Université Abdelmalek EssaâdiEcole Nationale des SciencesAppliquées de TANGERMini projet enOEM et guides d’ondesIntitulé :...
2SOMMAIREINTRODUCTION................................................................................................... 3...
3INTRODUCTIONLorsque la fréquence des Ondes Électromagnétiques devienne supérieureau GHz (longueurs d’ondes dans l’air cen...
4I. Les Guides D’ondes Circulaires1. Généralités sur les guides d’ondesUn guide dondes est un tube conducteur par lequel l...
5exagérés. Ils sont employés conjointement avec d’autres pièces. En effet,une ligne de transmission est toujours associée ...
6Le guide d’ondes circulaires est un cylindre métallique, creux, de rayon a.Il est représenté dans le système de coordonné...
7Lautre groupe, nommé TE (transverse électrique) a un champ électriqueentièrement transversal mais une composante de champ...
8Dans le cas d’un mode , il y a variation d’une demi-période deschamps non seulement selon l’axe mais également selon l’ax...
9liaison radioélectrique, à condition que l’onde électromagnétique soitmodulée par un signal informatif.Une liaison radioé...
102. L’antenne ricoré : CantennaLe nom Cantenna est dérivé de « Can-Antenne ». Un Cantenna estsimplement un guide dondes c...
11Figure 2.3 : Le CantennaNous nous sommes ainsi procuré les plans ainsi que le matériel nécessaireà la fabrication. Le ma...
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14Avec la règle, on mesure 6,2 centimètres à partir du fond de la boîte deconserve et marquez un point.Faites attention de...
15Figure 2.9 : Etamer le filAvec le fer à souder, étamant la broche centrale du connecteur. Enmaintenant le fil vertical à ...
16Figure 2.12 : Format finale de l’antenneUtilisez les pinces et la clé anglaise pour visser fermement l’écrou sur leconne...
17Un guide d’onde qui est fermée à une des extrémités agit de la mêmemanière qu’un câble coaxial fermé.Le signale entrant ...
18mesure, londe pourra contourner lobstacle et continuer à se propagerderrière celui-ci, à partir des limites de cet obsta...
19La densité de puissance au flux enA sera plus importante qu’en B ouC et ainsi de suite.Figure 3.4 : AtténuationL’atténua...
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26Pour ajuster à la vue appuyez sur les touches <CTRL + D> et sur cesicones pour la tourner : Affecter les limites de ray...
27Figure 4.8 : Données de Solution Génération des rapports :Une fois que la simulation est finie, on utilise les rapports...
28CONCLUSIONDans ce travail on a vu le concept d’un guide des ondes circulaires encitons ces propriétés et ces modes de pr...
29BIBLIOGRAPHIE CEI IEC 60154-4: Brides pour les guides dondes / quatrième partie :Spécification de brides pour les guide...
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Les Guides D'ondes Circulaires

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Dans ce travail, après avoir introduire les guides d’ondes en générale, puis les guides d’ondes circulaires en particulière, on va traiter un exemple d’utilisation des guides d’ondes circulaires.
Cet exemple est la réalisation d’une antenne ricoré : Cantenna, et on va citer les contraintes dimensionnelles pour avoir une construction exacte à l’aide d’un script qui les calcule, et faisons une simulation sous HFSS.

