Comment réaliser l’adaptation d’impédance des guides d’ondes ? De la théorie des lignes de transmission à la théorie des antennes microruban, nous savons que des lignes de transmission série ou parallèles appropriées peuvent être sélectionnées pour obtenir une adaptation d'impédance entre les lignes de transmission ou entre les lignes de transmission et les charges afin d'obtenir une transmission de puissance maximale et une perte de réflexion minimale. Le même principe d'adaptation d'impédance dans les lignes microruban s'applique à l'adaptation d'impédance dans les guides d'ondes. Les réflexions dans les systèmes de guides d'ondes peuvent entraîner des désadaptations d'impédance. En cas de détérioration de l'impédance, la solution est la même que pour les lignes de transmission, c'est-à-dire modifier la valeur requise. L'impédance localisée est placée à des points pré-calculés dans le guide d'ondes pour surmonter la désadaptation, éliminant ainsi les effets de réflexions. Alors que les lignes de transmission utilisent des impédances ou des tronçons localisés, les guides d'ondes utilisent des blocs métalliques de différentes formes.
figure 1 : iris de guide d'ondes et circuit équivalent, (a) capacitif ; (b) inductif ; (c) résonant.
La figure 1 montre les différents types d'adaptation d'impédance, prenant n'importe laquelle des formes illustrées et pouvant être capacitive, inductive ou résonante. L’analyse mathématique est complexe, mais l’explication physique ne l’est pas. En considérant la première bande métallique capacitive de la figure, on peut voir que le potentiel qui existait entre les parois supérieure et inférieure du guide d'ondes (en mode dominant) existe désormais entre les deux surfaces métalliques plus proches, donc la capacité est la le point augmente. En revanche, le bloc métallique de la figure 1b permet au courant de circuler là où il ne circulait pas auparavant. Il y aura un flux de courant dans le plan du champ électrique précédemment amélioré en raison de l’ajout du bloc métallique. Par conséquent, le stockage d’énergie se produit dans le champ magnétique et l’inductance en ce point du guide d’ondes augmente. De plus, si la forme et la position de l'anneau métallique sur la figure c sont conçues de manière raisonnable, la réactance inductive et la réactance capacitive introduites seront égales et l'ouverture sera une résonance parallèle. Cela signifie que l'adaptation d'impédance et le réglage du mode principal sont très bons et que l'effet de dérivation de ce mode sera négligeable. Cependant, d'autres modes ou fréquences seront atténués, de sorte que l'anneau métallique résonnant agit à la fois comme un filtre passe-bande et un filtre de mode.
figure 2 :(a)poteaux de guide d'ondes ;(b)matcher à deux vis
Une autre façon de régler est illustrée ci-dessus, où une tige métallique cylindrique s'étend depuis l'un des côtés larges dans le guide d'ondes, ayant le même effet qu'une bande métallique en termes de fourniture d'une réactance localisée à ce stade. La tige métallique peut être capacitive ou inductive, selon sa longueur dans le guide d'ondes. Essentiellement, cette méthode d'adaptation consiste à ce que lorsqu'un tel pilier métallique s'étend légèrement dans le guide d'ondes, il fournit une susceptance capacitive à ce point, et la susceptance capacitive augmente jusqu'à ce que la pénétration atteigne environ un quart de longueur d'onde. À ce stade, une résonance en série se produit. . Une pénétration plus poussée de la tige métallique entraîne l'obtention d'une susceptance inductive qui diminue à mesure que l'insertion devient plus complète. L'intensité de résonance au point médian de l'installation est inversement proportionnelle au diamètre de la colonne et peut être utilisée comme filtre, cependant, dans ce cas, elle est utilisée comme filtre coupe-bande pour transmettre des modes d'ordre supérieur. Par rapport à l’augmentation de l’impédance des bandes métalliques, l’un des principaux avantages de l’utilisation de poteaux métalliques est qu’ils sont faciles à ajuster. Par exemple, deux vis peuvent être utilisées comme dispositifs de réglage pour obtenir une adaptation efficace des guides d'ondes.
Charges résistives et atténuateurs :
Comme tout autre système de transmission, les guides d’ondes nécessitent parfois une parfaite adaptation d’impédance et des charges adaptées pour absorber complètement les ondes entrantes sans réflexion et pour être insensibles à la fréquence. Une application de ces terminaux consiste à effectuer diverses mesures de puissance sur le système sans réellement émettre de puissance.
figure 3 charge de résistance du guide d'ondes (a) simple cône (b) double cône
La terminaison résistive la plus courante est une section de diélectrique avec perte installée à l'extrémité du guide d'ondes et effilée (avec la pointe pointée vers l'onde entrante) afin de ne pas provoquer de réflexions. Ce milieu avec perte peut occuper toute la largeur du guide d'ondes, ou il peut occuper uniquement le centre de l'extrémité du guide d'ondes, comme le montre la figure 3. La conicité peut être simple ou double et a généralement une longueur de λp/2, avec une longueur totale d'environ deux longueurs d'onde. Généralement constitué de plaques diélectriques telles que du verre, recouvertes d'un film de carbone ou de verre soluble à l'extérieur. Pour les applications à haute puissance, ces terminaux peuvent avoir des dissipateurs thermiques ajoutés à l'extérieur du guide d'ondes, et la puissance fournie au terminal peut être dissipée via le dissipateur thermique ou par refroidissement à air forcé.
