Une ligne idéale à plaques parallèles peut supporter le mode TEM. L’affirmation selon laquelle ce mode ne peut pas y exister est fausse. Il faut distinguer deux conducteurs séparés par un milieu homogène d’un guide creux fermé à paroi conductrice unique.
1. TEM signifie absence de composantes longitudinales
Si la propagation suit z, TEM signifie Ez = 0 et Hz = 0. Les champs électrique et magnétique existent et sont transverses à cette direction. Cela ne signifie pas que l’onde se propage uniquement de côté.
Pour TE, Ez = 0; pour TM, Hz = 0, avec une composante longitudinale de l’autre champ. Confondre composantes du champ et axe de propagation conduit à tort à interdire une constante de propagation non nulle au TEM.
2. Deux plaques peuvent avoir des potentiels différents
Plaçons les plaques en y = 0 et y = d, avec une largeur idéalement infinie. Dans un milieu homogène, le champ électrique TEM peut être dirigé suivant y et le champ magnétique suivant x. Avec les orientations appropriées, le flux d’énergie est suivant z.
Le champ électrique normal aux plaques respecte la condition de champ électrique tangentiel nul à leur surface. Les plaques portent les courants associés à la propagation. L’absence d’un conducteur placé au centre ne supprime pas le chemin de retour constitué par l’autre plaque.
3. Le TEM n’a pas de coupure géométrique basse non nulle
Dans le modèle homogène sans pertes, β = ω√(με) et la vitesse de phase v = 1/√(με). Dans l’air elle est approximativement c. La propagation TEM n’exige pas une fréquence au-dessus d’un seuil géométrique non nul.
Cela reste compatible avec une coupure pour les modes TE/TM supérieurs. Le comportement pratique en continu ou à très basse fréquence dépend aussi de l’excitation, de la connexion et des terminaisons de l’appareil.
4. Les modes supérieurs ont leurs propres conditions
Pour les modes variant dans l’entrefer de plaques parallèles idéales, fc,m = m/(2d√(με)), avec m = 1, 2, … Dans l’air et pour d = 10 mm, le premier seuil supérieur est d’environ 15,0 GHz.
On ne peut donc pas conclure que TEM disparaît au-dessus de 1 GHz avec cet espacement. Même lorsqu’un mode supérieur peut se propager, son excitation dépend de l’alimentation et des discontinuités. Sa possibilité ne prouve pas que toute la puissance s’y convertit.
5. Impédance d’onde et impédance de ligne
Le rapport des champs transverses en TEM vaut l’impédance du milieu η = √(μ/ε). Pour une largeur finie w très supérieure à d, en négligeant les bords, l’impédance de ligne s’approxime par Z0 ≈ ηd/w.
Dans l’air avec d = 1 mm et w = 20 mm, on trouve environ 18,8 Ω. Le rapport de champs proche de 377 Ω n’est pas l’impédance de toutes les lignes à plaques parallèles. E et H n’ont pas les mêmes unités : un rapport universel de 1:1 n’est pas une condition TEM.
6. Largeur finie et milieu non homogène
Dans un dispositif réel, évaluez champs de bord, pertes conductrices, alimentation, courbes et rayonnement. La seule présence de bords ne permet pas de qualifier automatiquement toutes les lignes de quasi-TEM. Il faut examiner conducteurs et milieu.
Un microstrip où air et substrat coexistent est généralement traité en quasi-TEM. Un coaxial à milieu homogène est un exemple TEM. L’absence de TEM ordinaire dans un guide creux fermé à conducteur unique ne se transpose pas aux plaques parallèles.
Vérifier un modèle de simulation
Contrôlez connexion des conducteurs, milieu, ports, frontières et section. Examinez direction des champs, constante de propagation et modes supérieurs. Un pourcentage de déviation non documenté ne démontre pas l’impossibilité du mode.
Conservez hypothèses, excitation, résultats et convergence. Les explications des plaques parallèles indiquent explicitement le mode TEM; comparez-les aux relations des guides creux pour comprendre la différence de structure.