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Les Guides D'ondes Circulaires

  1. 1. Université Abdelmalek EssaâdiEcole Nationale des SciencesAppliquées de TANGERMini projet enOEM et guides d’ondesIntitulé :Encadré par : Réalisé par :Mme. CHAHBOUN Noha OUALLA Soumia BELKADI Omayma
  2. 2. 2SOMMAIREINTRODUCTION................................................................................................... 3I. Les Guides D’ondes Circulaires ................................................................... 41. Généralités sur les guides d’ondes--------------------------------------------- 42. Utilisation des guides d’ondes -------------------------------------------------- 43. Le guide d’ondes circulaires ---------------------------------------------------- 54. Les Modes TE et TM------------------------------------------------------------- 6II. Antenne: CANTENNA.................................................................................. 81. Les Antennes----------------------------------------------------------------------- 82. L’antenne ricoré : Cantenna-------------------------------------------------- 103. Les contraintes et les matériels----------------------------------------------- 103.1. Contraintes............................................................................................113.2. Composants pour l’antenne..................................................................123.3. Outils requis pour la construction ........................................................133.4. Démarche et réalisation........................................................................13III. Cantenna en tant qu’un guide d’onde circulaire......................................161. Propagation des ondes------------------------------------------------------------- 162. réflexion, réfraction des ondes guidées----------------------------------------- 173. l’atténuation des ondes guidées-------------------------------------------------- 18IV. Outils Informatiques....................................................................................191. Calculatrice des Longueurs--------------------------------------------------- 192. Logiciel de simulation électromagnétique---------------------------------- 212.1. Logiciel HFSS (ANSOFT)...................................................................212.2. Étapes d’utilisation du logiciel.............................................................222.3. Simulation.............................................................................................25CONCLUSION......................................................................................................28BIBLIOGRAPHIE................................................................................................29
  3. 3. 3INTRODUCTIONLorsque la fréquence des Ondes Électromagnétiques devienne supérieureau GHz (longueurs d’ondes dans l’air centimétriques), les conducteursmétalliques, coaxiaux ou non, deviennent peu utilisables pour trois raisons:i. Une onde électromagnétique pénètre mal à l’intérieur d’unconducteur en hautes fréquences (cf l’effet de peau).ii. Le conducteur extérieur formé de brins fins de fils tressés devient unécran imparfait et les lignes de fuite entre brins rayonnent del’énergie.iii. Le diélectrique continu servant de support au conducteur centraldevient absorbant à cause des bandes de fréquence de résonance duCO2 qu’il contient presque nécessairement par fabrication.On est donc amené à rigidifier l’enveloppe extérieure sous forme d’untuyau métallique et à supprimer le diélectrique ainsi que le fil central qu’ilsupportait. On obtient ainsi un tube de section rectangulaire ou circulaire,guidant une onde électromagnétique qui se propage dans le milieuintérieur, souvent de l’air.Dans ce travail, après avoir introduire les guides d’ondes en générale, puisles guides d’ondes circulaires en particulière, on va traiter un exempled’utilisation des guides d’ondes circulaires.Cet exemple est la réalisation d’une antenne ricoré: Cantenna, en citonsles contraintes dimensionnelles pour avoir une construction exacte à l’aided’un script qui les calcule, et faisons une simulation sous HFSS.
