Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article de synthèse décrit les techniques de caractérisation hyperfréquence de matériaux. Ce travail constitue un guide pour le lecteur en intégrant l’essentiel des fondements théoriques de l’interaction onde/matière, les méthodes de mesure et l’instrumentation associée. La mise en œuvre des techniques de caractérisation est illustrée au travers d’exemples d’application.
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Microwave techniques for the electromagnetic characterisation of materials are described. This article is intended primarily as a guide for readers: it outlines the foundations and theory of wave / matter interaction, measurement techniques and related instrumentation. The measurement methods are illustrated by applied examples.
Auteur(s)
-
Kamel HADDADI : Maître de conférences - Université de Lille – Sciences et Technologies - Institut d'électronique de microélectronique et de nanotechnologie, UMR CNRS 8520, Villeneuve d'Ascq, France
INTRODUCTION
Depuis des décennies, les techniques de caractérisation électromagnétique dans le domaine des hyperfréquences sont mises en œuvre dans les laboratoires de recherche et l’industrie. La pénétration de ces méthodes dans des secteurs aussi variés que l’électronique, l’aéronautique, le génie civil, la chimie ou la biologie s’expliquent par la nécessité de caractériser avec précision les matériaux. En effet, ces mesures nous renseignent sur la santé d’un matériau. Les caractéristiques électromagnétiques du matériau sont également indispensables pour concevoir des systèmes.
Ce travail se veut un article de synthèse intégrant l’essentiel des fondements théoriques de l’interaction onde/matière, des techniques de caractérisation électromagnétique et de l’instrumentation associée. Cet article constitue un guide pour le lecteur afin qu’il détermine la technique et l’instrumentation associée en fonction de l’application visée.
Les propriétés électromagnétiques des matériaux sont exposées en premier lieu. Les systèmes de mesure hyperfréquence sont présentés dans la deuxième partie. Les techniques de caractérisation électromagnétique sont décrites en dernière partie. La formulation du problème direct et la méthode pour traiter le problème inverse sont développées pour chacune des techniques de mesure.
MOTS-CLÉS
contrôle non destructif (CND) propriétés diélectriques Caractérisation électromagnétique permittivité complexe perméabilité complexe analyseur de réseaux vectoriel technologie six-port
KEYWORDS
non destructive testing (NDT) | dielectric properties | Electromagnetic characterization | complex permittivity | complex permeability | vector network analyzer | six-port technology
DOI (Digital Object Identifier)
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1. Propriétés électromagnétiques des matériaux
1.1 Champ électrique et permittivité
La permittivité complexe décrit l’interaction d’un matériau diélectrique à un champ électrique sinusoïdal appliqué . Nous nous focalisons uniquement sur les matériaux isotropes (permittivité complexe invariante quelle que soit l’orientation du champ électrique).
Dans un matériau diélectrique, les atomes sont constitués de charges positives et négatives liées ensemble. Sous l’influence d’un champ électrique , les atomes se polarisent, créant ainsi des dipôles électriques. Du point de vue macroscopique, le vecteur (ou champ) de polarisation (en C/m2) représente la somme des moments dipolaires par unité de volume qui rend compte de la densité de dipôles électriques. La susceptibilité électrique χ e d’un matériau rend compte de la polarisabilité du matériau en fonction du champ électrique appliqué :
avec F/m la permittivité du vide.
Ce champ de polarisation est lui-même à l’origine de l’apparition d’un champ électrique secondaire
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Propriétés électromagnétiques des matériaux
BIBLIOGRAPHIE
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ANNEXES
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CST France Eurl Map® (Massy, France)
Advanced Design System (ADS) Momentum 3D
Keysight Technologies France SAS® (Les Ulis, France)
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Keysight Technologies France SAS® (Les Ulis, France)
Rohde & Schwarz France SAS® (Meudon, France)
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