L'intérêt de la méthode de caractérisation est enfin illustré à travers la présentation des résultats de mesure du tenseur de perméabilité des ferrites polycristallins du commerce, quel que soit leur état d'aimantation. Une troisième partie définit le domaine d'application de la technique de mesure à large bande développée, ainsi que l'analyse des erreurs associées.
APPLICATIONS DES MILIEUX MAGNETIQUES EN
P ROPRIETES GENERALES DES MILIEUX FERRITES
- C ARACTERISTIQUES FONDAMENTALES POUR L ’ APPLICATION HYPERFREQUENCE
Enfin, nous décrirons le principal procédé de production de ferrites en vrac, qui étaient à l'origine utilisées dans les appareils à micro-ondes et sont encore utilisées aujourd'hui. Des détails supplémentaires sur ces derniers peuvent être trouvés, par exemple, dans les références bibliographiques [1]-[4].
Corrélation entre les propriétés intrinsèques des ferrites et les performances
Comme la magnétisation à saturation, elle définira la bande passante utilisable du dispositif micro-ondes. Par exemple, un matériau de faible largeur (∆H) présentera une forte localisation de ses pertes magnétiques autour de sa fréquence de résonance gyromagnétique à l'état saturé.
Comportements statique et dynamique
- L ES DIFFERENTES CATEGORIES DE FERRITES
Sous l’action d’un champ magnétique externe perturbateur, les moments magnétiques s’éloigneront de leur position d’équilibre initiale. Cette quadrature de phase est liée au temps nécessaire au moment magnétique (M) pour avancer autour de la direction d'application du champ magnétique.
Les spinels ferrimagnétiques…
Ils reflètent l'anisotropie induite du milieu, sous l'action d'un contrôle magnétique externe, et sont responsables du comportement non réciproque de la propagation d'une onde électromagnétique dans un matériau ferrite. Le mouvement de précession du vecteur d'aimantation induit l'existence de pôles magnétiques au niveau de la paroi magnétique séparant les domaines, qui vont générer des champs de démagnétisation dynamiques locaux.
Les grenats ferrimagnétiques
Les hexagonaux ferrimagnétiques
- E LABORATION DES FERRITES MASSIFS POLYCRISTALLINS
- D ISPOSITIFS HYPERFREQUENCES A FERRITES
- D ISPOSITIFS NON RECIPROQUES
Le fonctionnement de ces dispositifs repose sur un, voire plusieurs, des effets suivants : - Rotation de Faraday : Une onde Electro-Magnétique Transversale (TEM) qui pénètre dans une ferrite, aimantée suivant la direction de propagation de l'onde, se décompose en deux ondes polarisées circulairement gauche et droite respectivement. Lorsque la longueur d'onde d'une telle onde est de l'ordre de grandeur des dimensions de l'échantillon de ferrite, on parle d'« onde magnétostatique » ; le milieu est alors uniformément magnétisé à l'état statique. charge = isolant).
Le circulateur hyperfréquence
A la fréquence de fonctionnement de l'appareil (37,5 GHz), les pertes d'entrée sont de 1,06 dB pour l'isolation et le niveau de réflexion est respectivement de 11 et 17 dB. Il présente des niveaux d'isolation de 15 dB et des pertes d'insertion inférieures à 1 dB pour une fréquence centrale de 9,75 GHz et une bande passante de fréquence utilisable inférieure à 1 GHz.
L’isolateur hyperfréquence
- A UTRES DISPOSITIFS A FERRITES
- V ERS L ’ UTILISATION DE MATERIAUX DE SUBSTITUTION AUX FERRITES
- C ONCLUSION DU CHAPITRE I
- D ESCRIPTION GENERALE DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL
- É TAT DE L ’ ART DE LA MESURE LARGE BANDE DU TENSEUR DE PERMEABILITE
- M ETHODE DU PERMEAMETRE ENTRE 10 ET 600 MH Z
Une des spécificités des supports magnétiques est de présenter des propriétés électromagnétiques dépendant de la forme de l'échantillon de matériau. D’autre part, il existe un besoin important de mesures fonctionnelles à large bande de la perméabilité tensorielle de tels milieux rendus anisotropes par l’application d’un champ magnétique externe.
