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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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5. Structures artificielles non réciproques dépendant du temps
Les structures non réciproques dépendantes du temps font appel le plus souvent à des modulations temporelles, et à des effets non linéaires comme dans l’exemple ci-dessus. Par ailleurs, elles sont compatibles avec des technologies intégrées, ce qui n’est pas le cas des systèmes à base de ferrite par exemple. Celles qui sont présentées ici sont basées sur des résonateurs LC simples. Ces résonateurs sont placés en ligne ou en anneau. Les inductances sont fixes. Les capacités sont variables, commandées en tension par un signal extérieur.
5.1 Lignes à capacités variables distribuées
La figure 19 en donne un exemple . Dans cette ligne, on peut avoir transmission d’un signal d’entrée issu d’un générateur, de gauche à droite, et d’un signal de sortie issu d’une antenne, de droite à gauche. La ligne est composée d’inductances et de capacités variables commandées par une porteuse extérieure dont la fréquence est plus élevée que celle du signal d’entrée et du signal de sortie. La porteuse se propage de droite à gauche.
Si on superpose le signal d’entrée avec la porteuse, les deux signaux se propagent en sens inverse. Dans ce cas, le spectre du signal d’entrée n’est pas modifié. Quand le signal de sortie, issu de l’antenne, se propage dans la même direction que la porteuse, le spectre du signal obtenu contient des harmoniques secondaires supplémentaires (figure 19a). Le système est donc non réciproque. On peut quantifier l’isolation entre l’entrée et la sortie. Celle-ci dépend de la fréquence et elle est représentée sur la figure 19b. À 0,5 GHz, elle atteint − 30 dB en mesure.
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Structures artificielles non réciproques dépendant du temps
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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