  4. 4. 4I. Les Guides D’ondes Circulaires1. Généralités sur les guides d’ondesUn guide dondes est un tube conducteur par lequel lénergie est transmisesous forme dondes électromagnétiques. Le tube agit en tant que frontièrequi confine les ondes en son intérieur. Leffet pelliculaire empêche tous leseffets électromagnétiques démaner hors du guide.Les champs électromagnétiques sont propagés par le guide dondes aumoyen de réflexions contre ses murs intérieurs, qui sont considérés commedes conducteurs parfaits.Lintensité des champs est plus grande au centre le long de la dimension Xet doit diminuer à zéro en arrivant aux murs car lexistence de nimportequel champ parallèle aux murs sur la surface ferait entrer un courant infinidans un conducteur parfait.Le terme guide donde désigne une enveloppe conductrice sans pertes(donc un conducteur parfait) dans lequel se propage une énergieélectromagnétique. Il y a des guides dondes rectangulaires, circulaires,elliptiques, comme suite:Figure 1.1 : les types des guides d’ondes2. Utilisation des guides d’ondesLes guides d’onde de section rectangulaire ou circulaire sont utilisés dèsl’instant que le transport des ondes fait apparaître des affaiblissements
  5. 5. 5exagérés. Ils sont employés conjointement avec d’autres pièces. En effet,une ligne de transmission est toujours associée à des équipements localisésqui permettent de faire subir au signal électrique transmis lesmodifications envisagées par la technique servie (modulation,amplification, détection, changement de fréquences, affaiblissement,filtrage, etc.). La mise en œuvre des guides s’accompagne de celled’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 peutmesurer une intensité ou un potentiel, mais elle limite aux parois du guideun espace en tout point duquel les phénomènes électriques se manifestentpar des champs magnétique et électrique.Les guides d’onde sont utilisés dans les techniques de transmission parfaisceaux hertziens, dans les gammes hyperfréquences, dans les techniquesde détection d’obstacles (radar, navigation aérienne et maritime), dans lestechniques 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.Enfin, on a réalisé des guides d’onde qui ont des domaines d’utilisationtrès particuliers et qui utilisent les propriétés de réflexion totale des ondesélectromagnétiques à la surface de séparation d’un diélectrique et de l’air.3. Le guide d’ondes circulairesFigure 1.2 : Guide circulaire
  6. 6. 6Le guide d’ondes circulaires est un cylindre métallique, creux, de rayon a.Il est représenté dans le système de coordonnées cylindriques sur la figure1.2 où l’axe z est toujours défini comme étant la direction de propagation.Le guide dondes circulaires a été utilisé avec succès dans la télévisionavec haute puissance démission (UHF) depuis 1984. AT&T (le plus grandfournisseur de services téléphoniques) lavait aussi utilisé comme unstandard pour le trafic téléphonique de longue distance, avec plus de15.000 installations à travers les États-Unis.Il est devenu populaire parce quil a des très intéressantes propriétésélectriques. Il offre une atténuation plus faible que dautres guides dondeset capable de fonctionner à double polarisation.Puisque le Guide d’ondes circulaires opère généralement au-dessus de lafréquence de coupure dau moins lun des modes dordre supérieur, cespropriétés ne sont utiles que si le guide dondes circulaire est fait de façontrès précise.Le régime de propagation dans une tige de section circulaire est uneassociation d’un mode TE et d’un mode TM.4. Les Modes TE et TMIl y a un nombre infini de manières par lesquelles les champs électriques etmagnétiques peuvent sordonner dans un guide dondes pour desfréquences au-dessus de la fréquence de coupure basse. Chacune de cesconfigurations de champ sappelle un mode.Il est important, autant que possible, davoir un seul mode qui se propagedans un guide. Sil y a plus dun mode, linformation est distribuée entre lesondes de différentes fréquences. Il y a dispersion, et possibilité de pertedinformation. Les modes supérieures peuvent contenir de lénergie que lerécepteur ne peut pas capter.Les modes peuvent être séparés en deux groupes généraux. Un groupe,nommé TM (transverse magnétique), a un champ magnétique entièrementtransversal à la direction de propagation mais une composante du champélectrique dans la direction de la propagation.
