Génie des micro-ondes - Guides d'ondes

En général, si la fréquence d'un signal ou d'une bande de signaux particulière est élevée, l'utilisation de la bande passante est élevée car le signal offre plus d'espace pour que d'autres signaux s'accumulent. Cependant, les signaux haute fréquence ne peuvent pas parcourir de plus longues distances sans être atténués. Nous avons étudié que les lignes de transmission aident les signaux à parcourir de plus longues distances.

Les micro-ondes se propagent à travers des circuits, des composants et des dispositifs micro-ondes, qui agissent comme une partie des lignes de transmission micro-ondes, généralement appelées guides d'ondes.

Un tube métallique creux de section transversale uniforme pour transmettre des ondes électromagnétiques par réflexions successives des parois internes du tube est appelé comme un Waveguide.

La figure suivante montre un exemple de guide d'ondes.

Un guide d'ondes est généralement préféré dans les communications micro-ondes. Le guide d'ondes est une forme spéciale de ligne de transmission, qui est un tube métallique creux. Contrairement à une ligne de transmission, un guide d'ondes n'a pas de conducteur central.

Les principales caractéristiques d'un guide d'ondes sont:

  • La paroi du tube fournit une inductance distribuée.

  • L'espace vide entre les parois du tube fournit une capacité distribuée.

  • Ceux-ci sont encombrants et coûteux.

Avantages des guides d'ondes

Voici quelques avantages des guides d'ondes.

  • Les guides d'ondes sont faciles à fabriquer.

  • Ils peuvent supporter une très grande puissance (en kilo watts).

  • La perte de puissance est très négligeable dans les guides d'ondes.

  • Ils offrent une très faible perte (faible valeur de l'atténuation alpha).

  • Lorsque l'énergie micro-ondes se propage à travers le guide d'ondes, elle subit des pertes plus faibles qu'un câble coaxial.

Types de guides d'ondes

Il existe cinq types de guides d'ondes.

  • Guide d'ondes rectangulaire
  • Guide d'ondes circulaire
  • Guide d'ondes elliptique
  • Guide d'ondes à simple arête
  • Guide d'ondes à double arête

Les figures suivantes montrent les types de guides d'ondes.

Les types de guides d'ondes illustrés ci-dessus sont creux au centre et constitués de parois en cuivre. Ceux-ci ont une fine couche d'Au ou d'Ag sur la surface intérieure.

Comparons maintenant les lignes de transmission et les guides d'ondes.

Lignes de transmission vs guides d'ondes

La principale différence entre une ligne de transmission et un guide d'ondes est -

  • UNE two conductor structure qui peut supporter une onde TEM est une ligne de transmission.

  • UNE one conductor structure qui peut supporter une onde TE ou une onde TM mais pas une onde TEM est appelée guide d'ondes.

Le tableau suivant met en évidence les différences entre les lignes de transmission et les guides d'ondes.

Lignes de transmission Guides d'ondes
Prend en charge la vague TEM Ne peut pas prendre en charge la vague TEM
Toutes les fréquences peuvent passer Seules les fréquences supérieures à la fréquence de coupure peuvent passer
Transmission à deux conducteurs Transmission à un conducteur
Les reflets sont moins Une onde traverse les réflexions des parois du guide d'ondes
Il a une impédance caractéristique Il a une impédance d'onde
La propagation des ondes est conforme à la "théorie des circuits" La propagation des ondes est conforme à la "théorie des champs"
Il a un conducteur de retour à la terre Le conducteur de retour n'est pas nécessaire car le corps du guide d'ondes fait office de terre
La bande passante n'est pas limitée La bande passante est limitée
Les vagues ne se dispersent pas Les vagues se dispersent

Vitesse de phase

La vitesse de phase est la vitesse à laquelle l'onde change de phase pour subir un déphasage de radians. Il peut être compris comme le changement de vitesse des composantes d'onde d'une onde sinusoïdale, lorsqu'elle est modulée.

Dérivons une équation pour la vitesse de phase.

Selon la définition, le taux de changement de phase à radians doit être pris en compte.

Ce qui signifie, $λ$ / $T$ Par conséquent,

$$ V = \ frac {\ lambda} {T} $$

Où,

$ λ $ = longueur d'onde et $ T $ = temps

$$ V = \ frac {\ lambda} {T} = \ lambda f $$

Puisque $ f = \ frac {1} {T} $

Si nous multiplions le numérateur et le dénominateur par ensuite nous avons

$$ V = \ lambda f = \ frac {2 \ pi \ lambda f} {2 \ pi} $$

On sait que $ \ omega = 2 \ pi f $ and $ \ beta = \ frac {2 \ pi} {f} $

L'équation ci-dessus peut être écrite comme suit:

$$ V = \ frac {2 \ pi f} {\ frac {2 \ pi} {\ lambda}} = \ frac {\ omega} {\ beta} $$

Par conséquent, l'équation de la vitesse de phase est représentée par

$$ V_p = \ frac {\ omega} {\ beta} $$

Vitesse de groupe

La vitesse de groupe peut être définie comme la vitesse à laquelle l'onde se propage à travers le guide d'ondes. Cela peut être compris comme la vitesse à laquelle une enveloppe modulée se déplace par rapport à la porteuse seule. Cette onde modulée parcourt le guide d'ondes.

L'équation de la vitesse de groupe est représentée par

$$ V_g = \ frac {d \ omega} {d \ beta} $$

La vitesse de l'enveloppe modulée est généralement plus lente que le signal porteur.