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Article

1 - FONCTIONNEMENT DES LIGNES SUR CHARGES NON LINÉAIRES

2 - INTRODUCTION À LA THÉORIE DES LIGNES COUPLÉES

3 - PHÉNOMÈNES DE DIAPHONIE DANS LES LIGNES COUPLÉES

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : D1323 v1

Conclusion
Extension et perfectionnements de la théorie des lignes

Auteur(s) : Bernard DÉMOULIN

Date de publication : 10 mai 2014

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RÉSUMÉ

Cet article est consacré aux éléments de théorie des lignes de transmission. Pour commencer, il aborde le comportement des phénomènes de propagation engendrés sur une ligne terminée par divers types de charges non linéaires. L'étude de la propagation sur un système de deux lignes couplées est ensuite proposée. La résolution du problème par l'équation aux valeurs propres conduit au calcul des amplitudes et des constantes de propagation modales. Pour terminer, le couplage par diaphonie est détaillé. Le calcul conduit aux expressions analytiques des tensions de diaphonie induites aux extrémités d'une ligne réceptrice.

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Auteur(s)

  • Bernard DÉMOULIN : Professeur émérite Université Lille 1, Groupe TELICE de l'IEMN, UMR CNRS 8520

INTRODUCTION

Cet article constitue le prolongement naturel de l'article [D 1 322] consacré aux rudiments de la théorie des lignes de transmission. Cette fois l'auteur s'adresse à l'extension de la théorie initiale en vue de l'analyse des phénomènes de propagation observés sous des configurations de lignes plus complexes que les précédentes. Il est toutefois important de signaler que la justification des conventions de notations adoptées dans ce texte, ainsi que l'acquisition des principales propriétés des lignes suggèrent la consultation préalable de l'article susmentionné.

Il est également intéressant de rappeler que les applications de la théorie des lignes, telle qu'abordée dans ces deux articles, concernent en priorité les procédés de télécommunications par courants porteurs et les questions relatives à la compatibilité électromagnétique des équipements électroniques  .

Le texte sera subdivisé en trois parties successivement consacrées aux charges non linéaires, aux lignes couplées et aux phénomènes de diaphonie.

La première partie abordera la question du fonctionnement des lignes selon la configuration typique où l'une des extrémités est reliée à une source d'énergie ou de signaux électriques et l'extrémité opposée à un dispositif désigné sous le terme général de charge non linéaire. Sous l'énoncé de considérations physiques, les charges non linéaires seront dissociées selon trois classes appropriées à leurs comportements en fonction des variables d'amplitude et de temps portées par les signaux.

La deuxième partie s'adresse à la transcription matricielle de la théorie des lignes. Le concept matriciel permettra de traiter la question de la propagation des courants et tensions sur des lignes exerçant mutuellement des interactions électromagnétiques, encore appelées lignes couplées. Pour des raisons didactiques, les développements théoriques exposés seront restreints à un système composé de deux lignes couplées. Sous cette configuration simplifiée, il sera montré que les courants et tensions transportés sur les lignes se résument à la superposition de deux modes propres. Aux modes propres vont alors correspondre des paramètres primaires et secondaires virtuels décrits dans le texte. Sur la base de données extraites d'exemples, l'article aborde ensuite des questions moins fondamentales liées au calcul de l'amplitude des modes propres et dans une autre perspective, l'analyse de la conversion modale.

La troisième partie sera entièrement dédiée aux phénomènes de diaphonie. La diaphonie met en jeu les mécanismes d'induction engendrés entre une ligne émettrice véhiculant des courants et des tensions de grandes amplitudes et une ligne réceptrice située dans son voisinage immédiat. Moyennant l'entrée de quelques hypothèses simplificatrices, la théorie des lignes couplées élaborée en deuxième partie sera réexposée indépendamment de l'usage du formalisme matriciel. Des circuits équivalents à la ligne réceptrice seront mis en place et des formules analytiques des tensions et courants collectés en extrémités seront proposées en vue d'applications aux problèmes de compatibilité électromagnétique .

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d1323


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4. Conclusion

Les développements analytiques exposés en première partie de l'article prouvent que le fonctionnement d'une ligne connectée à une charge non linéaire peut être réduit à l'usage de circuits électriques équivalents. Il faut toutefois prendre conscience que ce genre d'approche est synonyme d'un certain idéal théorique. Cet idéal se concrétise ici par l'absence d'éléments parasites assimilés à diverses capacités ou inductances dont l'impact est évidemment grandissant en extrémité de spectre. D'autre part, la mise en place des circuits électriques équivalents suppose l'adoption d'une procédure d'étalonnage fiable qui ne peut être définie qu'à l'aide de données fonctionnelles. Par exemple, le circuit équivalent à une locomotive électrique ne peut être figé que sur des mesures pratiquées dans des conditions reproductibles et sous une source d'énergie dont on ne peut ignorer toutes les caractéristiques nominales ainsi que nombre de paramètres parasites mentionnés plus haut.

Dans la poursuite de l'article, les formalismes adoptés pour décrire la propagation sur deux lignes couplées telle que traitée en seconde partie ou la diaphonie abordée en troisième partie s'appuient également sur certains idéaux de symétries. Pour comprendre, revenons sur une simple ligne monofilaire composée d'un conducteur disposé parallèlement à un plan de dimensions infinies. N'oublions pas que le calcul des paramètres primaires incarnés par l'inductance linéique et la capacité linéique est fondé sur la théorie des images électriques, c'est-à-dire sur la transformation d'une ligne monofilaire en une ligne bifilaire constituée du conducteur aérien et de son image disposée symétriquement. En dehors des idéaux du plan de dimensions infinies et de conductivité électrique infinie, la symétrie ne représente qu'une restitution approchée de la réalité. Il peut être prouvé par des théories bien plus élaborées que la théorie des lignes, qu'une source connectée à une ligne monofilaire dotée d'un plan de dimensions limitées génère la combinaison d'un mode commun et d'un mode différentiel. Le mode différentiel s'apparente alors aux courants et tensions calculés selon les prescriptions de la théorie des lignes. Le mode commun relève d'un fonctionnement assimilable à une antenne et caractérisé...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - SHELKUNOFF (S.A.), ODRENKO (F.M.) -   Cross talk between coaxial transmission lines.  -  Bell Sytems Technical Journal, p. 144-164 (1937).

  • (2) - FRANKEL (S.) -   Multiconductor transmission line analysis.  -  Publisher, Artech House Inc. (1977).

  • (3) - PAUL (C.R.) -   Analysis of multiconductor transmission lines.  -  Publisher, John Wiley and Sons (1994).

  • (4) - PAUL (C.R.) -   Computation of the transmission line inductance and capacitance matrices from the generalized capacitance matrix.  -  IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility, vol. EMC-18, p. 175-182, nov. 1976.

  • (5) - PISOT (C.), ZAMANSKY (M.) -   Mathématiques générales, algèbre – analyse.  -  Éditeur, Dunod Paris (1966).

  • (6) - AGRAWAL (A.K.), LEE (K.), SCOTT (L.D.), FOWLES (H.M.) -   Experimental...

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