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RÉSUMÉ
Les notions de réciprocité et de non-réciprocité sont importantes en physique, et dans de nombreuses applications de celle-ci. Cet article rappelle, dans un premier temps, la symétrie temporelle des équations de Maxwell dans la matière ainsi que le principe de Casimir de retournement temporel. La notion de réciprocité électromagnétique est comparée à cette symétrie temporelle et les différences entre les deux notions sont mises en exergue. A partir de la notion de non-réciprocité, les principaux matériaux et les dispositifs classiques non réciproques sont présentés, ainsi que quelques exemples de systèmes non réciproques actifs, dépendant ou non du temps.
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André de LUSTRAC : Professeur émérite, Université Paris Nanterre - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay, France
INTRODUCTION
La notion de réciprocité et de non-réciprocité est un concept scientifique fondamental, important dans de nombreuses branches de la physique, de la chimie et de l'ingénierie. Au sens général, la non-réciprocité électromagnétique implique que les champs créés par une source à un point d'observation ne sont pas les mêmes lorsque la source et le point d'observation sont échangés. Les systèmes non réciproques sont essentiels pour les applications où une propagation unidirectionnelle est requise et doit être contrôlée. De manière générale, ces systèmes non réciproques permettent de contrôler la circulation de l’énergie, et de l’aiguiller dans certaines directions privilégiées. En ce sens, ils jouent un rôle décisif dans beaucoup d’applications.
Le concept de réciprocité électromagnétique est étroitement lié à celui de symétrie d’inversion temporelle des équations de Maxwell. La même propriété de symétrie temporelle des équations de champ conduit également à la réversibilité temporelle des processus physiques dans les systèmes sans perte.
Néanmoins, les concepts de réciprocité et d'inversion temporelle des processus physiques présentent des différences fondamentales et doivent donc être distingués, en particulier dans les systèmes présentant des pertes, comme nous le verrons dans un premier temps. Ensuite, sont présentées les premières applications de la non-réciprocité dans les circuits passifs, puis actifs.
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Structures artificielles non réciproques indépendantes du temps
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3. Dispositifs réciproques et non réciproques
3.1 Dispositifs réciproques
Dans un dispositif réciproque, l’énergie électromagnétique circule de la même façon dans les deux sens de propagation lorsqu’on échange la source et le récepteur du dispositif. Il n’y a pas de différence quand on inverse le sens de propagation de l’onde. C’est le cas de la majeure partie des dispositifs micro-ondes passifs (lignes, guides…), à l’exception des dispositifs à ferrite qui utilisent des effets dérivés de l’effet Faraday (§ 3.3.1), et d’autres dispositifs plus récents. On parlera alors de dispositifs non réciproques (§ 3.3).
HAUT DE PAGE3.2 Dispositifs réciproques symétriques et asymétriques
Un dispositif réciproque peut présenter une propagation symétrique ou asymétrique si on échange la source et la charge du dispositif, tout en restant réciproque. Un exemple de dispositif réciproque asymétrique est donné sur la figure 10, où un réseau d’antennes P1 est placé devant une lentille, qui focalise l’onde sur un écran percé d’un trou, placé devant un réseau d’antennes réceptrices P2. Si on échange émetteur et récepteur, la quantité d’énergie reçue par le récepteur P2 ne sera pas la même.
HAUT DE PAGE3.3 Dispositifs non réciproques passifs
Les principaux dispositifs micro-ondes non réciproques classiques sont :
-
les gyrateurs,
-
les isolateurs,
-
les circulateurs.
...
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Dispositifs réciproques et non réciproques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PENDRY (J.) - Time reversal and negative refraction. - Science, vol. 322, p. 72 (2008).
-
(2) - CASIMIR (H.) - Reciprocity theorems and irreversible processes. - Proceedings of the IEEE, vol. 51, p. 1570-1573 (1963).
-
(3) - RAMO (S.), WHINNERY (J.R.), VAN DUZER (T.) - Fields and Waves in Communication Electronics. - Wiley (1994).
-
(4) - CORUM (K.L.), MILLER (M.W.), CORUM (J.F.) - Surface Waves and the Crucial Propagation Experiment. - Proceedings of the 2016 Texas Symposium on Wireless and Microwave Circuits and Systems (WMCS 2016), Baylor University, Waco, TX (2016).
-
(5) - PRADA (C.), WU (F.), FINK (M.) - Auto-focalisation par miroir à renversement temporel. - Colloque de Physique, Colloque C2, supplément au n° 2. Tome 51 (1990).
-
(6) - DE ROSNY (J.), LEROSEY...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
De nombreux industriels travaillent dans le domaine des microondes en France. On peut citer :
(Liste non exhaustive)
-
Nexio, https://nexiogroup.com/
-
Inoveos, https://www.inoveos.com/
-
CNES, Centre national d'études spatiales, https://cnes.fr/ CEA, https://www.cea.fr/
-
Safran, https://www.safran-group.com/
-
Ansys, https://www.ansys.com/
-
Airbus, https://www.airbus.com/
-
Onera, https://www.onera.fr/
-
Thales, https://www.thalesgroup.com/
-
Naval Group, https://www.naval-group.com/
-
Rohde et Schwarz, https://www.rohde-schwarz.com/
-
SIEPEL,...
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