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Descriptif
Méthode de mesure large bande de la permittivité et de la perméabilité complexes des matériaux solides isotropes. Les échantillons à analyser se présentent sous la forme d'un tore usiné aux dimensions géométriques de la ligne coaxiale utilisée.
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Principe
Cette méthode de caractérisation permet le calcul simultané de la permittivité et de la perméabilité complexe à partir de la mesure des paramètres de répartition (paramètres S) d'une ligne de transmission coaxiale contenant le matériau à étudier (figure 1). Les paramètres S sont mesurés à l'aide d'un analyseur de réseaux vectoriels.
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Dépouillement
L'analyse électromagnétique de la discontinuité ligne coaxiale/matériau est basée sur une modélisation électrique par éléments localisés. Un programme de dépouillement des mesures effectue le calcul de la permittivité complexe à partir de la mesure du coefficient de réflexion (S11). Le domaine de validité de ce modèle s'étend jusqu'à la fréquence d'apparition du premier mode supérieur, c'est à dire autour de 20GHz. Une procédure d'étalonnage est nécessaire pour compenser les erreurs de mesures liées aux imperfections de la cellule (désadaptation, joint en plexiglas,...) et du câble de jonction. Une mesure sur des matériaux de permittivité connue (éthanol et eau distillée pour les liquides et le téflon et le polyéthylène) est également effectuée afin de valider la procédure d'étalonnage.
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Résultats
- Matériaux testés : matériaux diélectriques, ferrimagnétiques et ferrocomposites, à pertes moyennes à fortes (tan d > 10-3).
- Précision des résultats : erreurs relatives < 5%.
- Procédure d'étalonnage de l'analyseur de réseaux : SOLT.
- Dimensions des échantillons testés :
Diamètre intérieur= 3.04 mm.
Diamètre extérieur= 7 mm.
Epaisseur = de 2 à 4 mm.
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Mesure en fonction de la fréquence de la permittivité et de la perméabilité d'un ferricomposite.
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Commentaires
Nous avons validé nos résultats issus de cette méthode en les comparant à ceux trouvés dans la littérature pour plusieurs types de diélectriques, de ferrites et de ferro ou ferricomposites. Pour des épaisseurs d’échantillon entre 2 et 4 mm, l'erreur relative sur la permittivité et la perméabilité est inférieure à 5% Cette méthode est destinée aux matériaux facilement usinables ou pressés (moules spécifiques). La cellule coaxiale a été retenue pour définir une norme en caractérisation des matériaux diélectriques et magnétiques.
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1. J. BAKER-JARVIS, E. J. VANZURA and W. A. KISSICK "Improved technique for determining complex permittivity with the transmission/reflection method ", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques Vol. 38, No. 8, pp. 1096-1103, August 1990.
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