  7. 7. 7Lautre groupe, nommé TE (transverse électrique) a un champ électriqueentièrement transversal mais une composante de champ magnétique dansla direction de la propagation.Figure 1.2 : Distribution des champs dans les modes TE et TMLe mode de propagation est identifié par deux lettres suivies de deuxnuméros. Par exemple, TE 10, TM 11,.. (Figure 1.2). Le nombre de modespossibles augmente avec la fréquence pour une taille donnée de guide et iln’y a qu’un mode possible, nommé le mode dominant, pour la plus bassefréquence transmissible.Dans un guide rectangulaire, la dimension critique est X. Cette dimensiondoit être plus élevée que 0,5 à la plus basse fréquence à être transmise.Dans la pratique, la dimension Y est habituellement égale à 0,5 X pouréviter la possibilité dopérer dans un autre mode que le dominant.D’autres formes de guide peuvent être employées, la plus importante étantla forme circulaire. Dans ce dernier cas, nous appliquons plus ou moins lesmêmes considérations que pour les guides rectangulaires.Les dimensions des longueurs d’onde pour les guides rectangulaires etcirculaires sont indiquées dans la table suivante, où X est la largeur dunguide rectangulaire et r est le rayon dun guide circulaire.Type de guide Rectangulaire CirculaireLongueur d’onde de coupure 2X 3,41rPlus longue longueur d’onde transmise 1,6X 3,2ravec peu d’atténuation 1,1X 2,8rLes modes fondamentaux d’un guide d’ondes circulaires sont, en modeTE : TE11 et TM01 en mode TM. Dans le Mode :
  8. 8. 8Dans le cas d’un mode , il y a variation d’une demi-période deschamps non seulement selon l’axe mais également selon l’axe .L’expression du second ordre en ⃗⃗⃗⃗ en TE (en ⃗⃗⃗⃗ en TM), se compliqueen coordonnées cylindriques : Dans le mode :En coordonnées cylindriques :II. Antenne: CANTENNA1. Les AntennesUne antenne d’émission est un dispositif qui assure la transmission del’énergie entre un émetteur et l’espace libre où cette énergie va sepropager. Réciproquement, une antenne de réception est un dispositif quiassure la transmission de l’énergie d’une onde se propageant dans l’espaceà un appareil récepteur.Les antennes servent pour communiquer sur des grandes distances, car lescommunications sur petites distances sont moins coûteuses avec l’emploide câbles ou de guides d’ondes.Le transport d’énergie par une onde électromagnétique va donc permettrele transfert d’information sans support physique à travers un canal ou une
  9. 9. 9liaison radioélectrique, à condition que l’onde électromagnétique soitmodulée par un signal informatif.Une liaison radioélectrique est un canal de transmission entre un émetteuret un récepteur, dont le support de transmission est assuré par des ondesélectromagnétiques.Comme tous les canaux de communication, il est soumis aux problèmesposés par le bruit et les perturbations, qui vont limiter les performances dusystème de transmission.Ils sont aussi dépendants des propriétés de l’antenne qui va donnernaissance à l’onde électromagnétique, et à l’environnement autour del’antenne qui va influer sur la propagation des ondes électromagnétiques.La connaissance et la modélisation de la propagation et des antennes sontcomplexes, mais nécessaires pour dimensionner un système detransmission sans fils.Figure 2.1 : Représentation schématiques de l’antenneLes antennes peuvent être omnidirectionnelles, sectorielles ou directives.Les antennes omnidirectionnelles rayonnent approximativement le mêmemodèle tout autour de lantenne dans un modèle complet de 360°.Les antennes sectorielles rayonnent principalement dans un secteurspécifique. Les antennes directionnelles sont des antennes pour lesquellesla largeur de faisceau est beaucoup plus étroite que dans les antennessectorielles. Elles ont un gain plus élevé et sont donc employées pour desliens de longue distance.
  10. 10. 102. L’antenne ricoré : CantennaLe nom Cantenna est dérivé de « Can-Antenne ». Un Cantenna estsimplement un guide dondes cylindrique à extrémité, construit à partir deboîtes de conserve largement disponibles.Le diamètre des boîtes disponibles au niveau national prend en charge lapropagation de guide dondes à des fréquences de lordre de quelques GHz.En raison de sa fréquence de fonctionnement facile et optimale de laconstruction centré à 2,4 GHz (tel quil est utilisé dans les réseaux sans filWi-Fi) est construit localement par des armatures pour étendre la plage deleur connexion sans fil, atteignant parfois à un maximum de 6 à 7km.Figure 2.2 : étendre la plage du connexion WIFI à l’aide du CantennaCet antenne directionnelle a un gain estimé à environ 8dBi, peut égalementêtre employée comme source pour une plaque ou une grille parabolique.Notez que ce ne sont pas toutes les boîtes de conserves qui peuvent êtreutilisées pour construire ce type antenne. Certaines contraintesdimensionnelles s’appliquent.3. Les contraintes et les matérielsCanettes de plusieurs diamètres, longueurs et matériaux sont disponiblesdans un foyer domestique, évidemment différentes dimensions donnerontlégère différence dans les diagrammes de rayonnement et des gainsdirectionnels. La longueur et le diamètre optimal pour une fréquenceparticulière peut être calculé à laide des fonctions mathématiques abordésplus tard.
