Dans un guide d’ondes, où va l’énergie des ondes atténuées?

quantumflash

Dans un guide d’ondes, où va l’énergie des ondes atténuées?


Dans un guide d’onde électromagnétique, il existe généralement une « fréquence de coupure ». Les ondes électromagnétiques dont la fréquence est inférieure à cette fréquence de coupure ne se propageront pas du tout – c’est-à-dire qu’elles seront atténuées de façon exponentielle.

Supposons qu’il existe une source de rayonnement électromagnétique au centre d’un guide d’onde (par exemple, un dipôle électrique oscillant à l’intérieur d’un guide d’onde rectangulaire) et que les ondes émises ont une fréquence inférieure à la fréquence de coupure du guide d’onde. Toutes les ondes seront atténuées de façon exponentielle et ne se propageront donc pas à l’intérieur / à l’extérieur du guide d’ondes.

Mais avant que les ondes ne soient suffisamment exponentiellement atténuées, elles emporteront une partie de l’énergie de la source rayonnante sous forme de flux de Poynting. Qu’advient-il de cette énergie de rayonnement immédiatement avant et après l’atténuation – où va-t-elle? Peut-être que le rayonnement est très rapidement absorbé par la limite conductrice du guide d’onde et chauffe ainsi la surface du guide d’onde?

La plupart des gens diraient que le flux de Poynting est nul si la fréquence des ondes est inférieure à la fréquence de coupure du guide d’ondes, mais le langage de « l’atténuation exponentielle » me suggère que les ondes ont voyagé pendant un court laps de temps avant d’ être exponentielles atténuée (et donc le flux de Poynting n’était pas nul avant l’atténuation exponentielle).

CuriousOne

Il se reflète vers la source. Le phénomène équivaut à des ondes évanescentes qui peuvent être observées près d’une surface à réflexion interne totale.

quantumflash

Et la source « réabsorbe-t-elle » les ondes / l’énergie rayonnée? Cette «réabsorption» est-elle la cause de l’atténuation exponentielle?

CuriousOne

Peu importe où va l’énergie, une onde qui se déplace à cette fréquence n’est tout simplement pas une solution au guide d’ondes. Cela dit, avec la plupart des configurations d’ingénierie, l’impédance du guide d’ondes apparaîtra simplement similaire à un court (avec une grande composante imaginaire) de l’émetteur. Si jamais vous vous impliquez dans les circuits de puissance RF, vous apprendrez (probablement à la dure pour la première fois), que mesurer l’impédance d’une antenne (ou d’un filtre, etc.) avant de la fixer à l’émetteur est une excellente idée. 🙂

Le photon

La réabsorption de l’énergie réfléchie par la source dépend entièrement de la nature de la source.

quantumflash

Je ne suis pas d’accord pour dire qu’une onde progressive en dessous de la fréquence de coupure n’est pas une solution au guide d’ondes. Le langage « exponentiellement atténué » signifie que l’onde a en fait été émise par la source rayonnante, mais qu’elle s’est très rapidement atténuée. Il a donc voyagé dans l’espace avant d’être éteint. Alors, quel serait le flux Poynting dans un tel cas? La source rayonne-t-elle / perd-elle de l’énergie via le flux de Poynting?

Réponses


 akhmeteli

Je crois que l’énergie sera reflétée de tous les côtés dans ce cas, qui ne sera pas très différent d’un cas d’une source dans une cavité. L’amplitude du champ électromagnétique augmentera jusqu’à ce que les pertes dans les parois du guide d’ondes deviennent comparables à la puissance rayonnée par la source.

akhmeteli

@quantumflash: Vous devez comprendre que l’atténuation exponentielle est spatiale et non temporelle (l’amplitude diminue avec la distance de la source, pas avec le temps). Avec le temps, l’amplitude augmentera jusqu’à saturation (déterminée par l’équilibre entre l’énergie fournie par la source et les pertes).

akhmeteli

@quantumflash: L’énergie est perdue dans les murs, car ce ne sont pas des conducteurs parfaits (même s’ils sont supraconducteurs, il y aura des pertes à fréquence non nulle).

Whit3rd

Il ne doit pas y avoir beaucoup d’énergie perdue dans les murs; une fibre optique est un guide d’onde et transfère des quantités utiles de rayonnement EM sur des dizaines de kilomètres. Les parois de ces guides d’ondes n’utilisent aucune conduction et aucun chauffage ohmique ne se produit.

akhmeteli

@ Whit3rd: beaucoup d’énergie – peut-être pas, mais une partie de l’énergie est toujours perdue, et ces pertes fournissent toujours la saturation.

akhmeteli

@quantumflash: Je ne suis pas sûr, mais je soupçonne que le flux Poynting oscille, probablement, avec une double fréquence. Il y a aussi une petite partie constante du flux lié aux pertes (et il doit être dirigé vers les murs).

 

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