Contribution à la conception et la réalisation de microscopes champ proche en bandes de fréquences microondes et millimétriques : application à l’évaluation non destructive

par Mingming Wang

Thèse de doctorat en Micro et nano technologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Tuami Lasri.

Soutenue le 30-06-2010

à Lille 1 .

mots clés

• Technique six-port
• Imagerie microonde
• Contrôle non destructif
• Ondes millimétriques
• Microscopie en champ proche
• Matériaux -- Surfaces -- Défauts -- Évaluation

Résumé

Les techniques de microscopies hyperfréquences à balayage en champ proche connaissent un intérêt grandissant. Ces méthodes offrent des possibilités de caractérisations surfaciques et sub-surfaciques de matériaux par une mesure sans contact, non invasive et non destructive. Elles permettent également de lever les restrictions concernant la résolution spatiale limitée des méthodes classiques de caractérisation hyperfréquence. Néanmoins, l’instrumentation qui est associée usuellement à ce type de caractérisation, généralement un analyseur de réseaux conventionnel, s’avère surdimensionné pour des applications hors laboratoire. Dans ce travail de thèse, nous proposons une instrumentation complète combinant les techniques multi-port et les techniques de microscopie champ proche. Les étapes de conception et de réalisation de systèmes multi-port opérant en gammes de fréquences micro-ondes et millimétriques sont décrites. Les travaux menés s’inscrivent dans la volonté de proposer des instruments intégrant les ressources matérielles et logicielles. Les potentialités de ces systèmes sont illustrées au travers de la mise en œuvre de bancs automatisés permettant d’effectuer des mesures du coefficient de réflexion en une ou deux dimensions. La démonstration de l’apport de la technique multi-port est faite au travers d’exemples traitant du cas de défauts de nature métallique ou diélectrique, débouchant ou non débouchant en surface d’un échantillon. Ces dispositifs ont pour ambition de sortir des laboratoires de recherche afin d’adresser des applications dans le domaine de l’Evaluation Non Destructive (END).

Titre traduit

Contribution to the conception and the realization of near-field microscopes in microwave and millimeter-wave frequency bands : application to non destructive testing

Résumé

Scanning near-field microwave microscopy (SNMM) techniques have become important tools in the imaging of materials. These methods offer the possibility of characterizing surface and subsurface materials in a non-contact, non-invasive, and non-destructive way. In comparison with conventional microwave characterization techniques, the spatial resolution has been improved in a large extent with the development of the SNMM. Nevertheless, these techniques generally require the use of an automatic network analyzer that is oversized for applications outside the laboratory. In this work, we propose a new instrumentation that combines the multi-port technique and microscopy techniques. The design and realization of multi-port systems in the microwave and millimeter-wave frequency bands are described. The investigations are driven by the will to propose instruments integrating the hardware and software resources. The potentialities of the systems proposed are illustrated trough applications in the Non Destructive Testing field in both microwave and millimeter-wave frequency bands. The validity of the approach proposed is applied for 1-D and 2-D crack detection. It is demonstrated that these systems present a viable and promising alternative to the costly heterodyne principles.