Principe de la mesure
La mise en œuvre d'un dispositif hyperfréquence non réciproque (circulateur, isolant) nécessite une connaissance préalable de la perméabilité tensorielle de l'échantillon de matériau, dans un état d'aimantation donné, sur une large bande de fréquence (généralement au-delà d'une octave) incluant la fréquence gyrorésonante du matériau. . La mesure de ces composantes repose sur une augmentation de l'inductance mutuelle entre les deux boucles de courant due à l'introduction de l'échantillon, ce qui va modifier le paramètre mesuré S21.
Intérêts et inconvénients de la méthode
- M ETHODE EN GUIDE D ’ ONDE RECTANGULAIRE EN BANDE X
La perméabilité est déterminée par l'évolution des paramètres S21, pour l'échantillon testé à l'état magnétisé et saturé. 3 : (a) Représentation schématique d’un guide d’ondes rectangulaire en bande X contenant un matériau magnétique. b) Coupe transversale de la cellule – Déplacements de champ dans la structure de propagation.
Analyse théorique de la cellule de mesure
Intérêts et inconvénients de la méthode
- C HOIX D ’ UNE CELLULE DE MESURE EN LIGNE DE TRANSMISSION
- O BTENTION D ’ EFFETS NON RECIPROQUES EN LIGNE MICRORUBAN
- D ESCRIPTION GENERALE DE LA CELLULE DE MESURE ET DU DISPOSITIF DE TEST ASSOCIE …27
8(b) ), de sorte que la cartographie du champ électromagnétique de la cellule se rapproche de la ligne microruban. Figure 8 : Représentations schématiques de la cellule de mesure. a) Cellule de test sans plaque de masse supérieure contenant l'échantillon de test magnétique.
Le dispositif de test
- N ON RECIPROCITE DE LA CELLULE DE MESURE
- A NALYSE THEORIQUE ASSOCIEE A LA CELLULE DE MESURE
- L E PROBLEME DIRECT
Ce champ magnétique (H0) peut atteindre 8 kOe au milieu de l'entrefer de l'électro-aimant, pour une intensité de 18 A provenant de l'alimentation électrique stabilisée. Comme toute technique de caractérisation, l'analyse théorique de la cellule de mesure, qui permet de déterminer les propriétés électromagnétiques (µ, κ, ε) de l'échantillon testé, comprend deux étapes de calcul (problème direct et problème inverse).
Choix de l’analyse électromagnétique
Tout d’abord, les méthodes variationnelles [82],[83] consistent à homogénéiser la section efficace hétérogène de la structure de propagation étudiée. La ligne de transmission examinée est structurellement proche de la cellule de mesure que nous avons mise en œuvre.
Expression des paramètres S
- L E PROBLEME INVERSE
De plus, les niveaux de perméabilité mesurés dépendent intimement de l’intensité de cette dernière. Les paramètres de ligne (C, L, Mc) sont donc directement liés aux dimensions géométriques (a, b, h) de la ligne de transport (Fig. A1.
Validation sur des milieux diélectriques
- A PPLICATION DE LA METHODE A LA CARACTERISATION DES MILIEUX FERRITES
- C ONCLUSION DU CHAPITRE II
- A NALYSE DES ERREURS DE MESURE
- O PTIMISATION DE LA SENSIBILITE DE LA CELLULE DE MESURE
- C HOIX DES DIMENSIONS DES MILIEUX DIELECTRIQUES INSERES DANS LA CELLULE
- C HOIX DE L ’ ECHANTILLON DIELECTRIQUE A FORTE PERMITTIVITE RELATIVE ( ε 2 )
- I NFLUENCE DES DIMENSIONS DE L ’ ECHANTILLON MAGNETIQUE
- D OMAINE DE VALIDITE DE L ’ APPROXIMATION QUASI -TEM
- S TRUCTURE DE PROPAGATION A VIDE
- S TRUCTURE DE PROPAGATION EN CHARGE
Par exemple, les parties réelle (ε') et imaginaire (ε'') de la permittivité relative sont respectivement de 9,96 et 0,02 à 1 GHz. Comme le montre la figure précédente et comme prévu, le caractère non réciproque de la cellule de mesure dépend fortement du choix du diélectrique de l'échantillon 2.
Utilisation de l’expression théorique donnée par M. Horno [85]
D'après cette relation, la fréquence de coupure théorique (= ωlim/2π) pour appliquer l'approche quasi-statique est pour la cellule triple asymétrique en absence de matériau (cellule à vide, h = 1,8 mm, voir Annexe 1). 1 : Fréquence limite théorique (flim) pour l'utilisation de l'approximation quasi-TEM pour des échantillons mm3 de ferrites polycristallins Y35 et Y371 démagnétisés.
