Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
De nombreuses techniques existent permettant la mesure et la caractérisation des matériaux composites manufacturés (à permittivité et perméabilité positives ou négatives) ou structuraux (à réseau périodique). L’article se focalise essentiellement sur les méthodes en espace libre souvent préférées aux techniques coaxiale, de cavité ou d’interférométrie. Parmi les raisons qui justifient ce choix, soulignons que ces méthodes nécessitent peu de préparation des échantillons, ne sont pas destructives, et restent sans contact. De plus, les techniques en espace libre sont adaptées aux mesures sous incidence variable et sous des températures relativement élevées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Alain PRIOU : Professeur des universités - Directeur du Groupe d'électromagnétisme appliqué - Université Paris Ouest Nanterre -La Défense
INTRODUCTION
Pe but de cet article est de familiariser le lecteur avec les différentes techniques de mesure et de caractérisation des matériaux composites manufacturés (à permittivité et perméabilité données positives ou négatives) ou structuraux (utilisation de cellules élémentaires en réseau périodique 2D ou 3D, développés dans l'article [E1165]), constituant, entre autres, les milieux absorbants mais pouvant servir aux radômes et aussi aux matériaux pour des antennes.
De nombreuses méthodes existent, qui seront rappelées au début de cet article. Forts de notre expérience, nous avons retenu les méthodes en espace libre auxquelles sera consacrée la plus grande partie de ce dossier.
En effet, les méthodes en espace libre sont souvent préférées aux techniques coaxiales, de cavité, d'interférométrie à un cornet ou de sondes à terminaison coaxiale ouverte pour les raisons qui suivent.
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Les céramiques, les composites et les structures à métamatériaux sont des matériaux inhomogènes par suite même de leur procédé de fabrication. En guide d'onde, en coaxial, en cavité, des modes d'ordre supérieur au mode fondamental sont excités et on doit les prendre en compte dans le calcul.
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Par suite de leur hétérogénéité intrinsèque, de petits échantillons de matériau composite ne sont pas représentatifs du matériau entier. Il peut y avoir des dispersions importantes changeant complètement les propriétés de réflexion et de transmission ainsi que les propriétés intrinsèques des milieux.
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Les méthodes en espace libre sont non destructives et sans contact. Elles sont parfaitement adaptées aux mesures sous incidence variable et pour des mesures en température relativement élevée.
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Les méthodes en espace libre demandent peu de préparation des échantillons, ce qui n'est pas le cas des méthodes guidées ou des techniques de cavité.
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Avec les techniques en espace libre, des caractérisations large bande avec une grande plage d'angle d'incidence, des polarisations diverses et des conditions de température sont possibles sur des matériaux isotropes, anisotropes ou des milieux bi-anisotropes.
Les matériaux composites en électromagnétisme font l'objet de plusieurs articles :
[E1165] Modélisation des composites, du matériau électronique et des métamatériaux ;
[E1166] Matériaux absorbants radar ;
Matériaux composites en électromagnétisme- Caractérisation[E1167] Caractérisation des matériaux composites.
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules [E1165] et [E1166].
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version courante de févr. 2019 par André DE LUSTRAC, Gérard-Pascal PIAU
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Techniques en espace libre2. Techniques coaxiales
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En 1974, Weir [5] a utilisé la mesure des coefficients de transmission et de réflexion associés à un échantillon de test placé dans un guide d'onde ou une ligne coaxiale. L'échantillon épouse parfaitement le guide d'onde ou le câble coaxial.
Des mesures de permittivité et de perméabilité complexes de 100 MHz à 18 GHz ont pu être faites.
Nous rappelons que, dans la méthode de von Hippel, pour obtenir les termes de permittivité et de perméabilité complexes d'un matériau, on utilise un court-circuit plaqué contre l'échantillon à mesurer ou un court-circuit reculé de λg / 4 (λg longueur d'onde guidée) par rapport à l'échantillon.
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Des améliorations de cette méthode ont été envisagées en fonction de la position du court-circuit placé derrière l'échantillon.
En 1985 Hewlett-Packard publiait une note pour mesurer la constante diélectrique avec un analyseur de réseau de HP8510 d'échantillons diélectriques.
Des techniques où la ligne coaxiale était terminée par une ouverture, celle-ci étant chargée par un échantillon à étudier ont, également, été envisagées. La difficulté réside en la prise en compte des modes d'ordre supérieur qui prennent naissance dans la structure de propagation.
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Pour éviter la difficulté d'avoir à assurer des contacts parfaits entre l'échantillon et l'âme centrale d'un coaxial, le LDIM de l'université de Paris VI a proposé d'utiliser une double structure coaxiale dans laquelle est insérée une cavité circulaire contenant l'échantillon à mesurer. Une méthode d'adaptation de modes entre les types de guide a été mise au point. Les champs de chaque côté de la discontinuité coaxiale-guide cylindrique sont développés sous une forme de série infinie de modes et adaptés pour assurer la continuité des champs à chaque interface. Une formulation générale du problème a été...
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Techniques coaxiales
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VON HIPPEL (A.R.) - Dielectric materials and applications. - Wiley New York 1954. Et VON HIPPEL (A.R.). – Dielectric and waves. Wiley New York 1954.
-
(2) - MAURENS (M.), PRIOU (A.), BRUNIER (P.), AUSSUDRE (S.), LOPEZ (M.), COMBES (P.) - Free-space microwave measurement technique for composite materials. - PIERS vol. 6, Special Issue od Dielectric Properties of Heterogeneous Materials, Guest Editor : A. Priou, Elsevier 1992.
-
(3) - PRIOU (A.) - Bi-anisotropic and bi-isotropic media and applications - PIER 9, EMW Publishing 1994.
-
(4) - PRIOU (A.), SIHVOLA (A.), TRETYAKOV (S.), VINOGRADOV (A.) - Advances in complex electromagnetic materials. - NATO ASI Series, n 3 High Technology, vol. 28, Kluwer Academic Publishers
-
(5) - WEIR (W.B.) - Automatic measurements of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies. - Proc. of IEEE, vol. 62, n 1, jan. 1974, p. 33.
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Métamatériaux,
-
Métamatériaux : des micro-ondes à l'optique
ANNEXES
http://www.onera.fr/demr/contacts.php
http://www.cea.fr/le_cea/les_centres_cea/cesta
http://w3.u-psud.fr/AR/139.fr.html, site du LGEP
http://cva.u-paris10.fr/GEA, site du GEA
http://www.xlim.fr/, site Université de Limoges, Labo Xlim, http://www.xlim.fr/PHOTONIQUE, http://www.xlim.fr/C2S2, département de circuits et systèmes hyperfréquences, http://www.xlim.fr/OSA, Ondes et Systèmes Associés
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