Conception et réalisation d’un banc quasi optique de caractérisation des matériaux en bande millimétrique

par Sirine Guelmami

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Soutenue le 02-03-2022

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le président du jury était Xavier Castel.

Le jury était composé de Aurelian Crunteanu-Stànescu, Dominique Cros, Emmanuel Perrin, Daniel Bourreau, Georges Humbert.

Les rapporteurs étaient Geneviève Mazé-Merceur, Alain Peden.


  • Résumé

    Le développement de techniques de caractérisation des propriétés des matériaux dans la gamme des fréquences millimétriques rencontre un intérêt croissant depuis plusieurs années. A cet effet, diverses méthodes théoriques et expérimentales ont été présentées dans la littérature. Les techniques de caractérisation des matériaux en espace libre sont assez attrayantes, par rapport à d'autres méthodes, en raison de leur analyse sans contact et non- destructive et de la relative simplicité de la préparation des échantillons. Le type de mesure en espace libre, « quasi-optique », est aujourd’hui considéré comme le meilleur outil permettant une caractérisation des propriétés diélectriques des matériaux sur une large bande de fréquence. Cette méthode consiste à effectuer une mesure en réflexion et/ou en transmission d’une onde électromagnétique incidente sur un échantillon afin de déterminer ses caractéristiques électromagnétiques. Cette technique peut être utilisée pour la caractérisation non seulement des matériaux diélectriques, mais aussi des matériaux magnétiques et anisotropes. Dans ce contexte, les travaux présentés dans ma thèse concernent la mise en place d’un système de caractérisation en espace libre « quasi optique » innovant permettant de mesurer avec précision les propriétés des matériaux en bande millimétrique, en particulier en bande W (75 GHz – 110 GHz). Ce système est donc composé des antennes à «réflecteur en offset» capable de satisfaire les conditions d’onde plane au niveau du matériau à caractériser. Ainsi, la caractérisation consiste d’extraire les propriétés de ce matériau à partir des mesures des paramètres S en transmission / réflexion, ceci connaissant son épaisseur.

  • Titre traduit

    Design and construction of a quasi-optical bench of material characterization in millimeter band


  • Résumé

    The development of techniques for characterizing the properties of materials in the range of millimetric frequencies has met a growing interest for several years. For this purpose, various theoretical and experimental methods have been presented in the literature. Free-space materials characterization techniques are quite attractive, compared to other methods, due to their non-contact and non-destructive analysis and the relative simplicity of sample preparation. The type of measurement in free space, "quasi-optical", is today considered as the best tool for characterizing the dielectric properties of materials over a wide frequency band. This method consists of measuring the reflection and/or transmission of an electromagnetic wave incident on a sample in order to determine its electromagnetic characteristics. This technique can be used for the characterization not only of dielectric materials, but also of magnetic and anisotropic materials. In this context, the work presented in my thesis concerns the establishment of an innovative "quasi-optical" free-space characterization system to accurately measure the properties of materials in the millimeter band, in particular in the W band (75 GHz – 110GHz). This system is therefore composed of “offset reflector” antennas capable of satisfying the plane wave conditions on the material to be characterized. Thus, and knowing its thickness, the characterization consists in extracting the properties of this material from the measurements of the S parameters (transmission / reflection).


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