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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 dépendant du temps
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4. Structures artificielles non réciproques indépendantes du temps
Un des défauts des structures non réciproques classiques vues précédemment (§ 3.3) est leur volume dû au noyau de matériau magnéto-optique utilisé. Pour pallier cet inconvénient, les propriétés de non-linéarité des diodes, transistors et amplificateurs ont été utilisées dans la fabrication de structures intégrées non réciproques. Des exemples en sont donnés ci-dessous.
4.1 Matériaux artificiels non réciproques
Les matériaux artificiels en micro-ondes existent pratiquement depuis l’invention de la radio et du radar . Ils ont connu un très fort développement dans les années 1940 avec le développement des premiers systèmes radar. Au départ, il s’agissait de matériaux passifs métallo-diélectriques, réfléchissants ou absorbants. Puis, ils ont incorporé des composants électroniques (diodes, transistors, MEMs, matériaux actifs…) et sont devenus actifs. Cette incorporation de composants électroniques a permis la création de nouveaux matériaux non réciproques. Nous allons en voir quelques exemples.
HAUT DE PAGE4.1.1 Matériaux incorporant des éléments non linéaires
Une manière assez simple de créer un dispositif non réciproque est d’utiliser un composant non linéaire, par exemple une diode dont l’impédance dépend...
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Structures artificielles non réciproques indépendantes 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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