  11. 11. 11Figure 2.3 : Le CantennaNous nous sommes ainsi procuré les plans ainsi que le matériel nécessaireà la fabrication. Le matériel cité ci-dessous correspond à une configurationdonnée. Plusieurs types de connecteurs existent, reste à l’utilisateur de leschoisir en fonction de ses besoins.3.1. ContraintesFigure 2.4 : contraintes dimensionnelles de la CantennaPour fabriquer notre antenne nous avons besoin de connaître les longueursD (le diamètre), (correspondant à la longueur totale de la sonde à partirde la base de la boite ricoré donc comprenant une partie du connecteur N),(la distance séparant le fond de la boite et la tige de métal) et Lg (lalongueur de la boite).La longueur D représente le diamètre de notre guide d’onde. Il y a troislongueurs d’ondes différentes dans une antenne à guide d’onde. Ici ellessont marquées Lo, Lc et Lg.Lo est la longueur d’onde du signal HF en air libre :
  12. 12. 12Lo (mm) = 300 / F (GHz)Lc est la longueur d’onde de la fréquence de coupure qui dépenduniquement du diamètre du tube :Lc (mm) = 1.706 x D (mm)Lg est la longueur d’onde à l’intérieur du guide, elle est fonction à la foisde Lo et Lc :Lg =√ ( )3.2. Composants pour l’antenneIl est très simple de construire cette antenne, elle n’exige que lescomposants suivants :Boite de conserve (diamètre 8cm) Connecteur de Type N- femelle à visserCâble Pigtail RG58, avec connecteursN-male vers RP-SMAFil de cuivre de 2 millimètre de diamètre
  13. 13. 13Wifi USB-AdapterFigure 2.5 : matériels de construction d’antenne ricoré3.3. Outils requis pour la construction Perceuse avec un ensemble de mèches pour métal Un ouvre-boîte Une pince coupante Une lime Un fer à souder et de létain Une pince à sertir pour le câble coaxial Une règle Une clé anglaise Un marteau3.4. Démarche et réalisationÀ laide de louvre-boîte, on enlève soigneusement la partie supérieure dela boîte de conserve.Figure 2.6 : Ouvrir la boite de conserve
  14. 14. 14Avec la règle, on mesure 6,2 centimètres à partir du fond de la boîte deconserve et marquez un point.Faites attention de bien mesurer à partir du côté intérieur du fond. Onutilise un poinçon (ou une perceuse avec une petite mèche ou un tournevisPhillips) et un marteau pour marquer le point .Ceci facilitera un perçageprécis du trou.Faites attention de ne pas changer la forme de la boîte de conserve en yinsérant un petit bloc de bois ou de tout autre objet avant de frapperdessus.Figure 2.7 : Perçage de la boite de conserveAvec une mèche de petit diamètre, faites un trou pilote. On augmente lediamètre du trou en augmentant le diamètre de la mèche. Le trou devraitparfaitement adapter au connecteur N.On utilise la lime pour lisser le bord du trou et pour enlever toute trace depeinture afin dassurer un meilleur contact électrique avec le connecteur.Figure 2.8 : Adapter le trou au connecteur NOn lisse avec la lime une extrémité du fil. Étamant le fil à environ 0,5centimètre à la même extrémité à laide de létau.
  15. 15. 15Figure 2.9 : Etamer le filAvec le fer à souder, étamant la broche centrale du connecteur. Enmaintenant le fil vertical à laide des pinces, et on soude le côté au quel ona ajouté létain dans le trou de la broche centrale.Figure 2.10 : Souder l’étainOn insère une rondelle et on visse doucement lécrou sur le connecteur. Oncoupe le fil à 3,05 centimètres mesurés à partir de la partie inférieure delécrou.Figure 2.11 : mesurer la partie inférieure de lécrouOn dévisse lécrou du connecteur en laissant la rondelle en place. Insérantle connecteur dans le trou de la boîte de conserve. Et on visse lécrou sur leconnecteur de lintérieur de la boîte de conserve.
  16. 16. 16Figure 2.12 : Format finale de l’antenneUtilisez les pinces et la clé anglaise pour visser fermement l’écrou sur leconnecteur. Vous avez terminé!Finalement, connectez la cantenna au wifi usb-adapter avec la câble RG58(Pigtail), avec le connecteur RP-SMA dans l’adapteur, et le connecteur N-male dans l’antenne. L’antenne étant prête, nous pouvons passer aux testset mesures.III. Cantenna en tant qu’un guide d’onde circulaire1. Propagation des ondesL’onde électromagnétique est formée par le couplage des deux champs ci-dessous, le champ électrique ⃗ et le champ magnétique ⃗ . Nous pouvonsgrâce à ce schéma nous rendre compte que la fréquence est définie par lacélérité et la longueur d’onde.Figure 3.1 : propagation des ondes
