Un guide d’ondes est un objet qui dirige le flux de tout type d’onde. Certains des types les plus basiques comprennent des fils ou des tuyaux creux qui peuvent guider les ondes sonores. Souvent, les guides d’ondes sont utilisés pour transférer des ondes électromagnétiques entre des emplacements, généralement à l’aide d’un tube creux en métal électriquement conducteur. Les guides d’ondes sont couramment utilisés pour transférer des signaux de puissance ou de communication. Chaque type d’onde nécessite un type de guide différent.
Le type d’onde guidée dicte la géométrie du guide d’onde. La largeur du guide doit, dans la plupart des cas, être du même ordre de grandeur que la longueur des vagues qu’il guidera. Cela signifie qu’une fibre optique qui guide les ondes lumineuses à haute fréquence ne sera pas efficace pour guider les ondes sonores à basse fréquence. D’autres facteurs, tels que la perte de signal ou de puissance acceptable, aident également à déterminer le meilleur guide d’ondes pour une tâche spécifique.
Les ondes électromagnétiques dans l’espace rayonnent normalement dans toutes les directions à partir de leur point d’origine. Cela provoque la perte de puissance du rayonnement proportionnellement au carré de sa distance par rapport à ce point d’origine. Un guide d’ondes permet au rayonnement de se propager dans une seule dimension dans des circonstances idéales, l’empêchant de perdre de la puissance lors de sa propagation.
Les guides d’ondes fonctionnent en réfléchissant l’onde sur les parois du guide. Idéalement, les ondes se propageront en zigzag à l’intérieur du guide d’ondes. Cela signifie qu’un guide d’ondes fonctionne souvent mieux lorsqu’il a une section transversale circulaire ou carrée.
Il existe de nombreux types de guides d’ondes, des fibres optiques qui permettent la transmission de données via des ondes lumineuses au canal Sound Frequency and Ranging (SOFAR), une couche d’eau dans l’océan qui agit comme un guide d’ondes naturel pour le chant des baleines. Les systèmes radar utilisent des guides d’ondes pour diriger les ondes radio vers une antenne afin qu’elles puissent être transmises à l’impédance appropriée. Les instruments scientifiques utilisent également des guides d’ondes pour mesurer les propriétés acoustiques et optiques de divers objets.
Les guides d’ondes sont utilisés depuis des siècles, bien avant que quiconque comprenne comment ils fonctionnaient. Le premier guide d’ondes conçu pour les ondes sonores a été proposé par JJ Thomson, un physicien britannique, en 1893, et testé par un autre physicien, OJ Lodge, l’année suivante. Les travaux se sont poursuivis tout au long de la fin du XIXe et du début du XXe siècle, avec des scientifiques étudiant l’utilisation de fibres optiques comme guides d’ondes pour la lumière visible dans les années 19.