Cavités résonantes
Figure 1 : Cavité résonante cylindrique formée de deux sections quart d’onde.
Cavités résonantes
Les cavités résonantes, ou résonateurs, remplacent les circuits oscillants conventionnels à haute fréquence. La figure 1 montre comment une cavité cylindrique est en fait formée d’une infinité de segments de sections de lignes de transmission ayant un quart d’onde de longueur et réunies en leur centre.
Le facteur de qualité (ou facteur Q) d'un système est une mesure du taux d'amortissement de l’oscillation induite. Q peut être défini comme le rapport de sa fréquence propre ν0 à la largeur Δν de la bande passante de la résonance du système. Autrement dit, plus le facteur de qualité est élevé, plus la bande passante est petite. Le facteur de qualité permet donc de quantifier la « qualité d'un filtre »: plus Q est élevé, plus le filtre est sélectif.
Les cavités résonantes ont naturellement un Q élevé et permettre de produire un filtre de faible spectre de fréquences dans cette gamme car elles ont de très petites capacités et inductances. Le spectre de fréquences d’un tel résonateur est tellement mince qu’il est possible de l’ajuster à une fréquence choisie de façon très précise. De plus, leur Q très élevé (souvent plus de 30 000) permet de concevoir des cavités pour travailler à haute puissance tout en étant très robustes.
Pour toutes ces raisons, les cavités résonantes sont utilisées communément dans le domaine des micro-ondes. Par exemples, les klystrons et les tubes à ondes progressives utilisent ces résonateurs de formes variées pour produire ou amplifier les impulsions radar.
boucle de couplage
résonante
les trous de la cavité
Figure 2 : Cavité d’un klystron à réflecteur
boucle de couplage
résonante
les trous de la cavité
Figure 2 : Cavité d’un klystron à réflecteur
Propriétés
Les formes les plus utilisées sont: le cube, le cylindre, la sphère et le tore (forme de beigne). La figure 2 montre la cavité d’un klystron à réflecteur ou réflex de forme cylindrique.
Il y a deux paramètres qui déterminent la fréquence naturelle d’émission d’une cavité :
- Ses dimensions physiques: plus elle est petite plus sa fréquence est élevée ;
- Sa forme.
Par la suite, on peut varier sa fréquence en modifiant son volume, sa capacité électrique ou son inductance. C’est ce qu’on appelle l’ajustement en fréquence.