  17. 17. 17Un guide d’onde qui est fermée à une des extrémités agit de la mêmemanière qu’un câble coaxial fermé.Le signale entrant se reflète à partir du fond en métal. Il se forme alors uneonde dans le guide, plus longue que l’onde dans le vide puisque l’onde« rebondit sur les bords pour avancer ».Figure 3.2 : La propagation d’ondes dans une Cantenna2. réflexion, réfraction des ondes guidéesUne onde peut se réfléchir sur une surface comme le sol, la surface deleau, un mur ou une voiture. On parle de réflexion spéculaire lorsquelonde se réfléchit comme un rayon lumineux comme elle le ferait sur unmiroir. Une onde dont la fréquence est de lordre de quelques mégahertzpeut se réfléchir sur une des couches ionisées de la haute atmosphère. Laréflexion dune onde est plus généralement diffuse, londe se réfléchissantdans plusieurs directions ainsi quun rayon lumineux frappant une surfacemate. Une antenne ou un miroir parabolique fonctionnent de façonsimilaire.Lorsquune onde rencontre un obstacle de grande dimension par rapport àla longueur donde, celle-ci pourra être arrêtée par cet obstacle. Ce sera lecas dune colline, dune montagne, etc... Cependant, dans une certaine
  18. 18. 18mesure, londe pourra contourner lobstacle et continuer à se propagerderrière celui-ci, à partir des limites de cet obstacle. Ainsi, une onde nesera pas entièrement arrêtée par une montagne, mais pourra continuer à sepropager à partir du sommet de la montagne, vers la plaine qui se trouvederrière... Ce franchissement de lobstacle se fera avec une atténuation,parfois très importante.Pour connaître latténuation supplémentaire apportée par lobstacle, ilfaudra considérer « lellipsoïde de Fresnel »En pratique, les calculs sont difficiles, et on utilise des logiciels deprévision de propagation.La diffraction sera plus importante pour les fréquences basses: uneémission kilométrique (de quelques centaines de kHz) naura pas dedifficulté pour franchir une montagne, alors quune émission décimétriquesera pratiquement arrêtée. Une émission centimétrique sera arrêtée mêmepar une petite collineFigure 3.3 : reflexion et refraction d’une onde3. l’atténuation des ondes guidéesLe facteur atténuation est très important, en effet une onde n’est pasenvoyées à l’infini, plus on va s’éloigner de la source plus la qualité dusignal diminuera, le phénomène en cause est la dispersion spatiale, quis’applique lui aussi à la lumière.L’atténuation peut être représentée de cette manière :
  19. 19. 19La densité de puissance au flux enA sera plus importante qu’en B ouC et ainsi de suite.Figure 3.4 : AtténuationL’atténuation de parcours peut se mesurer à l’aide de l’équation suivante :Avec : d : la distance en mètres λ : la longueur d’onde en mètresIV. Outils Informatiques1. Calculatrice des LongueursOn réalise une fonction avec le langage JavaScript qui calcule leslongueurs Lo, Lc et Lg qu’on vient de citer précédemment.Code source : La partie entête contenant les fonctions de calcule<html><head><title>Calculatrice Du Cantenna</title><script language="JavaScript">//constante c : vitesse de lumièrevar f_c = 300000000 ;//longueur donde dans lairevar f_Lo = (1/2437000000)*f_cfunction calculer(form){//recevoir le diamètre du cantennavar f_D = form.dm.value / 1000;//calculer Lc
  20. 20. 20var f_Lc = 1.706 * f_D;var f_Fc = f_c / f_Lc;var f_Lu = 1.306 * f_D;var f_Fu = f_c / f_Lu;form.min.value = floor(f_Fc / 1000000);form.max.value = floor(f_Fu / 1000000);var f_Lg = 1/(Math.sqrt(((1/f_Lo)*(1/f_Lo))-((1/f_Lc)*(1/f_Lc))));form.lg.value = floor(f_Lg * 1000);form.lg_un_quar.value = floor(f_Lg * 250);form.lg_troi_quar.value = floor(f_Lg * 750);form.lo_un_quar.value = floor(f_Lo * 250);}function floor(fX){return Math.floor(fX*1000)/1000;}</script></head> Le reste du code<body><form name="guidecalc"><h3><font size="2"></font>Diameter du Boite:<br><input name="dm" value="" size="7"><input type="button" onclick="calculer(this.form)"value="Calculer"></h3><table border="5"><tbody><tr><td>Fréquence de Coupure minimale</td><td><input name="min" value="" size="10"> MHz</td></tr><tr><td>Fréquence de Coupure minimale</td><td><input name="max" value="" size="10"> MHz</td></tr><tr><td>Longueur de guide donde en mm (Lg)</td><td><input name="lg" value="" size="10"> mm</td></tr><tr><td>1/4 Lg</td><td><input name="lg_un_quar" value="" size="10"> mm</td></tr>
