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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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1. Généralités
En 1940, von Hippel [6] et [7] définissait les techniques de mesure des matériaux homogènes. Ces techniques, bien que nombreuses, comprennent les techniques guidées (guide d’onde rectangulaire, guide coaxial, guide ouvert, ligne microruban, triplaque, etc...), les cavités, les résonateurs ouverts ou fermés et les techniques en espace libre. Ces dernières n’ont été implantées que ces dix dernières années après que les constructeurs de matériel eurent défini et réalisé des sources hyperfréquences très stables et des récepteurs très sensibles et à grande dynamique. On pourrait ajouter les techniques de mesure de surface équivalente radar conduites en chambre anéchoïque et le contrôle non destructif des matériaux.
Les travaux de von Hippel ont conduit à des normes de mesure pour les matériaux homogènes. Ces normes, définies par le comité D-9 ASTM, sont inscrites dans le livre annuel 1989 des standards ASTM, vol 10-02, isolation électrique II. Elles concernent les méthodes en lignes TEM (norme D-150), les guides d’ondes (D-2520A) et les cavités (D-2520 B).
Les matériaux composites, comme nous l’avons vu dans les fascicules précédents, comportent divers matériaux allant des polymères chargés de milieux conducteurs (carbone, polymères intrinsèquement conducteurs, métal...), des structures mono ou multicouches (écrans de Salisbury, de Jaumann et de Dällenbach), aux structures à large bande et complexes et aux milieux transparents, à pertes ou absorbants.
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L’objectif des mesures est de connaître la permittivité, la perméabilité et/ou la chiralité complexes des matériaux composites. La mesure d’impédance présentée par une plaque plane est, aussi, utile.
Les gammes de fréquence concernées sont très larges, de 50 MHz à 20 GHz, autour de 35 GHz et de 94 GHz.
Les angles d’incidence sont compris entre – 180 et + 180 pour des observations mono ou multistatique.
La tendance est de conduire des mesures pour deux types de polarisation de l’onde bien que, pour les matériaux absorbants des cibles à camoufler, il est nécessaire de connaître leur comportement en multipolarisation par mesure de la matrice de diffraction complète ; matrice [S], qui détermine les paramètres S. Cette matrice est à relier à la matrice de SER de diffraction (...
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