Guides d'ondes et lignes de transmission

Les structures conductrices guident les ondes électromagnétiques, supportant des modes discrets au-dessus des fréquences de coupure et transportant des signaux et de la puissance.

Definition

L'étude des ondes électromagnétiques confinées et dirigées par des structures conductrices ou diélectriques, où les conditions aux limites restreignent la propagation à un ensemble discret de modes, chacun ayant une fréquence de coupure et une dispersion, une impédance et une configuration de champ caractéristiques.

Scope

Ce sujet couvre la propagation guidée des ondes électromagnétiques dans les lignes de transmission et les guides d'ondes creux ou diélectriques : les modes transverse électrique, transverse magnétique et transverse électromagnétique, les fréquences de coupure, la dispersion dans les guides, l'impédance caractéristique, les équations des télégraphistes, les ondes stationnaires et les cavités résonantes. Il relie les conditions aux limites sur les conducteurs au transport pratique des signaux et de la puissance.

Core questions

• Comment les conditions aux limites sélectionnent-elles les modes qu'un guide d'ondes peut supporter ?
• Pourquoi un guide d'ondes creux a-t-il une fréquence de coupure ?
• Comment les lignes de transmission transportent-elles les signaux et qu'est-ce qui détermine leur impédance ?

Key concepts

• Modes TE, TM et TEM
• fréquence de coupure
• impédance caractéristique
• équations des télégraphistes
• taux d'ondes stationnaires
• cavité résonante
• dispersion dans les guides d'ondes

Key theories

Modes de guide d'ondes et fréquence de coupure

Les conditions aux limites sur les parois conductrices restreignent les champs à des modes discrets transverse électrique et transverse magnétique, chacun se propageant uniquement au-dessus d'une fréquence de coupure déterminée par la géométrie du guide.

Théorie des lignes de transmission

Les équations des télégraphistes décrivent les ondes de tension et de courant sur une ligne en termes d'inductance, de capacitance, de résistance et de conductance distribuées, définissant l'impédance caractéristique et la réflexion due aux charges désadaptées.

Clinical relevance

Les guides d'ondes et les lignes de transmission acheminent les signaux et la puissance dans les radars, les liaisons satellitaires et hyperfréquences, les systèmes radiofréquence d'accélérateurs et de résonance magnétique, les interconnexions de circuits imprimés, et les dispositifs de chauffage et d'ablation par micro-ondes.

History

Heaviside a développé la théorie des lignes de transmission et les équations des télégraphistes à la fin du XIXe siècle. Rayleigh a analysé la propagation des ondes dans les guides creux en 1897, et la technologie pratique des guides d'ondes creux et des micro-ondes a mûri dans les années 1930-1940 grâce aux travaux de Southworth, Barrow et d'autres.

Key figures

• Oliver Heaviside
• John William Strutt (Lord Rayleigh)
• George Southworth

Seminal works

• jackson1998
• pozar2011

Frequently asked questions

Pourquoi un guide d'ondes creux cesse-t-il de transmettre en dessous d'une certaine fréquence ?

Les conditions aux limites forcent le champ à s'adapter à un motif transversal avec une échelle spatiale minimale ; en dessous de la fréquence de coupure correspondante, l'onde ne peut pas les satisfaire et s'atténue au lieu de se propager.

Qu'est-ce que l'impédance caractéristique ?

C'est le rapport de la tension au courant pour une onde se propageant le long d'une ligne de transmission, déterminé par la géométrie et les matériaux de la ligne ; l'adaptation des charges à celle-ci empêche les réflexions.