisations numériques des CRBM en compatibilité électromagnétique, contributions aux schémas volumes finis.  -  Thèse Université Blaise Pascal de Clermont Ferrand (2006).

  • (5) - BOUTAR (A.) -   Contribution...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(277 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Sommaire

QUIZ ET TEST DE VALIDATION PRÉSENTS DANS CET ARTICLE

1/ Quiz d'entraînement

Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.

2/ Test de validation

Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Conversion de l'énergie électrique

(277 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS