Présentation
EnglishRÉSUMÉ
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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Lire l’articleAuteur(s)
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Bernard DÉMOULIN : Professeur émérite – Université de Lille, Faculté des Sciences et Technologies, Groupe TELICE de l’IEMN, CNRS, UMR 8520 (France)
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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.
MOTS-CLÉS
propagation Guides d'ondes Polarisation ondes radioélectriques milieux magnétiques anisotropes matrice chaîne déplacement de champ quadripôle
VERSIONS
- Version archivée 1 de août 2007 par Philippe GELIN
DOI (Digital Object Identifier)
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4. Glossaire
Aimantation (magnetization)
Généralement désignée par le symbole M, l’aimantation ajoute au champ magnétique statique appliqué sur un matériau la contribution des moments magnétiques engendrés à l’échelle atomique.
Pour les ferromagnétiques, on parle d’aimantation saturée quand tous les moments sont alignés dans la direction du vecteur champ magnétique excitateur (ou polarisant).
Angle de polarisation (polarization angle)
Angle formé entre le vecteur champ électrique (ou le vecteur champ magnétique) d’une onde plane et rapporté à une direction arbitraire.
Anisotropie géométrique (geometric anisotropy)
Dans l'esprit de l'article, l'anisotropie géométrique s'adresse aux éléments diagonaux du tenseur perméabilité présenté sous forme matricielle. Quand ces éléments sont tous identiques, le milieu possède une perméabilité uniforme et indépendante de la direction du vecteur champ magnétisant.
Quand cette condition n'est plus vérifiée, la perméabilité sera différente suivant les axes du repère attachés au milieu. Dans ce cas, les éléments diagonaux ne sont plus identiques.
Champ sous polarisation circulaire (circular polarization of the field)
Un champ sous polarisation circulaire est formé de la composition de deux vecteurs d’amplitudes sinusoïdales absolues identiques, animés de pulsations identiques, mais déphasés mutuellement de ± 90° (± π/2). L’extrémité du vecteur résultant décrit une trajectoire circulaire.
Champ sous polarisations circulaires droite ou gauche (rigth or left handed circular field polarizations)
Une onde plane porteuse de champs sous polarisations circulaires droite ou circulaire gauche s’énonce ainsi : un observateur situé sur l’axe de propagation de l’onde, mais face à la source génératrice de l’onde, verra le vecteur champ magnétique (ou champ électrique) entrer en rotation dans le sens horaire, s’il s’agit de la polarisation droite.
Inversement, la rotation dans le sens rétrograde (ou antihoraire) procure la polarisation gauche.
Champ sous polarisation elliptique (elliptical polarization of the field)
Quand les vecteurs champs orthogonaux sont d’amplitudes absolues différentes ou que leur déphasage relatif diffère de ± 90°, l’extrémité...
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Glossaire
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,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Ondes radioélectriques dans les milieux absorbants – Effets induits dans un corps cylindrique.
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Matériaux composites en électromagnétisme – Notions fondamentales.
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Caractérisation électromagnétique des matériaux anisotropes ou hétérogènes.
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Ondes radioélectriques dans les milieux absorbants – Constante de propagation complexe.
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Propagation des ondes radioélectriques des réseaux terrestre.
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