guide d’onde (suite)
Une réalisation intéressante, parce que facilitant la mise en œuvre, est celle du guide souple, constitué d’une bande métallique enroulée en spirale ; ce guide donne satisfaction jusqu’à des fréquences de l’ordre de 10 000 MHz. Un autre type de guide flexible, de section elliptique, est formé d’une série de brides à piège et de brides plates, afin de pallier les effets de la rupture de continuité métallique entre deux éléments adjacents. L’ensemble est maintenu dans une enveloppe en gomme.
Tout comme une ligne de transmission classique, un guide d’onde a des paramètres de transmission. L’affaiblissement est fonction de la forme de la section, de la nature du conducteur, de la nature du régime. En effet, le conducteur utilisé n’est pas électriquement parfait ; on peut donc prévoir des pertes à chaque réflexion, pertes qui sont d’ailleurs fonction du régime et, pour un régime déterminé, de la fréquence. Enfin, l’affaiblissement dépend des dimensions et de la forme de la section (fig. 9).
Le guide d’onde hélicoïdal
L’affaiblissement de propagation d’une onde TE01 dans un guide circulaire décroît et tend vers 0 quand la fréquence augmente. Or, à dimensions constantes du guide, l’augmentation de la fréquence, donc la diminution de la longueur d’onde, a pour effet d’entraîner l’apparition de régimes supplémentaires de plus en plus nombreux. Ces régimes non seulement ne sont pas nécessaires pour assurer la propagation, mais sont même nuisibles. Il faut donc choisir un compromis entre affaiblissement et importance des régimes parasites. Le choix se porte sur un guide de 50 mm de diamètre travaillant dans la gamme des 35 GHz, soit environ 0,85 mm de longueur d’onde. L’affaiblissement est de l’ordre de 3 dB/km (rapport 2 en puissance), ce qui permet des portées de 20 km environ.
La réalité est, en fait, assez complexe. La conductibilité non infinie des parois, le fait que les sections ne sont pas rigoureusement circulaires, les solutions de continuité électrique entre tronçons successifs du guide rendent le mode TE01 instable et peuvent le transformer en modes supérieurs, lesquels, en créant de nouveaux modes TE01 déphasés par rapport au mode d’origine et interférant avec lui, engendrent des distorsions inacceptables.
Or, l’exploitation d’une des propriétés du mode TE01 peut empêcher la création et la propagation des modes parasites. Dans un guide circulaire fonctionnant en régime TE01, le champ électrique est dans la section droite du guide et le champ magnétique est toujours situé dans un plan contenant l’axe du guide. La composante axiale de ce champ développe dans le conducteur des courants de circulation de section droite. Il n’est donc pas nécessaire de ménager pour ces courants une conductibilité axiale de l’enveloppe, mais seulement une conductibilité circulaire de la section droite. Si on réalise une enveloppe en enroulant, à spires jointives, sur un mandrin cylindrique, un fil de cuivre émaillé, donc isolant, on bloque toute possibilité de création de courants de surfaces axiaux et l’on interdit ainsi tous les régimes pouvant les provoquer. Si la fabrication, qui se fait par longueur de 3 m, est très délicate, le raccordement des longueurs peut se faire sans précautions spéciales.
Utilisation des guides d’onde
Les guides d’onde de section rectangulaire ou circulaire sont utilisés dès l’instant que le transport des ondes fait apparaître des affaiblissements exagérés. Ils sont employés conjointement avec d’autres pièces. En effet, une ligne de transmission est toujours associée à des équipements localisés qui permettent de faire subir au signal électrique transmis les modifications envisagées par la technique servie (modulation, amplification, détection, changement de fréquences, affaiblissement, filtrage, etc.). La mise en œuvre des guides s’accompagne de celle d’organes actifs ou passifs (amplificateurs à ondes progressives, oscillateur à klystron, cavité résonnante, etc.). La ligne de transmission n’est plus un fil métallique sur lequel on peut mesurer une intensité ou un potentiel, mais elle limite aux parois du guide un espace en tout point duquel les phénomènes électriques se manifestent par des champs magnétique et électrique.
Les guides d’onde sont utilisés dans les techniques de transmission par faisceaux hertziens, dans les gammes hyperfréquences, dans les techniques de détection d’obstacles (radar, navigation aérienne et maritime), dans les techniques de diffusion à grandes puissances et sur ondes très courtes. Les informations transmises, à la fois par l’onde porteuse et par le guide, sont de nature variée : signaux téléphoniques simples ou multiplex, signaux de télévision, impulsions numériques, données.
Le guide d’onde hélicoïdal est mis en œuvre comme une véritable ligne de transmission à grande distance (20 km). C’est, à l’heure actuelle, la ligne de transmission ayant la plus grande capacité évaluée en nombre de communications téléphoniques. Il a la possibilité d’en transmettre simultanément plusieurs dizaines de milliers ainsi que plusieurs dizaines de programmes de télévision.
Ces performances tiennent principalement au fait que, l’onde transmise étant de fréquence très élevée, sa possibilité de transmission l’est aussi. De plus, la nature physique de la ligne permet de maintenir avec un affaiblissement très faible l’énergie à l’intérieur du tube, alors que les procédés classiques de rayonnement d’ondes électromagnétiques entraînent une dispersion obligatoire dans la propagation en espace libre, donc un affaiblissement considérable.
Enfin, on a réalisé des guides d’onde qui ont des domaines d’utilisation très particuliers et qui utilisent les propriétés de réflexion totale des ondes électromagnétiques à la surface de séparation d’un diélectrique et de l’air. Le régime de propagation dans une tige de section circulaire est une association d’un mode TE et d’un mode TM.
G. D.
➙ Courants porteurs (procédé de transmission par) / Faisceaux hertziens (procédé de transmission par) / Télécommunication.