Analyse électromagnétique dynamique de la structure de propagation
- E RREURS DE MESURE DE (µ, κ , ε)
- E XPRESSION DES ERREURS ABSOLUES DE MESURE
- E RREURS DE MESURE EFFECTUEES
- C ONFRONTATION THEORIE / EXPERIENCE
- E TAT DESAIMANTE : COMPARAISON MESURE – SIMULATION A PARTIR DU MODELE DE
- E TAT SATURE : COMPARAISON MESURE – SIMULATION A PARTIR DU MODELE DE P OLDER ….66
Figure 11 : Constantes de phase (β+, β-) simulées à partir de l'approximation quasi-TEM ou analyse dynamique de la structure de propagation, en fonction de l'état d'aimantation de la ferrite (modèle Gelin-Berthou). Figure 14 : Evolution en fréquence des erreurs absolues de mesure des parties réelle (µ') et imaginaire (µ'') de la composante diagonale (µ) du tenseur de perméabilité de l'échantillon mm3 de ferrite Y35, exposé à plusieurs.
Modèle de Gelin-Berthou
Un bon accord entre théorie et mesure est observé dans toute la gamme de fréquence étudiée, même si les valeurs de (µ') et (κ') de la théorie de Gelin-Berthou sont supérieures à celles expérimentales autour de la fréquence de résonance gyromagnétique ( 3,05 GHz). Par exemple, à cette fréquence, l'erreur relative entre les valeurs mesurées (µ'') et (κ'') et celles simulées par le modèle Gelin-Berthou est respectivement de 1,03 et 4,36%.
Modèle de Bariou et al
- D ISCUSSION
Ainsi, il semble y avoir un accord correct entre les perméabilités tensorielles simulées par le modèle de Gelin-Berthou et celles de Polder. Cependant, on peut observer que les niveaux des parties réelles (κ') et (κ') des composantes du tenseur de perméabilité, estimés par le modèle de Gelin-Berthou, sont légèrement inférieurs à ceux issus de la théorie de Polder, dans le zone de résonance gyromagnétique.
Aimantation entrée dans les modèles du tenseur de perméabilité…
Soulignons enfin la faible dépendance du champ magnétique à la fréquence de résonance gyromagnétique mesurée (Fig. 13 : Création d'un gap de largeur (W) et de profondeur (d) dans la bande conductrice de la structure de propagation de la ligne microruban.
Facteur d’amortissement entrée dans les modèles du tenseur de perméabilité
Vers une amélioration du caractère prédictif des modèles
- C ONCLUSION DU CHAPITRE III
- E LABORATION DES MATERIAUX COMPOSITES MAGNETIQUES
- M ESURES DES PROPRIETES ELECTROMAGNETIQUES DES COMPOSITES MAGNETIQUES …79
Elle confirme l'intérêt de la technique de mesure pour la caractérisation « in situ » des milieux anisotropes magnétisés. Nous avons ensuite examiné l'erreur due à l'utilisation d'une approche quasi-statique lors de l'analyse électromagnétique de la cellule dans la gamme de fréquences de l'application expérimentale de la technique.
Perméabilité tensorielle effective selon le champ magnétique (H 0 ) appliqué…80
- E CHANTILLON FORME DE GRAINS MAGNETIQUES DE TAILLE SUBMICRONIQUE
En particulier, les amplitudes de la partie réelle (κ') sont faibles et peu sensibles au champ magnétostatique appliqué (Fig. Les amplitudes de la partie réelle (µ') du terme (µ) pour l'échantillon composite testé sont également similaire quel que soit le champ magnétique appliqué.
Le matériau nanocomposite magnétique
90 % du signal micro-onde se propage alors le long du trajet transmis de l'isolant. La capacité linéaire (C), l'inductance (L) et la memductance caractéristique (Mc) apparaissant dans le système précédent sont calculées dans une approche quasi-TEM, en supposant que les composantes longitudinales des champs électrique (E) et magnétique (H) du ligne de transmission sont négligeables.
