Contribution à la caractérisation des structures rayonnantes

Contribution à la caractérisation des structures
rayonnantes

Structures Rayonnantes

 Introduction sur les structures rayonnantes 

Les systèmes électriques et/ou électroniques ne sont pas isolés de leur environnement. De l’énergie électromagnétique peut donc franchir non intentionnellement leurs frontières soit pour y pénétrer, soit pour s’en échapper. Mais quand on parle de structures rayonnantes on évoque plutôt des dispositifs conçus intentionnellement pour émettre (ou réceptionner) des ondes électromagnétiques vers (ou de) l’espace libre dans une bande de fréquences donnée. Il s’agit donc des antennes et des sondes électromagnétiques. Au sens strict ils forment une seule et même famille. Du point de vue d’application, la chose est cependant différente selon que l’objectif est d’émettre des signaux selon un cahier des charges données, ou capter une composante d’un champ (électrique ou magnétique) en introduisant le moins de perturbations possibles. Nous allons aussi évoquer des systèmes électriques ou électroniques réalisés sur des circuits imprimés dans un environnement blindé ou non. Car le blindage n’est jamais absolu. Même étant blindé dans son ensemble, l’émission non intentionnelle dans une bande de fréquences étroite est toujours possible. Ces émissions, ainsi soient faibles que possible pourront agresser ses voisins (d’autres dispositifs dans un environnement proche), et de ce fait considéré et traité comme un élément rayonnant 

Structures antennaires

 Une antenne est un élément qui transforme une onde électromagnétique guidée (par une ligne de transmission ou un guide d’onde) en rayonnement électromagnétique, ou vice versa. Les grandes catégories d’antennes sont des antennes filaires dont les éléments rayonnants sont davantage représentés par des sources de courants rayonnants, et des antennes à ouverture pour lesquelles les champs électriques aux ouvertures sont à l’origine de l’énergie rayonnée. Dans les produits électroniques grand public les antennes imprimées sur des substrats diélectriques représentent la majorité de réalisation. Selon la forme et les motifs des éléments rayonnants, certains peuvent être classées comme des variantes des antennes filaires et d’autres des antennes à ouvertures. La problématique d’antenne peut être introduite par le type le plus simple des antennes : l’antenne dipôle. 

Antenne dipôle

 Une antenne dipôle demi-onde est une antenne filaire constituée par deux conducteurs rectilignes de longueur totale égale à une demi-longueur d’onde, ces deux segments étant séparés par un petit espace permettant le raccordement de la ligne de transmission alimentant l’antenne comme le montre la figure à gauche  . Dans la zone lointaine le champ électrique rayonné peut être donné approximativement .  Le champ magnétique peut être obtenu sous la forme cos( cos     L’une des caractéristiques principales des antennes peut être déduite à partir de ces deux équations : le diagramme de rayonnement, représenté par la figure de droite. D’autres caractéristiques sont traitées par beaucoup d’auteurs comme [I-3], et [I-4]. 

Lignes planaires ouvertes

 Les lignes planaires sont utilisées dans des circuits microondes intégrés en technologie monolithique ou hybride pour la réalisation soit des fonctions passives soit des interconnexions. La plupart de temps ces lignes ne sont pas blindées ; par conséquent des pertes par rayonnement peuvent avoir lieu provoquées par des discontinuités ou des obstacles ou simplement intrinsèquement (c’est le cas des modes de fuites largement documentés dans les travaux d’A. A. Oliner et ses collaborateurs) . Dans la figure suivante plusieurs lignes sont présentées. Fig. I.4 : Différentes type de lignes planaires L’étude éventuellement de rayonnement de ces lignes dépende fortement de la connaissance en champs électriques et magnétiques de chacune des structures. Pour le mode fondamental la figure suivante donne une illustration des solutions en champ. Fig. I.5 : Champ électrique émis par des lignes à ruban. Les émissions électromagnétiques des interconnexions que constituent ces lignes planaires précitées sont la cause principale des émissions dans des cartes électroniques. Ces cartes représentent souvent un ou plusieurs circuits électroniques complexes responsables d’une fonction précise. Ces systèmes sont réalisés à l’aide des composants électroniques comme des résistances, capacitances, diodes, transistors, etc.… connectés entre eux par des interconnexions. Cet assemblage des composants est déposé sur une ou plusieurs couches diélectriques minces appelé le substrat multicouches en anglais multi layer PCB. On distingue deux types des systèmes : analogue et digital. Ces systèmes sont largement utilises dans les ordinateurs, imprimantes, téléphones portables.