figure 4 Atténuateur à palettes mobiles
Les atténuateurs diélectriques peuvent être rendus amovibles comme le montre la figure 4. Placés au milieu du guide d'ondes, ils peuvent être déplacés latéralement depuis le centre du guide d'ondes, où il fournira la plus grande atténuation, jusqu'aux bords, où l'atténuation est fortement réduite. puisque l’intensité du champ électrique du mode dominant est beaucoup plus faible.
Atténuation dans le guide d'onde :
L'atténuation énergétique des guides d'ondes comprend principalement les aspects suivants :
1. Réflexions provenant de discontinuités internes du guide d'ondes ou de sections de guide d'ondes mal alignées
2. Pertes causées par le courant circulant dans les parois du guide d'ondes
3. Pertes diélectriques dans les guides d'ondes remplis
Les deux derniers sont similaires aux pertes correspondantes dans les lignes coaxiales et sont tous deux relativement faibles. Cette perte dépend du matériau de la paroi et de sa rugosité, du diélectrique utilisé et de la fréquence (due à l'effet de peau). Pour les conduits en laiton, la plage est comprise entre 4 dB/100 m à 5 GHz et 12 dB/100 m à 10 GHz, mais pour les conduits en aluminium, la plage est inférieure. Pour les guides d'ondes recouverts d'argent, les pertes sont généralement de 8 dB/100 m à 35 GHz, de 30 dB/100 m à 70 GHz et de près de 500 dB/100 m à 200 GHz. Pour réduire les pertes, en particulier aux fréquences les plus élevées, les guides d'ondes sont parfois plaqués (en interne) d'or ou de platine.
Comme nous l'avons déjà souligné, le guide d'onde agit comme un filtre passe-haut. Bien que le guide d'ondes lui-même soit pratiquement sans perte, les fréquences inférieures à la fréquence de coupure sont fortement atténuées. Cette atténuation est due à la réflexion à l'embouchure du guide d'onde plutôt qu'à la propagation.
Couplage de guide d'ondes :
Le couplage des guides d'ondes se produit généralement à travers des brides lorsque des pièces ou des composants de guide d'ondes sont assemblés. La fonction de cette bride est d'assurer une liaison mécanique fluide et des propriétés électriques adaptées, notamment un faible rayonnement externe et une faible réflexion interne.
Bride:
Les brides de guide d'ondes sont largement utilisées dans les communications micro-ondes, les systèmes radar, les communications par satellite, les systèmes d'antennes et les équipements de laboratoire dans la recherche scientifique. Ils sont utilisés pour connecter différentes sections de guide d'ondes, garantir la prévention des fuites et des interférences et maintenir un alignement précis du guide d'ondes pour garantir une transmission fiable et un positionnement précis des ondes électromagnétiques de fréquence. Un guide d'ondes typique possède une bride à chaque extrémité, comme le montre la figure 5.
figure 5 (a) bride simple ; (b) accouplement à bride.
À des fréquences plus basses, la bride sera brasée ou soudée au guide d'ondes, tandis qu'à des fréquences plus élevées, une bride plate plus plate est utilisée. Lorsque deux pièces sont assemblées, les brides sont boulonnées ensemble, mais les extrémités doivent être finies en douceur pour éviter les discontinuités dans la connexion. Il est évidemment plus facile d'aligner correctement les composants avec quelques ajustements, c'est pourquoi les guides d'ondes plus petits sont parfois équipés de brides filetées qui peuvent être vissées ensemble à l'aide d'une bague. À mesure que la fréquence augmente, la taille du couplage du guide d'onde diminue naturellement et la discontinuité de couplage devient plus grande proportionnellement à la longueur d'onde du signal et à la taille du guide d'onde. Par conséquent, les discontinuités aux fréquences plus élevées deviennent plus gênantes.
figure 6 (a) Coupe transversale de l'accouplement du starter ; (b) vue d'extrémité de la bride du starter
Pour résoudre ce problème, un petit espace peut être laissé entre les guides d'ondes, comme le montre la figure 6. Un couplage de starter constitué d'une bride ordinaire et d'une bride de starter reliées ensemble. Pour compenser d'éventuelles discontinuités, un anneau de starter circulaire avec une section transversale en forme de L est utilisé dans la bride du starter pour obtenir une connexion plus serrée. Contrairement aux brides ordinaires, les brides d'étranglement sont sensibles à la fréquence, mais une conception optimisée peut garantir une bande passante raisonnable (peut-être 10 % de la fréquence centrale) sur laquelle le ROS ne dépasse pas 1,05.
Heure de publication : 15 janvier 2024
