Évaluation des performances d’absorption des ondes électromagnétiques en hyperfréquences

Mesure en ligne coaxiale

La ligne coaxiale est aujourd’hui l’un des dispositifs de mesure le plus utilisé pour la caractérisation en hyperfréquence. Cette méthode utilise le mode de mesure des coefficients de transmission/réflexion (T/R) pour la caractérisation des matériaux solides isotropes. La cellule de mesure est en cuivre doré dont les dimensions géométriques sont calculées pour avoir une impédance caractéristique Zc de 50 Ohm. Les transitions sont assurées par des connecteurs du type standard APC7 mm. L’échantillon à caractériser est usiné sous forme de tore (ou sous forme rectangulaire) afin que les dimensions géométriques correspondent bien à celles de la ligne coaxiale (guide d’onde) utilisée pour éviter la présence de lames d’air entre l’échantillon et les parois de la ligne. La géométrie de la cellule coaxiale, contenant l’échantillon à tester, est illustrée sur la figure V. 2. La mesure dans la ligne coaxiale utilise le mode de propagation fondamental TEM dont la fréquence de coupure Fc dépend des dimensions géométriques (a et c) de la cellule et du milieu traversé (ε et µ). Cette fréquence est exprimée par la relation (V. 8). Fc = 𝑐 √𝜀 𝜇 1 𝜋 ( 𝑎 + 𝑏) (V. 8) La fréquence de coupure est égale à 19,1 GHz pour la cellule APC7 vide. Cette fréquence est diminuée par l’insertion du matériau à caractériser. D’ailleurs, les composites que nous étudions, ont des perméabilités et des permittivités relativement faibles ce qui permet une caractérisation dans un domaine de fréquences ne dépassant pas 18 GHz. Avant de procéder aux mesures, un étalonnage est effectué selon la méthode Short-OpenLoad and Thru (SOLT) pour corriger les erreurs de mesures dans la bande de fréquences de travail. Une configuration de l’analyseur de réseau Agilent est ensuite adaptée pour la mesure des paramètres S de la cellule contenant l’échantillon à tester. L’erreur de mesure ne dépasse pas les 5 %. III. Résultats et discussions III. 1. Fabrication des tores Les mesures électromagnétiques ont été réalisées sur des tores fabriqués à partir des poudres des composites Pani/hexaferrite de baryum. Pour cela, nous avons défini la géométrie de ces tores en fonction de la géométrie de la cellule de mesure. Nous avons ensuite usiné à l’atelier mécanique du SATIE un moule cylindrique en acier creux pour la préparation de ces tores (Figure V. 3). Figure V. 3. Moule utilisé pour la réalisation des tores Le tore fabriqué ressemble à un anneau assez épais caractérisé par un diamètre intérieur d : 3,04 mm, un diamètre extérieur D : 7 mm et une hauteur h. Sa section est un rectangle aux angles arrondis (Figure V. 4). L’échantillon est moulé sous pression (750 Kg) à partir de poudre de composite (Figure V. 5). Figure V. 4. Représentation schématique d’un tore avec une section carrée Figure V. 5. Le tore obtenu après sa fabrication Généralement, les tores sont fragiles. Si une pression non homogène est appliquée pendant un certain temps, ils peuvent se briser. Pour vérifier l’absence de fissures ou de fentes d’air, des observations sous microscope optique à fort grossissement sont très souvent réalisées (Figure V. 6) h Chapitre 5 : Évaluation des performances d’absorption des ondes électromagnétiques en hyperfréquences (1 GHz – 18 GHz) des composites Pani/hexaferrites de baryum Thèse de doctorat– Tayssir Ben Ghzaiel FST-ENS Cachan 186 Figure V. 6. Photos par microscopie d’un tore de composite Polyaniline/hexaferrite : a) tore intact, b) présence de fentes d’air et c) présence de fissures III. 

Effet de la méthode de synthèse 

Mesure de la permittivité complexe

La figure V. 7 montre l’évolution de la partie réelle ε׳ et de la partie imaginaire ε » de la permittivité complexe des composites Pani/BaFe12O19 élaborés par les différents procédés de synthèse, déjà discutés dans le chapitre 4, en fonction de la fréquence.  Figure V. 7. Évolution des spectres de ε’ et ε » des composites Pani/BaFe12O19 préparés par différentes méthodes de synthèse : ABP (a et b) ; SBP (c et d); ABPNS (e et f) et ABPMG (g et h) Nous remarquons l’existence d’un même comportement diélectrique pour les composites Pani/BaFe12O19 quelque soit la technique d’élaboration. Une diminution des valeurs de ε׳ est observée aux basses fréquences (< 800 MHz) suivie d’une évolution constante jusqu’aux hautes fréquences. Notons que pour tout l’intervalle de fréquences utilisées pour effectuer les mesures, les valeurs de la permittivité réelle ε׳ de la Polyaniline pure demeurent supérieures à celles des composites et ce quelque soit le taux de charges en ferrite. Ceci est attribué aux interactions entre les particules de BaFe12O19 et les chaînes macromoléculaires de la Polyaniline, comme cela a été démontré par le shift observé dans les bandes d’absorption en IRFT des composites Pani/BaFe12O19. En fait, dans ces composites les interactions à la surface des particules de ferrite avec les chaînes de Pani empêchent la mobilité des dipôles contribuant ainsi à la diminution de la polarisation totale du matériau menant à la réduction de 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2 4 6 8 10 12 ‘ Frequency (GHz) PABPNS 10ABNS 30ABNS 50ABNS 70ABNS 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 -2 0 2 4  » Frequency (GHz) PABPNS 10ABPNS 30ABPNS 50ABPNS 50ABPNS 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2 4 6 8 10 12 ‘ Frequency (GHz) PABPMG 10ABPMG 30ABPMG 50ABPMG 70ABPMG 2 4 6 8 10 12 14 16 18 -2 0 2 4  » Frequency (GHz) PABPMG 10ABPMG 30ABPMG 50ABPMG 70ABPMG e) f) g) h) Chapitre 5 : Évaluation des performances d’absorption des ondes électromagnétiques en hyperfréquences (1 GHz – 18 GHz) des composites Pani/hexaferrites de baryum Thèse de doctorat– Tayssir Ben Ghzaiel FST-ENS Cachan 188 ε׳. Par ailleurs, la diminution des valeurs de la permittivité réelle est présente pour tous les échantillons en augmentant la fréquence du champ appliqué. Ceci peut s’expliquer par la difficulté des dipôles à s’orienter assez rapidement et à suivre la fréquence du champ électrique appliqué [5]. Nous remarquons aussi une diminution de la constante diélectrique quand la fraction volumique des ferrites augmente. En effet, ε׳ mesurée à 0,2 MHz diminue de 8 à 6 en variant la quantité d’hexaferrite de 10 à 70 % quel que soit la méthode de synthèse adoptée (Tableau V. 1). Les valeurs de ε׳) à basses fréquences) des composites obtenus par voie aqueuse sont plus élevées par rapport aux autres voies Un comportement similaire a été obtenu par Liu et al [6] qui est dû aux degrés de dopage et d’oxydation plus élevés.