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Ingénierie des micro-ondes

Points de discussion

Introduction à l'ingénierie des micro-ondes

La gamme de fréquences micro-ondes est généralement de 100 Méga Hertz à 1000 Giga Hertz. La gamme couvre non seulement le domaine des micro-ondes mais également le domaine des radiofréquences. Le domaine micro-ondes typique a une gamme de fréquences de 3 MHz à 300 GHz. La longueur d'onde électrique correspondante est comprise entre 10 cm et 1 mm. Les signaux ayant des longueurs d'onde millimétriques sont fréquemment appelés ondes millimétriques. En raison de la gamme de hautes fréquences, les problèmes typiques de théorie des circuits ne peuvent pas résoudre les problèmes d'ingénierie des micro-ondes.

Les composants micro-ondes agissent généralement comme des éléments distribués. Les phénomènes se produisent lorsque la phase de courant et de tension varie. Aux fréquences plus basses, la longueur d'onde devient plus grande. C'est pourquoi il y a des changements de phase insignifiants dans toute la dimension de l'appareil.

Les théorèmes de Maxwell sont l'un des théorèmes les plus utilisés dans ce domaine.

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Radars de détection d'aéronefs,

Crédit image: BukvoedRadar-hatzerim-1-1CC BY-SA 3.0

Une brève histoire de l'ingénierie des micro-ondes

L'ingénierie des micro-ondes est l'un des domaines d'ingénierie jeunes et prospères. Le développement a commencé il y a près de 50 ans. Les progrès de cette ère numérique dans divers domaines aident le domaine des micro-ondes et des RF à vivre.

En 1873, James Clerk Maxwell a proposé les principes fondamentaux de la théorie électromagnétique. Aux États-Unis, un laboratoire unique nommé - Radiation Laboratory, a été mis en place au Massachusetts Institute of Technology pour étudier, rechercher et développer la théorie du radar. Divers scientifiques de renom, dont HA Bethe, RH Dicke, II Rabi, JS Schwinger et plusieurs scientifiques éminents, étaient là pour le développement dans le domaine des RF et des micro-ondes à cette époque.

Les technologies de communication utilisant des systèmes hyperfréquences ont commencé à se développer peu après l'invention du radar. Les larges bandes passantes et la propagation en visibilité directe des technologies hyperfréquences se sont avérées nécessaires pour les communications terrestres et par satellite. Aujourd'hui, les recherches se poursuivent sur le développement de composants micro-ondes miniaturisés économiques.

Ingénierie des micro-ondes
Antenne radar pour la marine commerciale, crédit d'image: Amada44Radar marin rotatif - antenne guide d'ondes rotativeCC BY-SA 3.0

Propriétés des micro-ondes

Microwave Engineering traite des signaux micro-ondes. Analysons certaines des caractéristiques du domaine des micro-ondes. 

  1. Les signaux micro-ondes ont des longueurs d'onde plus courtes.
  2. L'ionosphère ne peut pas refléter les micro-ondes.
  3. Les signaux hyperfréquences sont réfléchis par les surfaces conductrices.
  4. Les signaux micro-ondes sont atténués facilement sur des distances plus courtes.
  5. Une fine couche de câble suffit pour la transmission de signaux micro-ondes.

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Avantages et inconvénients de l'ingénierie des micro-ondes

L'ingénierie des micro-ondes présente à la fois ses avantages et ses inconvénients. Ils sont discutés dans les sections suivantes.

Avantages de l'ingénierie micro-ondes

Les micro-ondes présentent plusieurs avantages par rapport à tout autre domaine. Parlons de certains d'entre eux.

  1. Le micro-ondes a une bande passante plus large. Ainsi, plus de données peuvent être transmises. Pour cet avantage, les signaux hyperfréquence sont utilisés dans les communications point à point.
  2. Les antennes micro-ondes ont un gain plus élevé.
  3. La taille de l'antenne diminue à mesure que les fréquences sont plus élevées et que la longueur d'onde est plus courte.
  4. Comme les micro-ondes se situent entre HF et VHF, une très petite quantité d'énergie est consommée.
  5. Les signaux hyperfréquences permettent d'avoir une zone de réflexion efficace pour les systèmes radar.
  6. La propagation de la ligne de visée aide à réduire l'effet de la décoloration.

Inconvénients des micro-ondes

L'ingénierie des micro-ondes a également certaines limites. Parlons de certains d'entre eux.

  1. Les ressources en micro-ondes sont nettement plus coûteuses. De plus, les frais d'installation sont élevés pour plusieurs types d'équipement.
  2. Les appareils et systèmes à micro-ondes sont importants et occupent plus d'espace. Cependant, des recherches sont en cours pour des appareils moins encombrants.
  3. Les systèmes à micro-ondes subissent quelque temps des interférences électromagnétiques.
  4. Une inefficacité due à l'alimentation électrique peut en être la cause.

Applications de l'ingénierie des micro-ondes

Les hautes fréquences et les longueurs d'onde plus courtes des systèmes micro-ondes créent des difficultés dans l'analyse des circuits. Mais ces caractéristiques uniques offrent des opportunités pour l'application du système hyperfréquence. Les considérations ci-dessous pourraient être utiles pour les pratiques.

