Étude d'un guide d'onde à lame
diélectrique en rexolite
dans le domaine de 4 à 20 GHz
Koffi-Sa BEDJA*, Obaboè K. ANIFRANI*, Ayité Sénah AJA VON*
Introduction
Dans le présent contexte, la lame diélectrique est posée sur la
fente longitudinale d'une cavité ouverte; ceci lui confère la par-
Les récentes techniques avancées dans le domaine des ticularitéd'uneligneimagediélectrique.Commela lignediélec-
télécommunications exigent un système de communica-
trique posée sur un milieu métallique présente des pertes métal-
tion d'échange d'informations, aussi bien qu'un appa-
liques significatives, nous avons pensé rehausser la ligne loin de
reillage de contrôle sophistiqué. Ceci ne peut pas être réalisé sans
la masse plane dans le souci de minimiser ces pertes.
se situer dans de très larges gammes de fréquence. Ainsi, les
Durant cette étude, nous nous étions plus intéressés au mode
guides d'ondes diélectriques, tendent à prendre une place très
LSE x qui n'est rien d'autre que le mode dégénéré TE
importante dans la communication à micro-onde (domaine d'on-
lO Ceci à
cause du fait que le mode TEx représente le mode dominant et
de centimétrique et millimétrique). Ceci est justifié par les appli-
correspond à la plus basse fréquence qui peut être transmise par
cations importantes auxquelles ils sont associés.
le guide.
Théorie
dont la solution est:
La propagation des ondes électromagné-
2
tiques dans l'espace non limité telle
(K + ['2) È1 = jKZ(ii A griid Hz) - rgriid Ez
qu'observée entre deux
antennes ou
2
(K + ['2)ÏJ
comme la lumière est propagée présente
t = j ~ (ii A griid Ez) - rgriid Hz
un inconvénient.
Les conditions limites sont:
Figure 1. Paroi magnétique.
En effet, ce dernier diverge rapidement de
Ez
= 0 )
sur la paroi métallique
ôH z = 0
la source d'émission et l'énergie à la sor-
ÔI.
.
ft
tie entre l'énergie reçue et l'énergie émise
E,=O pour y=O
et
y=b
~
Ky=q"
(q>O)
est très basse. D'où la nécessité de faire
d'où:
b
Pour la ~ définie par -d < J < -t nous pouvons écrire: :
propager les ondes dans les guides, en vue
z =~= 12011
E~= [AtoSlll +BsiD'YIX]sioKyY.
de relever l'énergie à la sortie.
/ i ; / i ;
H~ = [A'COATII+B'sinYIJ:]rosK)'y
r = lX + jJ3
Nous savons que:
Cette propagation guidée est régie par la
13 = constante de phase
E, =0
pour
x =-d
dérivation partielle des équations d'ondes
K=wFP.
suivantes:
La figure ci-dessous (fig. 1) illustre une
paroi magnétique dorit les conditions
limites sont:
'Département de Génie Electrique, Laboratoire d'Electronique et de Physique Appliquée
ENSI - Université du Benin, B.P. 1515
Fax: (228) 25 9736 LOME - TOGO
Revue CAMES
Volume W 00 - 1998

