Caractérisation diélectrique de matériaux pulvérulents dans une large bande de fréquences micro-ondes

par Qing Lu

Thèse de doctorat en Micro et Nano Technologies, Acoustique et Télécommunications

Sous la direction de Tuami Lasri et de Luc Dubois.

Soutenue le 16-06-2011

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .


  • Résumé

    L’industrie a besoin de nouveaux matériaux dont la complexité et la fonctionnalité sont de plus en plus grandes et nécessite l’élaboration de structures composites. Afin d’optimiser leur élaboration, il est important d’évaluer leurs propriétés physiques en particulier du point de vue électromagnétique à travers la notion de permittivité électrique et perméabilité magnétique.La nature des matériaux de base utilisés pour la conception de ces composites, la taille des grains, leur forme, l’arrangement, ainsi que la procédure de frittage utilisée vont en effet conditionner les propriétés du matériau final. Ces paramètres vont influer en particulier sur la permittivité diélectrique et peu d’informations sont actuellement disponibles à ce sujet. Pourtant elles présentent un vif intérêt pour de nombreux secteurs industriels.Dans ce travail de thèse, nous présentons les cellules de mesure réalisées à partir de lignes microruban. La méthode de caractérisation, les simulations, le mode opératoire et des résultats relatifs à des matériaux solides et pulvérulents sont décrits. Les travaux menés s’inscrivent dans la volonté de proposer un démonstrateur intégrant les ressources matérielles et logicielles.Les potentialités de cette méthode sont illustrées au travers de la mise en œuvre de bancs de mesure permettant d’effectuer des relevés sur une large bande de fréquence (50MHz à 18GHz) de la constante diélectrique de matériaux pulvérulents utilisés lors des opérations de frittage par micro-ondes. Du point de vue expérimental, cette technique de caractérisation diélectrique, simple et rapide, est utilisable sur tous types d’échantillons (solides, pulvérulents, liquides).

  • Titre traduit

    Broadband microwave dielectric characterization of powder materials


  • Résumé

    New materials of composite structures with high complexity, functionality and flexibility are more and more required for industry. In order to optimize their fabrication, it is important to evaluate their physical properties in particular in terms of dielectric permittivity and magnetic permeability. The exact knowledge of material permittivity is essential in the study of physical phenomena that govern interactions between electromagnetic waves and the tested material. But, a lack of papers currently dealing with the field of powder materials characterization is observed.In this work, we propose a reflection/transmission method, which has the significant advantage of being operable in a wide frequency band. The theory, the simulation tests and the measurement cells using microstrip lines for broad-band dielectric characterization of solid materials as well as for powder materials are presented. The work performed provides a demonstrator integrating hardware and software resources for materials characterization. Compared to the data found in the literature, our study provides dielectric permittivity values in a large frequency band. From the experimental point of view, our measurements method is fast and easy to implement. The measurement process repeatability has been checked and has shown a high level of confidence. This characterization method that is valid for a very large class of powder materials is also well suited for solid materials (thick or thin).


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