Présentation
Auteur(s)
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Alain PRIOU : Professeur des universités - Directeur du Groupe d’électromagnétisme appliqué - Directeur de l’IUT de Ville-d’Avray
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le but de ce fascicule est de familiariser le lecteur avec les différentes techniques de mesure des matériaux composites, constituant, entre autres, les milieux absorbants.
De nombreuses méthodes existent, qui seront rappelées dans les généralités. Fort de notre expérience, nous avons retenu les méthodes en espace libre que nous allons détailler.
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 et les composites 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 diélectriques du milieu.
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Les méthodes en espace libre sont non destructives et sans contact. Elles sont parfaitement adaptées aux mesures sous incidences variables 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.
L’article « Matériaux en électromagnétisme » fait l’objet de plusieurs fascicules :
AF 3370 Introduction
AF 3371 Modélisation des matériaux composites
AF 3372 Matériaux absorbants radar
AF 3373 Caractérisation des matériaux composites
Les sujets ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres fascicules.
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Techniques de contrôle non destructif des matériaux composites3. Techniques en espace libre
3.1 Généralités
Cette technique a été mentionnée en 1948 et, ensuite, en 1963. Elle fut abandonnée durant plusieurs années par suite du manque de précision et des difficultés pour obtenir des échantillons de plus grandes dimensions que celles nécessaires aux guides d’onde ou aux lignes TEM. Il a fallu attendre 1986 pour voir réapparaître cette technique de mesure et sa mise en application pour la caractérisation des matériaux dans le domaine des micro-ondes.
La méthode est principalement limitée par la précision du récepteur ( 0,05 dB en amplitude et 1 pour la phase) dépendant principalement des erreurs commises sur la mesure des paramètres S.
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En espace libre, l’échantillon inconnu est placé entre une antenne d’émission et une de réception. Les permittivités et les perméabilités complexes sont déduites par les mesures des variations d’amplitude et de phase d’une onde électromagnétique transmise ou réfléchie par l’échantillon.
Le modèle le plus simple utilisé consiste en une lame plane à faces parallèles éclairée par une onde plane. Dans ce cas, il est possible de relier le déphasage et l’atténuation de l’onde plane incidente avec les coefficients de transmission ou de réflexion pour divers angles d’incidence et diverses polarisations. Pour appliquer les relations de couplage entre les variations de phase et d’amplitude et les coefficients de transmission et de réflexion, on doit choisir des échantillons de dimensions telles que les phénomènes de diffraction par les bords soient négligeables. Cela signifie que la dimension transversale minimale de l’échantillon doit être plus grande que la largeur à 20 dB du faisceau d’émission en plan champ électrique E.
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Une onde électromagnétique plane peut être produite grâce à des lentilles ou des réflecteurs métalliques. Des ondes sphériques sont créées par un cornet micro-ondes. L’onde plane est produite par transformation des ondes sphériques par la surface de la lentille ou du réflecteur. La lentille ou le réflecteur métallique a un profil défini pour générer un champ équiphase par l’ouverture de l’antenne. Les deux systèmes diffèrent, seulement, par la position du cornet d’alimentation :
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avec...
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