Qu'est-ce que « Nombre d’onde complexe : propagation et atténuation » ?
Définition 8.3Physique universitaire — 2e année · Chapitre 8 — Dispersion et paquets d’ondes
Lorsque la relation de dispersion donne, pour ω réel, un k=k′−ik′′ complexe, l’onde s’écrit
s=Ae−k′′xei(ωt−k′x):
elle se propage à vφ=ω/k′ et son amplitude décroît en e−x/δ avec la longueur d’atténuationδ=1/k′′ (elle doit décroître dans son sens de propagation : k′ et k′′ de même signe). Si k est imaginaire pur, k=−iκ, l’onde est évanescente : Ae−κxeiωt, une oscillation stationnaire dont l’amplitude s’éteint sur la distance 1/κ sans rien propager — le cas du milieu de Klein–Gordon en dessous de sa coupure, κ=ωc2−ω2/c, et d’un métal aux fréquences optiques.
Exemples
Exemple 8.4(Une corde amortie)
Une corde dans un fluide visqueux, μ∂t2y+α∂ty=T∂x2y : k2=(ω2−iαω/μ)/c2. Pour un amortissement faible (α≪μω), k≈cω(1−i2μωα) : l’onde garde sa célérité et perd de l’amplitude sur δ=2μc/α=2Z/α, indépendante de la fréquence — une perte dissipative et non dispersive, de 8.7dB par longueur δ.
Exemple 8.11(Trois câbles)
Le câble transatlantique de 1858 : un unique fil de cuivre sous gutta-percha, R≈3Ω/km, Γ≈0.3µF/km, L=3000km : RΓ=9×10−10s/m2 et RΓL2≈8s par point : un mot à la minute, et les tentatives des opérateurs pour forcer le signal avec 2kV détruisirent l’isolant en quelques semaines. Une ligne téléphonique chargée de bobines tous les 2km pour satisfaire la condition de Heaviside (1900) : une parole claire sur des centaines de kilomètres. Un câble coaxial moderne de 50Ω : c=2×108m/s, Λ=0.25µH/m, Γ=100pF/m, et une atténuation due à l’effet de peau dans les conducteurs (Chapitre 14), croissant comme f : quelques décibels par centaine de mètres à 100MHz.