HYPERFRÉQUENCES
Cavités à hyperfréquences
Cavités ou volumes résonnants classiques
Une cavité est un milieu diélectrique fini, limité par une surface conductrice fermée et dans laquelle existe un champ électromagnétique.
Ce champ électromagnétique doit satisfaire aux équations de Maxwell et aux conditions limites imposées sur la surface conductrice. Le problème est donc d'intégrer les équations de Maxwell en milieu fini. Supposons que l'on ait déterminé une distribution du champ électrique E (x, y, z) et du champ magnétique H (x, y, z) ; la dépendance par rapport au temps est toujours de la forme exp(jωt). L'énergie électromagnétique emmagasinée dans la cavité a pour valeur :
Si le conducteur n'est pas parfait, une certaine puissance est perdue dans les parois du résonateur. Cette puissance est :
Le coefficient de qualité ou de surtension du volume résonnant est le rapport de la puissance emmagasinée moyenne à la puissance perdue pendant une période, soit :
S'il n'y a pas d'autre perte que celle qui est due au conducteur :
Comme une fraction de la puissance est perdue, pour que le régime d'onde trouvé en intégrant les équations de Maxwell se conserve, il faut fournir de l'extérieur une énergie égale à la valeur moyenne des pertes ; elle sera d'autant plus faible que Q sera plus grand.
On utilise dans la pratique trois formes de cavités, rectangulaires, cylindriques et coaxiales, pour lesquelles on sait résoudre exactement les équations de Maxwell (ce qui n'est pas le cas des volumes résonnants de forme quelconque). Les solutions trouvées constituent les modes d'oscillation propres de la cavité.
Cavités cylindriques à section circulaire
Les cavités cylindriques à section circulaire sont largement utilisées ; leur coefficient de qualité élevé (environ 20 000) et leur simplicité de fabrication les font souvent préférer, malgré leur largeur de bande d'utilisation plus faible.
La solution des équations de Maxwell conduit à deux sortes de modes : mode transverse-électrique (TE), où le champ électrique est toujours perpendiculaire à l'axe du cylindre, mode transverse-magnétique (TM), où le champ magnétique est toujours perpendiculaire à l'axe du cylindre.
Chaque mode est déterminée par un ensemble de trois indices ; par exemple, pour les modes TElmn : l correspond au nombre de périodes de variation de la composante de champ électrique radial Er lorsqu'on se déplace sur un cercle perpendiculaire à l'axe du cylindre ; m correspond au nombre de demi-périodes de variation de la composante de champ électrique Eθ quand on se déplace sur un rayon du cylindre ; n correspond au nombre de demi-périodes de variation de la composante radiale Er lorsqu'on se déplace sur l'axe du cylindre.
À chaque mode correspond une fréquence de résonance dont la longueur d'onde λ est donnée par l'expression :
On a coutume de représenter les variations de (D/λ)2 en fonction de (D/L)2, ce qui donne une « carte de modes » extrêmement commode pour déterminer la bande d'accord de fréquence possible de la cavité en fonction par exemple de la longueur L. Chaque mode y est représenté par une droite.
Cavités coaxiales
Les cavités coaxiales fonctionnent toutes sur le mode fondamental TEM (transversal électromagnétique). Elles ont une très large bande d'accord sans mode parasite, s'étendant théoriquement jusqu'à la fréquence zéro. Leur coefficient de qualité est faible (environ 1 000) à cause de la présence du conducteur central.[...]
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Écrit par
- Louis DUSSON : Ingénieur, chef d'affaires, division "systèmes, défense et contrôle", Thomson-CSF.
Classification
Médias
Magnétron à cavité
Encyclopædia Universalis France
Klystron à deux cavités
Encyclopædia Universalis France
Tube à ondes progressives
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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BOOT HENRY ALBERT HOWARD (1917-1983)
- Écrit par Bernard PIRE
- 354 mots
Physicien britannique, inventeur du magnétron à cavité.
Fils d'un ingénieur électricien, Henry Albert Howard Boot, né le 29 juillet 1917 à Birmingham (Grande-Bretagne), fait ses études à l'université de cette ville et y soutient sa thèse de doctorat en 1941. Il est immédiatement engagé au département...
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GRENATS
- Écrit par Gérard GUITARD et Ramanathan KRISHNAN
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...magnétiques présentes. Au début, on a étudié des matériaux polycristallins, et vers 1959 les premiers monocristaux de YIG (Y3Fe5O12) ont été obtenus. Depuis lors, une meilleure connaissance de la structure microscopique de ces composants et de leurs propriétés magnétiques a permis de les utiliser dans... -
HYPERSONS
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On appelle hypersons ou ondes hypersonores les ondes acoustiques ou élastiques cohérentes dont la fréquence est supérieure à 109 Hz. La structure périodique de la matière et l'ordre de grandeur des dimensions atomiques limitent leur fréquence maximale possible aux environs de 1013 Hz....
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MASER
- Écrit par Maurice ARDITI et Claude AUDOIN
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Le mot « maser » (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) signifie amplification de micro-ondes par émission induite de rayonnement.
Les masers présentent un très grand intérêt historique. Celui à ammoniac, réalisé par Charles H. Townes et ses collaborateurs...