Ainsi:
Continuité de Hz
A cos YId - B sin YId = 0
Appareillage
HI .... Y.(d -1) = H1IÏDY1'
et,
-(K~ -1l1~llgy.(d-') = (K~ -fll~ lco'gy 11,
expérimental
A = El sinYld
si d-r = 1nous poll'ions 6crire:
et méthodologie
B = El COSYld
donc:
avec
E
K:
z =E 1 sinYl(d+x)sinK yY.
I =K~-fll
Appareillage expérimental
K:l=K~-fll
De la même manière,
utilisé
L'équipement expérimental est composé
{K~_pl=K;+Y~
K~_pl=K;+y~
pour
x=-d
d'un générateur, d'un isolateur utilisé pour
protéger le générateur, un coupleur de
&lKf - &zIll =(K; +Y~~l
ainsi:
10 dB utilisé pour prélever une partie de
-YlA'sinYld + YlB'cosYtd =0
l'énergie nécessaire à la mesure de la fré-
f&.K~_&1111 = (K;+y ~)&.
quence.
et
La ligne étudiée est placée dans une cavi-
A'= Hl cosy Id
té ouverte avec une fente longitudinale qui
B' =Hl sin y 1d
a 300 mm de long, 16 mm de large et 16
donc:
mm de profondeur dans le plan de masse.
Hz = Hl cosy 1(d + x)cosKyY.
La ligne est
excitée par une boucle
Alors, la surface d'onde incidente qui se
magnétique et la détection est assurée par
propage le long de la ligne est réfléchie
une seconde sonde magnétique équipée
:Étude en mode LSEx :
par les plans de courts-circuits de la cavi-
d'un détecteur qui se déplace dans le plan
* dans la zone 1 -d < x < -t nous avons:
té. Ceci entraîne la formation d'ondes sta-
formé par les deux réflecteurs de cavité.
tionnaires dues à la superposition d'ondes
La sonde et le détecteur sont tous deux
Ky=O
=>
H.=O
incidentes et réfléchies.
connectés à un oscilloscope qui permet la
Cl
Le mouvement de la seconde sonde équi-
H.=H ..... y,(d+.)
visualisation des différents phénomènes
pée d'un détecteur le long de la ligne per-
ar,
.
(
)
de propagation.
~=-y,Hl ..Dy. d+.
met de relever un nombre N d'extremum
(K~ _fll)E y = -j"'I'tT1H, sinTI(dH)
de même nature à chaque demi-longueur
(K~ l
-fl )H
. = -j(3y,H siDTI(dH~
d'onde guidée Â.
1
g.
Comme pour la!.2!Kl définie par -e < x < 0 nOUS avons: :
Méthodologie
Connaissant la distance entre le premier et
le deuxième extremum détectés, nous pou-
H. =Hllinh'
La méthode de mesure de la constante de
vons déduire la longueur d'onde guidée.
aH.
propagation consiste en l'application d'un
a;-=Y1H1COST1'
La condition de résonance est donnée par
signal à la ligne diélectrique à travers l'ap-
(K~-fll)Ey= j"'JIl'lH1cooyl'
la formule Â.
pareillage de la sonde magnétique dans le
g =2d1N.
(K~_pl)Hy =-j(3ylHl<OShl.
plan horizontal placé dans la fente de la
Sachant qu'il existe une relation entre la
En appliquant la condition de continuité dans
cavité.
constante de phase de propagation et la
x = -t sUCct;ss!vement pour Ey et Hz,
longueur d'onde guidée donnée par:
nous pouvons ecnre :
Continuité de Ey
YI"'
.
(
)
Yl"l
- - 1 - 1 =IIDy, d-I = - 1 - 1 <05Yl'
~ _ 2n _ 2nN _ nN
K,-fI
K 1 - P
g-~-2d-d
g
nous pouvons facilement trouver ~g'
Plus la valeur de N est élevée, mieux sera
la précision.
d =déplacement de la sonde magnétique;
Cette
équation
nous
permettra
de
N = nombre d'extremum de même nature.
calculer ~.
Revue CAMES
El Volume W 00 - 1998

2D
I(GHz)
.+
+
+
Oscilloscope
..
15
0
:
"
..
Sonde
+
,
10
-t-
.
.+
.
.~
,
.t
+
.
Générateur
Isolateur
Coupleur
0
r(rd/m
0
100
200
JOO
400
Figure 2.1. Dispositif expérimental.
Figure 2.2. Caractéristiques de dispersion.
Résultats
Discussion
Cette affirmation trouve sa justification
dans le relevé des champs électriques et
Nous avons relevé les différents para-
Le relevé de caractéristique de la disper-
magnétiques illustrés par les figures 2.3.
mètres entre d et N. Ceci nous a permis de
sion illustrée dans la figure 2.2 laisse
à 2.12.
tracer les différentes courbes pour les
entrevoir la propagation de deux modes
Pour la plage de mesure, nous avons utili-
valeurs respectives de N ~ 17.
matérialisés par la coupure observée.
sé la technique suivante: nous choisissons
Ces courbes nous ont permis de faire
La première partie de la caractéristique de
une résonance et nous considérons le
diverses interprétation et commentaires.
dispersion de 5 à 12,5 GHz représente le
milieu de la ligne.
mode supérieur.
~
Ey ma x
F .. 5. » CHz
P': •• 34 GHz
+
....
. 5
..
...
..
.5
..,, ..+..........
..
-
+
+-
\\.+
...
2X/W
2X/W
ol---~_...l-_--~--------,-------,
-2
-1
.,
0-l;---:j-----::----'---_--'
o
o
1
Figure 2.3. Champ électrique normalisé en fonction
Figure 2.4. Champ électrique normalisé en fonction
des dimensions de la lame.
des dimensions de la lame.
Revue CAMES
Volume N° 00 - 1998