Eléments influençant l’anisotropie magnétique induite des nanocomposites
- C ONFRONTATION THEORIE / EXPERIENCE
- C OMPARAISON DES SPECTRES DE (µ, κ ) MESURES ET CALCULES
Echantillon constitué de grains microniques
Echantillon constitué de grains submicroniques
- D ISCUSSION
- C ONCLUSION DU CHAPITRE IV
ETUDE DE LA FAISABILITE D’UN ISOLATEUR
I SOLATEURS HYPERFREQUENCES EN LIGNE MICRORUBAN : ETAT DE L ’ ART …
- I SOLATEUR DE H INES (1971)
- I SOLATEUR DE A RAKI ET AL . (1975, 1976)…
- I SOLATEUR DE N OGUCHI (1977)…
- I SOLATEUR DE K ANE ET W ONG (1990)
- I SOLATEURS DE A LY ET E L -S HARAWY (2001, 2002)
La répartition du courant est alors non uniforme selon la direction de propagation de l'onde le long de la ligne microruban. 6 : Représentation schématique de l'isolateur micro-ondes en lignes microrubans parallèles d'Aly et El-Sharawy [158]. a) Sans et (b) avec matériau absorbant.
A PPLICATION DES MILIEUX NANOCOMPOSITES A UNE FONCTION D ’ ISOLATION
- L A STRUCTURE DE PROPAGATION
- P ARAMETRES DE REPARTITION
- E LEMENTS INFLUENÇANT L ’ EFFET D ’ ISOLATION
- C OMPARAISON AVEC UN FERRITE « CONVENTIONNEL »
8(a)), dans une bande de fréquence correspondant à celle de la résonance gyromagnétique de l'échantillon (Chapitre IV, Fig. IV. 5, H0 = 3 kOe). D’autre part, les pertes d’insertion de l’isolant sont extrêmement affectées par le caractère ferromagnétique des grains magnétiques qui forment l’échantillon composite nanostructuré (Fig.
O PTIMISATION DE LA STRUCTURE D ’ ISOLATION
Les pertes d'insertion et d'isolement mesurées à la fréquence maximale d'absorption du signal hyperfréquence (6,57 GHz) sont en réalité de 1,48 et 27,83 dB, pour les dimensions de fente considérées. Cependant, les pertes d'insertion élevées constatées ont pour conséquence que le rapport d'isolation du dispositif (|S12|/|S21|) est considérablement réduit.
C ONCLUSION DU CHAPITRE V
Bariou, « Caractérisation large bande de matériaux ferrimagnétiques anisotropes en conducteur rectangulaire », J.C.M.M., Paris - La Défense, mars 2000. GELIN, « Détermination théorique et expérimentale des composantes tensorielles de perméabilité des ferrites magnétisées aux fréquences micro-ondes », IEEE Trans.
DIMENSIONS GEOMETRIQUES DE LA CELLULE DE
Ensuite le flux magnétique total quasi-statique p.u.l de la ligne (Φ) est exprimé en fonction de l'induction magnétique et du courant (I) traversant la ligne. 5), il en est de même pour les constantes de propagation (γ+, γ-) le long de la droite non inversée.
1 DETERMINATION DES CONSTANTES DE COUPLAGE (γ+, γ -) EN FONCTION DE PARAMETRES S Tout d'abord, les constantes de propagation (γ+, γ-) de la région responsable de la structure de propagation sont calculées en fonction de ses paramètres S. 11, annexe 2) indique l'impédance caractéristique (Z+) de la partie chargée de la cellule dans la relation (Eq. A3. 6), ça vient.
CALCUL DE LA RELATION DE DISPERSION DYNAMIQUE DE LA
En considérant une évolution temporelle en exp(+jωt) des champs micro-ondes dans la structure propagative, l'expression générale de la solution de l'équation (Eq. En utilisant cette hypothèse, ainsi que la condition de continuité des composantes transverses des champs sur chaque interface de la structure de propagation (à x = a1 et x = b1), se trouvent les expressions des champs micro-ondes dans les échantillons diélectriques 1 et 2.
CALCUL DES ERREURS DE MESURE
En raison de la non-réciprocité de la cellule (S12 ≠ S21), les résultats du calcul des dérivées partielles apparaissent dans (Eq. A5. Les erreurs de mesure absolues (∆ε') et (∆ε'') de la relative permittivité.(ε=ε '-j ε'') de l'échantillon magnétique, à l'état démagnétisé, sont facilement obtenues en dérivant la relation qui donne (ε) (Eq. A3.. 22, annexe 3) par rapport à ( µ ) et identifier les parties réelles et imaginaires des deux membres de l'équation obtenue par la suite.
