Lignes de transmission et guides d'ondes : 7 explications importantes

Points de discussion: lignes de transmission et guides d'ondes

• Introduction aux lignes de transmission et aux guides d'ondes
• Types de guides d'ondes
• Types de lignes de transmission
• Guide d'ondes à plaques parallèles
• Guide d'ondes rectangulaire
• Guide d'onde circulaire

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Présentation des lignes de transmission (TL) et du guide d'ondes (WG)

L'invention et le développement de lignes de transmission et d'autres guides d'ondes pour la transmission de puissance à faible perte à haute fréquence sont parmi les premiers jalons de l'histoire de l'ingénierie des micro-ondes. Auparavant, la radiofréquence et les études connexes portaient sur les différents types de supports de transmission. Il présente des avantages pour contrôler une puissance élevée. Mais d'un autre côté, il est inefficace pour contrôler à des valeurs de fréquences inférieures.

Les lignes à deux fils coûtent moins cher, mais elles n'ont pas de blindage. Il existe des câbles coaxiaux blindés, mais il est difficile de fabriquer les composants hyperfréquences compliqués. L'avantage de la ligne Planar est qu'elle existe en plusieurs versions. Les lignes à fente, les lignes planes co, les lignes à micro-bandes sont quelques-unes de ses formes. Ces types de lignes de transmission sont compacts, économiques et facilement intégrables avec des dispositifs à circuit actif.

Des paramètres tels que la constante de propagation, l'impédance caractéristique, les constantes d'atténuation prennent en compte le comportement d'une ligne de transmission. Dans cet article, nous découvrirons les différents types d'entre eux. Presque toutes les lignes de transmission (qui ont plusieurs conducteurs) sont capables de supporter les ondes électromagnétiques transversales. Les composantes de champ longitudinales ne sont pas disponibles pour eux. Cette propriété particulière caractérise les lignes TEM et les guides d'ondes. Ils ont une valeur unique de tension, de courant et d'impédance caractéristique. Les guides d'ondes, ayant un seul conducteur, peuvent supporter TE (transverse électrique) ou TM (transverse magnétique), ou les deux. Contrairement à Now, les modes électriques transversaux et magnétiques transversaux ont leurs composantes de champ longitudinal respectives. Ils sont représentés par cette propriété.  

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Types de guides d'ondes

Bien qu'il existe plusieurs types de guides d'ondes, certains des plus populaires sont énumérés ci-dessous.

• Guide d'ondes à plaques parallèles
• guide d'onde rectangulaire
• Guide d'onde circulaire

Types de lignes de transport

Certains des types de lignes de transmission sont répertoriés ci-dessous.

• Ligne de strip-tease
• Ligne microruban
• Ligne coaxiale

Guide d'ondes à plaques parallèles

Le guide d'ondes à plaques parallèles est l'un des types populaires de guides d'ondes, capables de contrôler les modes magnétiques transversaux et électriques. L'une des raisons de la popularité des guides d'ondes à plaques parallèles est qu'ils ont des applications dans la création de modèles pour les modes d'ordre supérieur dans les lignes.

L'image ci-dessus (Lignes de transmission et guides d'ondes) montre la géométrie du guide d'ondes à plaques parallèles. Ici, la largeur de bande est W et considérée comme plus importante que la séparation de d. C'est ainsi que le champ frangeant et toutes les variables x peuvent être annulés. L'espace entre deux plaques est comblé par un matériau de permittivité ε et de perméabilité μ.

Modes TEM

La solution des modes TEM est calculée à l'aide de la solution de l'équation de Laplace. L'équation est calculée en considérant le facteur de la tension électrostatique qui se situe entre les plaques conductrices.

En résolvant, l'équation, le champ électrique transverse se présente comme:

e^- (x, y) = ∇_t ϕ (x, y) = - y^{^} V_o / ré.

Ensuite, le champ électrique total est: E^- (x, y, z) = h^- (x, y)e^{- jkz} = et^{^} (V_o / d) * e^-jkz

k représente la constante de propagation. Il est donné comme: k = w (μ * ε)

L'équation des champs magnétiques se présente comme suit:

Ici, η fait référence à l'impédance intrinsèque du milieu qui se situe entre les plaques conductrices des guides d'ondes à plaques parallèles. Elle est donnée par: η = √ (μ / ε)

Modes TM

Les modes magnétiques transversaux ou TM peuvent être caractérisés par H_z = 0 et une valeur de champ électrique finie.

(∂² / y² +k²_c) Et_z (x, y) = 0

Ici kc est le nombre d'onde de coupure et donné par k_c = (k² - β²)

Après la solution de l'équation, le fichier électrique E_X vient comme:

E_z (x, y, z) = UNE_n péché (n * π * y / d) * e^{- jβz}

Les composantes du champ transverse peuvent être écrites comme:

H_x = (jw / k_c) A_n cos (nπy / d) e^{- jβz}

E_y = (-jB / k_c) A_n cos (nπy / d) e^{- jβz}

E_x = H_y = 0.