~
F:16.22GHz
EyCO)
F: 13." GH:t
.5
.s
2X/W
O:--~--'------'-------'"---~
-2
-1
0
2
Figure 2.5. Champ électrique normalisé en fonction
Figure 2.6. Champ électrique normalisé en fonction
des dimensions de la lame.
des dimensions de la lame.
Le but de ceci est d'éviter la perturbation
La mesure est faite pour 4 fréquences
De la même manière les fréquences 13, Il
due aux parois, car il y a des ondes sta-
choisies arbitrairement dans l'ordre de
GHz et 16,72 GHz présentent également
tionnaires qui se créent entre le système
deux par mode.
des courbes identiques illustrés par les
diélectrique et les parois.
Donc, nous remarquons que les fré-
figures 2.5, 2.6., 2.9., 2.10., et 2.12.
Nous pouvons remédier à ceci aussi en
quences 5,33 GHz et 8,34 GHz représente
Nous remarquons pour la forme, que les
couvrant les parois de matériaux absor-
les courbes identiques illustrés par les
champs électriques et magnétiques sont
bant destinés à capter les ondes réfléchies.
figures 2.3, 2.4, 2.7, 2.8, et 2.11.
minima et tendent vers zéro au milieu de
la ligne où ils sont aussi maxima à chaque
côté du point milieu.
Ha<a)
"Hiiii"""""
HIC. )
".1.34 GHz
H.m
F: 5: 33 GHz
.,
.5
.5
u/w
O_~2-----:-----'-----~----'
-1
o
2
Figure 2.7. Champ magnétique normalisé en fonction
Figure 2.8. Champ magnétique normalisé en fonction
des dimensions de la lame.
des dimensions de la lame.
Revue CAMES
iii Volume W 00 - 1998

Ha (li)
HiTOT
F;; 16. 22GHz
Ifa la)
"iii"iRëii
F:S.JJGHz
.5
.5
1XIW
I-=--------=---=-=--=:-:--_--:-=------_---,,----,-------,-_-,-
----..J
Figure 2.9. Champ magnétique normalisé en fonction
Figure 2.10. Champ magnétique normalisé en fonction
des dimensions de la lame.
des dimensions de la lame.
Enfin, les courbes présentent un champ
Conclusion
Cela a permis d'obtenir le relevé des
maximal au point milieu et décroissent
caractéristiques de dispersion.
rapidement jusqu'à ce qu'ils deviennent
Le but de cette expérience est d'étudier le
La dernière permet d'envisager une idée
progressivement nuls lorsqu'ils s'écartent
guide d'onde à lame diélectrique. Ceci
de l'état des lignes étudiées et de leur
du point milieu.
équivaut à relever la caractéristique de dis-
comportement
dans
les
différentes
persion, les variations du champ électrique
gammes de fréquence. L'état et le com-
et magnétique et de mesurer la constante
portement de la ligne étant connus, nous
de propagation, la propagation de la phase.
pouvons envisager la réalisation d'une
antenne à ondes progressives. 0
Hzl.)
HalOl
F: 16. 72 GH>:
F;; IJ. Il GHz
.5
...
.5
2UW
O'----~---~-----'----___J
-2
- 1
o
'-------'---
J
Figure 2.11. Champ magnétique normalisé en fonction
Figure 2.12. Champ magnétique normalisé en fonction
des dimensions de la lame.
des dimensions de la lame.
Revue CAMES
Volume N° 00 - 1998

Références
A. GARRAULT. Cours micro-ondes DEA - UER
Proccdings National Electronics Conference 1949
des Sciences de Limoges.
torne 5 p. 190-201.
bibliographiques
PAPIERNICK. Cours électromagnétisme et propa-
KAZUHIKO OGUSU. Mcasurments of dispersion
gation guidée D.E.A. - UER des Sciences de
characteristics and Field distribution in rectangular-
T. NAKA HARA and N. KURACH. Millimeter
Limoges.
dielectric waveguide and its modification; JEE Vol
waveguides
with
applications
to
Railroad
E.
GARDIOL.
Higher-Order
modes
in
MIT 26 NO rnarch 1997.
Communications advances in Microwaves, Vol. 4
Dielectrically loaded rectangular waveguides MIT-
p.191-298.
16 Number 1l, Novernber 1968 p. 919-924.
Étude d'un guide d'onde à lame
::
diélectrique en rexolite dans le domaine
~
de 4 à 20 GHz
L'étude expérimentale d'un guide d'onde à lame diélec-
trique dans la gamme de fréquence située entre 4 GHz
et 18 GHz (À =75 mm à 16 mm) nous a permis d'élucider le com-
portement du guide.
La ligne étudiée est le rexolite, de perméabilité relative Cr =2,54.
La méthode utilisée pour cette étude est le relevé de caractéris-
tique de dispersion et les variations des champs électriques et
magnétiques.
Cette étude nous permettra la réalisation d'une antenne à ondes
progressives.
Revue CAMES
Volume N° 00 - 1998