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1 - FILTRAGE HYPERFRÉQUENCE

2 - CAVITÉS ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Article de référence | Réf : E1402 v1

Cavités électromagnétiques
Circuits passifs hyperfréquences - Filtres et cavités

Auteur(s) : Paul-François COMBES, Raymond CRAMPAGNE

Relu et validé le 25 sept. 2020

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Auteur(s)

  • Paul-François COMBES : Docteur en sciences - Professeur à l’université Paul-Sabatier, Toulouse

  • Raymond CRAMPAGNE : Ingénieur de l’École supérieure d’électricité (Supélec) - Docteur en sciences - Professeur à l’Institut national polytechnique de Toulouse (ENSEEIHT)

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INTRODUCTION

Le problème de la conception de filtres aux hyperfréquences est compliqué, car les éléments que l’on utilise sont à paramètres distribués ; il n’existe pas de procédure de synthèse totalement générale. En effet, le comportement fréquentiel des éléments de circuits micro-ondes (lignes de transmission, cavités) est complexe, ce qui rend impossible le développement d’une procédure de synthèse générale et complète.

Cependant, en dépit de ces complications additionnelles dues aux hyperfréquences, de nombreuses techniques ont été développées, permettant de concevoir des filtres micro-ondes. Le cas des filtres à bande étroite est exemplaire car beaucoup d’éléments micro-ondes ont dans une bande de fréquence étroite, des caractéristiques fréquentielles qui ressemblent à celles des réactances idéales inductives ou capacitives.

Les filtres hyperfréquences peuvent être utilisés en association avec d’autres éléments ou dispositifs passifs, comme cela est le cas dans les multiplexeurs ou les diplexeurs souvent employés en télécommunications. Les filtres hyperfréquences sont aussi utilisés dans les circuits actifs tels qu’amplificateurs, oscillateurs, mélangeurs, etc.

Les cavités électromagnétiques, ou résonateurs micro-ondes, sont utilisées dans de très nombreuses applications parmi lesquelles on peut citer les filtres, les oscillateurs, les fréquencemètres, les amplificateurs accordés et les capteurs micro-ondes. Le fonctionnement des résonateurs micro-ondes est à bien des égards, semblable au fonctionnement des circuits accordés à éléments localisés de la théorie des circuits de Kirchhoff. C’est pourquoi il est utile d’avoir toujours à l’esprit les propriétés fondamentales des circuits résonnants RLC série et parallèle.

Nous allons décrire le fonctionnement des résonateurs aux hyperfréquences réalisés à l’aide d’éléments distribués tels que les lignes de transmission, les guides d’ondes rectangulaires et circulaires et les cavités diélectriques.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-e1402


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2. Cavités électromagnétiques

Une cavité électromagnétique est un volume vide ou rempli de diélectrique, limité par des parois du type électrique (interface avec un conducteur) ou du type magnétique (interface avec un diélectrique à haute permittivité). Dans le premier cas, il s’agit d’une cavité métallique et dans le second cas d’un résonateur diélectrique.

Les cavités peuvent, en principe, avoir des formes géométriques quelconques mais, en pratique, elles ont une forme cylindrique ou parallélépipédique. Les cavités métalliques peuvent ainsi être obtenues en fermant des guides d’ondes rectangulaires ou circulaires par des plaques métalliques perpendiculaires à l’axe longitudinal du guide.

Si, par un moyen approprié (une antenne du type électrique ou magnétique), un champ électromagnétique est excité à l’intérieur d’une cavité, il peut s’y produire des ondes stationnaires lorsque les conditions de résonance existent. La cavité emmagasine alors une certaine quantité d’énergie électromagnétique.

L’étude des conditions de résonance de la cavité 2.1 permet de définir les modes propres ainsi que les longueurs et les fréquences propres d’une cavité. Nous étudierons ces paramètres caractéristiques pour les principaux types de cavités et de résonateurs diélectriques 2.2.

Lorsque la cavité a des pertes, dans ses parois, dans le diélectrique, par le ou les couplages avec les circuits extérieurs, il est possible, comme dans un circuit résonnant classique, de définir des coefficients de surtension dont nous donnerons les expressions au paragraphe 2.3.

La modélisation d’une cavité par un circuit résonnant série ou parallèle permet d’en calculer l’impédance d’entrée dans un plan de référence sur la voie de couplage de la cavité avec l’extérieur 2.4...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - RHODES (J.D.) -   Theory of Electrical Filters.  -  John Wiley & Sons (1976).

  • (2) - MATTHAEI (G.), YOUNG (L.), JONES (E.M.T.) -   Microwave Filters, Impedance- Matching Networks and Coupling Structures.  -  Artech House (1980).

  • (3) - MALHERBE (J.A.G.) -   Microwave Transmission Line Filters.  -  Artech House (1979).

  • (4) - COMBES (P.F.) -   Micro-ondes. Circuits passifs, propagation, antennes.  -  Cours et exercices, Tome 2, 2e édition, Dunod (1999).

  • (5) - BLINCHIKOFF (H.J.), ZVEREV (A.I.) -   Filtering in the Time and Frequency Domains.  -  Noble Publishing (2001).

  • (6) - SAAD (Th.) -   Microwave Engineers’Handbook.  -  Vol. 1, Artech House (1971).

  • ...

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