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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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2. Techniques coaxiales
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En 1974, Weir [31] 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 plac é derrière l’échantillon.
En 1985 Hewlet-Packard publiait une note pour mesurer la constante diélectrique avec un analyseur de réseau de 8510 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 proposée par Belhadj et al. [30]. Une cellule de mesure a été construite pour la mesure de matériaux isotropes ou la mesure de la perméabilité de matériaux magnétiques. La permittivité et la perméabilité des matériaux...
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