  • L'antenne a la propriété que le gain de l'antenne est proportionnellement lié à la taille de l'antenne. Maintenant, pour une fréquence de fonctionnement plus élevée, le gain d'antenne est comparativement plus grand pour une taille d'antenne physique donnée. Elle a également des conséquences importantes lors de la mise en œuvre d'un système micro-ondes.
  • Plus de bande passante (qui est à nouveau directement liée au débit de données) est gagnée à des fréquences plus élevées. 1% de poids corporel de 500 méga hertz signifie 5 méga hertz. Il peut donner un débit de données d'environ 5 mégaoctets par seconde.
  • Les micro-ondes ont la propriété de la ligne de vue, et l'ionosphère ne peut pas les refléter.
  • Une des propriétés des signaux micro-ondes, couplée à un gain d'antennes, le rend unique et préférable.
  • Différents types de résonances comme moléculaires, atomiques et nucléaires se produisent dans les gammes de fréquences micro-ondes. Cela ouvre le champ à plusieurs applications en sciences fondamentales, télédétection, sciences médicales, etc.
  1. La principale application des RF et des micro-ondes dans le monde d'aujourd'hui réside dans les technologies sans fil. Des technologies telles que les communications sans fil, les réseaux sans fil, les systèmes de sécurité sans fil, les systèmes radar, l'ingénierie médicale et la télédétection.
    • Le système de téléphonie moderne évolue avec le concept de réutilisation des fréquences cellulaires, proposé en 1947 dans les laboratoires Bell. Mais il a été pratiquement mis en œuvre en 1970. Entre-temps, la demande de communication sans fil a augmenté et la miniaturisation des appareils a été développée. Plus tard, diverses communications telles que - 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 3.75G, 4G ont été développées en utilisant le système micro-ondes.
  2. Les communications par satellite dépendent également des technologies RF et micro-ondes. Les satellites ont été développés pour fournir des données cellulaires, des vidéos, des connexions de données pour le monde entier. Les petits systèmes satellitaires comme le GPS et le DBS se portent bien.
  3. Les réseaux locaux sans fil ou WLAN connectent les ordinateurs à une courte distance et fournissent un réseau haut débit. C'est aussi une application des micro-ondes. La demande de WLAN augmente de jour en jour et aura également des exigences élevées à l'avenir.
  4. Une autre application des micro-ondes est la radio ultra-large bande. Ici, le signal de diffusion prend une large bande de fréquences mais a un faible niveau de puissance. C'est une précaution pour éviter les interférences avec d'autres systèmes.
  5. Applications radar et militaires: Les systèmes radar ont plusieurs applications dans Domaines Défense et Militant, également dans les domaines rentables et basés sur la recherche. Le radar est généralement utilisé pour détecter et marquer tout corps étranger à l'intérieur du territoire de l'utilisateur dans les airs et au sol. Il est également utilisé dans le guidage des missiles et les contrôles de tir.
  6. Dans les domaines commerciaux, les systèmes radar sont utilisés dans l'ATC (contrôle du trafic aérien), la détection de mouvement (comme l'ouverture et la fermeture de la porte, les alarmes de sécurité), l'évitement de collision de véhicules, la mesure de la distance à partir d'un point.
  7. La radiométrie hyperfréquence est une autre application.

Circuit microruban pour la télévision par satellite

Crédit image:Carte satellitaireLNB démonté, marqué comme domaine public, plus de détails sur Wikimedia Commons

Foire aux questions sur l'ingénierie des micro-ondes

1. Quelle est la gamme de fréquences pour RF et micro-ondes?

  • Répondre: Les fréquences RF vont de 30 MHz à 300 MHz et les micro-ondes vont de 300 MHz à 300 GHz.

2. Quelles sont les bandes de fréquences des micro-ondes?

  • Répondre: Il existe 13 bandes de fréquences différentes dans la gamme des micro-ondes. La liste ci-dessous les illustre.
Nom du groupeGamme de fréquenceGamme de longueur d'onde
Bande L1 Giga Hertz - 2 Giga Hertz15 cm à 30 cm
Bande D110 Giga Hertz- 170 Giga Hertz1.8 mm à 2.7 mm
Bande Ku12 Giga Hertz - 18 Giga Hertz16.7 mm à 25 mm
Bande K18 Giga Hertz - 26.5 Giga Hertz11.3 mm à 16.7 mm
S-Band2 Giga Hertz - 4 Giga Hertz7.5 cm à 15 cm
Ka-Band26.5 Giga Hertz - 40 Giga Hertz5 mm à 11.3 mm
Bande Q33 Giga Hertz - 50 Giga Hertz6 mm à 9 mm
Bande C4 Giga Hertz - 8 Giga Hertz3.75 cm à 7.5 cm
Bande U40 Giga Hertz - 60 Giga Hertz5 mm à 7.5 mm
Bande V50 Giga Hertz - 75 Giga Hertz4 mm à 6 mm
Bande W75 Giga Hertz - 110 Giga Hertz2.7 mm à 4.0 mm
Bande X8 Giga Hertz - 12 Giga Hertz25 cm à 37.5 cm
Bande F90 Giga Hertz - 110 Giga Hertz2.1 mm à 3.3 mm

3. Mentionnez certains inconvénients des micro-ondes.

  • Répondre: L'ingénierie des micro-ondes a également certaines limites. Parlons de certains d'entre eux.
  1. Les ressources en micro-ondes sont nettement plus coûteuses. De plus, les frais d'installation sont élevés pour plusieurs types d'équipement.
  2. Les appareils et systèmes à micro-ondes sont importants et occupent plus d'espace. Cependant, des recherches sont en cours pour des appareils moins encombrants.
  3. Les systèmes à micro-ondes subissent quelque temps des interférences électromagnétiques.
  4. Une inefficacité due à l'alimentation électrique peut en être la cause.

Image de couverture par: PERSONNALISATION DE WINDOWS

À propos de Sudipta Roy

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