Techniques multi-port pour la conception et la réalisation de systèmes micro-ondes dédiés à l'évaluation non destructive de matériaux

par Oussama Benzaim

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Tuami Lasri.

Soutenue le 07-07-2009

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

mots clés

• Technique six-port
• Imagerie microonde
• Mesures microondes
• Dispositifs à ondes millimétriques
• Réflectomètres
• Contrôle non destructif
• Microscopie en champ proche
• Ondes évanescentes
• Réseaux neuronaux (informatique)

Résumé

Le Contrôle Non Destructif (CND) hyperfréquence consiste à examiner un matériau de telle manière qu’à l’issue de ce contrôle, son utilisation future n’en soit pas affectée. Ce type de caractérisation est généralement réalisé au travers de la mesure des propriétés de réflexion ou/et de transmission du matériau sous test par un analyseur de réseaux vectoriel conventionnel. Cependant, ce type d’appareillage s’avère surdimensionné en termes d’éventail de mesure et donc de coût pour un usage hors laboratoire. Aussi, nous avons développé, dans une optique de faible coût, des systèmes basés sur la technique six-port. En particulier, dans ce travail, un double réflectomètre quatre-port est développé pour la mesure des paramètres de réflexion et de transmission d’un quadripôle passif dans la bande de 55 - 65 GHz. La proposition d’une instrumentation plus complète, intégrant les ressources matérielles et logicielles, permet d’entrevoir des développements de systèmes spécialisés dans le domaine de la caractérisation hyperfréquence. Ainsi, nous avons adjoint des solutions logicielles, basée sur les réseaux de neurones artificiels, pour le traitement des grandeurs mesurées, afin de satisfaire aux besoins d’une Évaluation Non Destructive plus quantitative. Enfin, dans le but d’effectuer des caractérisations de défauts dont les dimensions sont inférieures à la longueur d’onde, un microscope micro-ondes constitué du système millimétrique associé à une sonde à ondes évanescentes a été proposé. Cet ensemble permet de relever les variations en module et en phase du coefficient de réflexion du matériau sous test, de manière sans contact.

Titre traduit

Multi-port technology for the conception and reallisation of microwave systems dedicated to non-destructive evaluation of materials

Résumé

Non Destructive microwave Testing (NDT) consists in examining a material so that after testing, its future use is not affected. Such characterization is usually achieved through the measurement of reflection and/or transmission properties of the material under test by a vector network analyzer. However, this type of equipment is oversized in terms of measurements abilities and cost for a use outside the laboratory. In order to overcome this limitation, we have developed, with a view to low cost, systems based on the six-port technique. In particular, a dual four-port reflectometer is developed for the measurement of reflection and transmission parameters of passive devices in the frequency range of 55 - 65 GHz. In addition, we have proposed complete solution which integrates hardware and software resources allowing the development of specialized systems in the field of microwave characterization. The added software solutions, based on artificial neural networks contribute to satisfy the needs of a non-destructive, quantitative evaluation. Finally, in order to perform characterization of defects whose dimensions are smaller than the wavelength, a mm-wave microscope formed by the mm-wave system and associated with an evanescent wave probe has been proposed. This ensemble reveals changes in magnitude and phase reflection coefficients of the material under test, allowing non-contact measurements. ___________________________________________________________________________