La fréquence de coupure du mode TM peut s'écrire:

f_c=k_c / (2π * √ (με)) = n / (2d * √ (με))

L'impédance de l'onde est Z_TM = / ωε

La vitesse de phase: v_p = / β

La longueur d'onde guide: λ_g = 2π / β

Modes TE

H_z (x, y) = B_n cos (nπy / d) e^{- jβz}

Les équations des champs transversaux sont listées ci-dessous.

La constante de propagation β = √ (k2 - (nπ / d)²)

La fréquence de coupure: f_c = n / (2d (με))

L'impédance du mode TM: Z_TE = E_x /H_y =k_n/ β = ωμ / β

guide d'onde rectangulaire

La guide d'onde rectangulaire est l'un des principaux types de guides d'ondes utilisés pour transmettre des signaux micro-ondes, et ils ont toujours été utilisés.

Avec le développement de la miniaturisation, le guide d'ondes a été remplacé par des lignes de transmission planes telles que des lignes à bande et des lignes à microruban. Applications qui utilisent une puissance très élevée, qui utilise des technologies à ondes millimétriques, certaines technologies satellitaires spécifiques utilisent encore les guides d'ondes.

Comme le guide d'ondes rectangulaire n'a pas plus de deux conducteurs, il n'est capable que des modes magnétiques transversaux et électriques transversaux.

Modes TE

La solution pour H_z vient comme: H_z (x, y, z) = UNE_mn cos (mπx / a) cos (nπy / b) e^{- jβz}

Amn est une constante.

Les composants de terrain des modes TEmn sont répertoriés ci-dessous:

La constante de propagation est,

Modes TM

La solution pour E_z vient comme: E_z (x, y, z) = B_mn sin (mπx / a) sin (nπy / b) e^{- jβz}

Bmn est constant.

Les composantes de champ du mode TM sont calculées comme ci-dessous.

Constante de propagation :

L'impédance d'onde: Z_TM = E_x /H_y = -E_y /H_x = bη * η / k

Guide d'onde circulaire

Le guide d'ondes circulaire est une structure de tube rond et étouffé. Il prend en charge les modes TE et TM. L'image ci-dessous représente la description géométrique d'un guide d'ondes circulaire. Il a un rayon intérieur «a» et il est utilisé en coordonnées cylindriques.

E_ρ = (- j/k²_c) [β ∂E_z/ ∂ρ + (ωµ / ρ) ∂ H_z/ ]

E_ϕ = (- j/k²_c) [β ∂E_z/ ∂ρ - (ωµ / ρ) ∂ H_z/ ]

H_ρ = (j / k²_c) [(ωe / ρ) ∂E_z / ∂φ - β ∂ H_z/ ]

H_ϕ = (-j / k2_c) [(ωe / ρ) ∂E_z / ∂φ + β ∂ H_z/ ]

Modes TE

L'équation d'onde est:

∇²H_z +k²H_z = 0.

k : µe

La constante de propagation: B_mn = (k² - k_c²)

Fréquence de coupure: fc_nm =k_c / (2π * √ (με))

Les composantes du champ transversal sont:

E_p = (- jωµn / k²_cρ) * (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

H_φ = (- jβn / k²_cρ) (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

L'impédance de l'onde est:

Z_TE = E_p /H_ϕ = - E_ϕ /H_p = ηk / β

Modes TM

Pour déterminer les équations nécessaires pour le guide d'ondes circulaire fonctionnant en modes magnétiques transversaux, l'équation d'onde est résolue et la valeur de Ez est calculée. L'équation est résolue en coordonnées cylindriques.

[∂² / ∂ρ² + (1 / ρ) ∂ / ∂ρ + (1 / ρ²)²/² +k²c]e_z = 0,

TM_nm Constante de propagation du mode ->

nm = (k² - kc²) = (k² - (p_nm/une)²)

Fréquence de coupure: f_cnm =k_c / (2π√µε) = p_nm / (2πa √µε)

Les domaines transversaux sont:

E_ρ = (- jβ / k_c) (A sin nφ + B cos nφ) J_n^/ (k_c) e^{- jβz}

E_φ = (- jβn / k²_cρ) (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

H_ρ = (jωen / k² _cρ) (A cos nφ - B sin nφ) J_n (k_c) e^{- jβz}

H_φ = (- jωe / k_c) (A sin nφ + B cos nφ) Jn` (k_c) e^{- jβz}

L'impédance d'onde est Z_TM = E_p /H_φ = - E_ϕ/H_p = ηβ / k

Ligne de strip-tease

L'un des exemples de ligne de transmission de type planaire est Stripline. Il est avantageux pour l'incorporation à l'intérieur micro-onde circuits. Stripline peut être de deux types - Stripline asymétrique et Stripline inhomogène. Comme la ligne triplaque a deux conducteurs, elle prend donc en charge le mode TEM. La représentation géométrique est illustrée dans la figure ci-dessous.

Sudipta Roy

Bonjour, je m'appelle Sudipta Roy. J'ai fait un B. Tech en électronique. Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications. J'ai un vif intérêt pour l'exploration des technologies modernes telles que l'IA et l'apprentissage automatique. Mes écrits sont consacrés à fournir des données précises et mises à jour à tous les apprenants. Aider quelqu'un à acquérir des connaissances me procure un immense plaisir.
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