  21. 21. 21<tr><td>3/4 Lg</td><td><input name="lg_troi_quar" value="" size="10"> mm</td></tr><tr><td>1/4 Lo</td><td><input name="lo_un_quar" value="" size="10"> mm</td></tr></tbody></table></form></td></body></html> Résultat finaleOn entre le diamètre de notre boite et on appuie sur le bouton « calculer ».Figure 4.1 : calculatrice des longueurs2. Logiciel de simulation électromagnétique2.1. Logiciel HFSS (ANSOFT)HFSS est un logiciel de simulation électromagnétique qui étudie desstructures complexes en trois dimensions en simulant ces structures et enproposant des visualisations claires des résultats en 2D et en 3D.HFSS est utilisé essentiellement pour les expérimentations et les étudesde systèmes fonctionnant en hautes fréquences, il est exploité notammentpour calculer les paramètres S, les fréquences de résonnances ainsi que les
  22. 22. 22champs électromagnétiques. HFSS s’appuie sur la méthode numériquefréquentielle des éléments finis (FEM : Finite Element Method). Cetteméthode effectue les tâches suivantes : Discrétisation de l’espace : HFSS est un simulateur interactif quieffectue un maillage en portions élémentaires pour surmonter lesdifficultés rencontrés avec des structures en 3D comportant desformes et des courbes inhabituelles. Résolution des équations de Maxwell (équations différentielles) enun certain nombre de points discrets Prise en compte des conditions aux limites2.2. Étapes d’utilisation du logiciel Interface du Logiciel :Figure 4.2 : interface du HFSS Fenêtre Gestionnaire de projetAffiche des détails sur tous les projets ouverts en HFSS. Chaque projet asa propre arborescence du projet. Fenêtre Gestionnaire de messagesAffiche les erreurs, et les messages davertissement pour le projet actif. Fenêtre de progressionAffiche les informations sur la progression de la solution. Fenêtre Propriétés
  23. 23. 23Affiche les attributs dun objet sélectionné dans le modèle actif, comme lenom de lobjet, affectation de matériau, lorientation, la couleur et latransparence. Affiche également des informations sur une commandesélectionnée qui a été réalisée. Fenêtre Modeleur 3DAffiche la zone de dessin du modèle actif, en même temps que larbredhistoire. HistoriqueAffiche toutes les opérations et les commandes effectuées sur le modèleactif, tels que les informations sur les objets du modèle et toutes les actionsassociées à chaque objet, et de coordonner les informations système. Barre de menusPropose des menus différents qui vous permettent deffectuer toutes lestâches HFSS, comme la gestion des fichiers de projet, la personnalisationdes composants de bureau, dessiner des objets, et définir et modifier tousles paramètres du projet. Propose des boutons des barres doutils quiagissent comme des raccourcis pour exécuter diverses commandes. Barre détatAffiche les actions en cours et fournit des instructions. En outre, enfonction de la commande en cours, la barre détat permet dafficher lescoordonnées X, Y, et Z boîtes de coordonnées, lAbsolu/Relatif listedéroulante pour entrer les coordonnées absolues ou relatives un point, uneliste déroulante pour spécifier un point cartésiennes, les coordonnéescylindriques ou sphériques, et létablissement du modèle de lunité active. Créer un Projet :Dès que vous ouvrez le programme, vousretrouvez un projet créé par défaut « Projet1 »,Vous pouvez également créer un nouveauprojet en allant à File > New.Par suite il faut un design HFSS dans lenouveau projet, cliquez sur ou allez versProject > Insert HFSS DesignFigure 4.3 : lancement du HFSS
  24. 24. 24N’oublier pas d’enregistrer votre projet parce que HFSS nenregistre pasautomatiquement les modèles. L’enregistrer fréquemment aide à prévenirla perte de votre travail en cas de problème. Pour enregistrer le nouveauprojet, cliquez sur File > Save.Figure 4.4 : Enregistrer un projet Sélectionner le type de solutionIl faut spécifier le type de solution sur lequel on va travailler au long duprojet, pour cela Allez au menu HFSS > Solution Type, une fenêtre vaapparaitre où vous allez cocher « Driven Modal »On utilise ce type quand on veut HFSSde calculer les paramètres S modal-based dune structure passive en hautefréquence comme les lignescoplanaires, les guides dondes et lescavités résonantes. Dans ce cas lesparamètres S seront calculés enfonction des ondes incident etréfléchie.Figure 4.5 : Type de solution
