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Descriptif
Méthode de mesure large bande de la permittivité et de la perméabilité complexes des matériaux solides isotropes. Les échantillons testés se présentent sous la forme de plaquettes rectangulaires ou de films minces déposés sur un support rectangulaire.
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Principe
La méthode est basée sur la mesure des paramètres de répartition (paramètres Sij) d'une ligne microbande contenant le matériau à étudier (figure ci-contre). Les paramètres Sij sont mesurés à l'aide d'un analyseur de réseaux vectoriels. L'échantillon testé est de forme rectangulaire (plaquette ou film mince). L'originalité de la méthode réside dans le fait que l'échantillon est directement posé sur le substrat de la ligne, sans être obligé de remplir entièrement la section transverse de la cellule. Ceci permet un processus de mesure simple et reproductible. De plus, les contraintes d'usinage du matériau sont minimisées.
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Dépouillement des mesures
Le dépouillement des mesures, c'est-à-dire la détermination de e* et m* du matériau à partir des paramètres Sij du dispositif, nécessite d'associer à l'analyse électromagnétique de la cellule (problème direct) un programme d'optimisation (problème inverse).
Le problème direct est basé sur l'approche dans le domaine spectral qui autorise la prise en compte dans les calculs de plusieurs modes de propagation.
La résolution du problème inverse est réalisée à l'aide d'une procédure d'optimisation numérique basée sur la méthode de Raphson - Newton.
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Résultats
- Gamme de fréquences exploitée : 300 kHz - 15 GHz (analyseurs de réseaux HP 8753ES et HP 8510B).
- Matériaux testés : matériaux diélectriques, ferrimagnétiques et ferrocomposites, présentant des pertes moyennes à fortes (tan d > 10-3).
- Précision des résultats : erreurs relatives < 5%.
- Procédure d'étalonnage de l'analyseur de réseaux : SOLT jusqu'à 8 GHz et TRL jusqu'à 15 GHz.
- Epaisseurs des échantillons testés : de quelques dizaines de micromètres à quelques millimètres.
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Permittivité et perméabilité d'un diélectrique étalon.
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Commentaires
La comparaison des résultats de mesure à ceux donnés dans la littérature pour plusieurs types de diélectriques et de ferrites a permis de confirmer la validité des résultats obtenus (ex. figure ci dessus). Pour des épaisseurs d’échantillon supérieures à 500 µm, l'erreur relative sur la permittivité est inférieure à 5% et celle sur la perméabilité est inférieure à 2%. Cette méthode a été mise au point dans le cadre d'un contrat DRET (Ministère de la Défense), et elle a fait l'objet de plusieurs publications dans des revues scientifiques internationales [1][2][3].
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1. P. Queffelec, Ph. Gelin, J. Gieraltowski and J. Loaec, "A microstrip device for the broad-band simultaneous measurement of complex permeability and permittivity", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 30, No. 2, pp. 224-231, March 1994.
2. P. Quéffélec and Ph. Gelin, "Influence of higher order modes on the measurements of magnetic and dielectric materials using a microstrip discontinuity", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 44, No. 6, pp. 816-824, June 1996.
3. P. Quéffélec, M. Le Floc'h and Ph. Gelin, "Broad band characterization of magnetic and dielectric thin films using a microstrip line", IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 47, No. 4, pp. 956-963, August 1998.
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