  25. 25. 252.3. SimulationL’unité choisie est (mm), en allant à Modeler>Units.. Vérifier que voustravaillez dans le vide en choisissons vacuum (vide en anglais) Création du guide d’onde :Figure 4.6 : Entrer les coordonnées du guideAllez ans le menu Draw > Cylinder et entrez les coordonnées suivants :{ { {Et cliquez sur la touche Entrée à chaque foisVous aurez cette figure :Figure 4.7 : Guide d’ondes circulaire
  26. 26. 26Pour ajuster à la vue appuyez sur les touches <CTRL + D> et sur cesicones pour la tourner : Affecter les limites de rayonnementUne limite de rayonnement est utilisée pour simuler un problème ouvertqui permet de rayonner des ondes infiniment loin dans lespace, comme lesconceptions dantenne. Allez à HFSS>Boundaries>Assign>Radiationgardez la configuration par défaut et cliquez sur OK. Créer le Wave PortLe Wave Port représente la surface à travers laquelle un signal entre ousort d’une structure. Pour la créer allez au menu Draw>Circle et entrez lescoordonnes suivantes :{{Pour assigner le port dexcitation donde, sélectionnerHFSS>Excitations>Assign>Wave Port, puis cliquez sur Next, entrez 2pour le champ « nombre de modes ». Pour le premier mode, cliquez sur lechamp «None» et choisissez «New Line» et entrez les mêmescoordonnées précédentes. Gardez par suite les données par défauts etcliquez sur Finish. Le Analysis SetupEnfin, votre modèle est prêt à fonctionner. Maintenant, vous devezidentifier la configuration de votre analyse. Pour créer une configurationdanalyse, sélectionnez dans le menu HFSS>Analysis setup>AddSolution setup. Dans l’onglet General entrez les données suivantes : Solution Frequency: 5.0 GHz Maximum Number of Passes: 10 Maximum Delta S per Pass: 0.02Et cliquez sur OK pour validerPour finir votre analyse, il faut vérifier qu’on a fini toutes les étapesrequis, cela en allant à HFSS>Validation Check, si tout est en vert passezalors à la solution en cliquons sur HFSS>Analyse All.Vous trouverez les données de solution après cet analyse dans :HFSS>Results>Solution Data
  27. 27. 27Figure 4.8 : Données de Solution Génération des rapports :Une fois que la simulation est finie, on utilise les rapports pour consulterles résultats obtenus. Pour créer un rapport, on sélectionneHFSS>Results>Create Report et on choisit le type du rapport(paramètres S ou les champs) et son format daffichage (rectangulaire, surlabaque de Smith, polaire,…). La fenêtre de création des Traces souvre.On choisit la quantité que lon veut tracer et on appuie sur OK.Figure 4.9 ; rapport de radiation
  28. 28. 28CONCLUSIONDans ce travail on a vu le concept d’un guide des ondes circulaires encitons ces propriétés et ces modes de propagation, ainsi on a définit unexemple pratique qui utilise le guide d’ondes circulaires qui est l’antennericoré –Cantenna-. La réalisation de ce dernier ne demande pas grandechose, alors que son utilisation aide énormément à améliorer le signal.De plus on a réalisé à l’aide du logiciel HFSS une simulation d’un guided’ondes circulaires, avec laquelle on a obtenu différents rapport expliquantpar des calculs pratiques le guide.Ce qu’on peut conclure que les guides dondes circulaires sont en principeceux qui présentent le moins de pertes. Ils permettent également de fairevéhiculer deux signaux à polarisation orthogonale dans le même guide.Toutefois la maîtrise requise pour garder les champs électriques etmagnétiques bien perpendiculaires est très délicate. Cest pourquoi on leurpréfère les guides rectangulaires ou elliptiques.
  29. 29. 29BIBLIOGRAPHIE CEI IEC 60154-4: Brides pour les guides dondes / quatrième partie :Spécification de brides pour les guides dondes circulaires JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplément au no 4, Tome 33,Avril 1972, page C2-97: ADMITTANCE DENTREE ET PAR UNGUIDE DONDE OUVERT CHAMPS RAYONNÉS René REULOS -- Antennes à polarisation circulaire et antenne à cavitérésonnante Dominic GRENIER -- Electromagnétisme et transmission des ondes Emmanuel Rosencher -- Guides d’onde et applications Gabriel Cormier -- GELE5223 Chapitre2: Guides donde http://fr.wikipedia.org www.turnpoint.net/wireless/cantennahowto.html www.cantenna.com http://alainrobichon.free.fr/cours.html www.commentcamarche.net www.ansoft.com/hfssantennadesignkit http://fr.wikiversity.org http://www.techniques-ingenieur.fr

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