Présentation
L’ équipe HIPE développe et exploite de nombreux appareils de mesures
en hyperfréquences. Ces appareillages permettent de réaliser
des mesures :
- d’éléments actifs : antennes, SER, ...
- d’éléments passifs :
diffraction, caractérisation diélectrique
Ces mesures sont fortement liées à la géométrie
du montage employé. C’est dans cette optique que nous avons mis au point
plusieurs systèmes afin de pouvoir répondre à des thématiques de recherches variées. Dans chaque conception, nous avons essayé de rester le plus versatile possible afin de pouvoir évoluer
rapidement vers une problématique nouvelle. Nous disposons à
l’heure actuelle de quatre protocoles de mesure différents :
- une grande chambre anéchoique à géométrie de mesure sphérique,
- une petite chambre anéchoique à
géométrie de mesure plane, - une cavité métallique à
section circulaire multiplexée, - des cellules coaxiales cylindriques.
Grande chambre anéchoique
La grande chambre anéchoique à laquelle a accès
l’Institut Fresnel se situe au sein du Centre Commun de Ressources Microondes
(CCRM).
Elle consiste en une grande chambre faradisée de 14.50 m de long,
6.50 m de large, et 6.50 m de haut. Sa modélisation
électromagnétique est donc simple car elle est directement comparable
à une configuration en espace libre. Sa spécificité
réside dans une arche semi-circulaire sur laquelle sont montés
deux wagons servant à positionner des antennes. Elle permet de faire des mesures de
- surface équivalente radar,
- diagrammes de diffraction sphérique,
- mesures sphériques
d’antennes en champ proche et lointain.
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| Grande chambre anéchoique |
De nombreuses configurations expérimentales peuvent être
étudiées grâce à cinq positionneurs mécaniques.
Le premier permet d’ajuster l’orientation de l’objet sous test
qui est placée au centre du dispositif sur un mat en polystyrene.
Le second postionneur contrôle le bras mécanique sur lequel
est positionné une antenne, ce bras bougeant dans un plan horizontal
radialement autour du mat. Les troisième et quatrième
positionneurs servent à déplacer les antennes qui sont
fixées sur les deux wagons de l’arche. Le bras azimuthal et l’arche
ont un rayon de 2 m. Finalement, le cinquième positionneur, placé
à 10.5 m de l’objet sert pour les mesures de SER.
La gamme de fréquence varie entre 700 MHz et 26 GHz. Toutes les
mesures sont effectuées à l’aide d’un analyseur de réseau
(HP 8510C) avec une chaîne de mesure (HP 8530) utilisée
en mode multi-sources grâce à deux synthétiseurs et deux
mixeurs externes. Tous les mouvements mécaniques et la chaîne
d’acqusition sont contrôlés et synchronisés par
un PC et un code en C++.
Cette chambre a servi en particulier pour les mesures de diffraction nécessaires à la constitution des bases de données pour les problèmes inverses pour des objets bidimensionnels et tridimensionnelles. Elle
sert actuellement à mesurer la diffraction par des particules de suie
(ANR SOOT).
Petite chambre anéchoique
En liaison
étroite avec les études menées dans la grande chambre
anéchoique,
nous développons un nouveau dispositif de mesures polyvalent. Il
est
constitué d’une enceinte anéchoique (un cube d’environ 3m
de côté), de positionneurs d’antennes (exploration du plan
horizontal avec une excursion de 2.50 m x 2.50 m et des rotations pour
l’orientation des antennes), et d’un analyseur de réseau qui
peut monter jusqu’à 40 GHz.
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| Chambre anéchoique plane |
Cette
configuration permet ainsi de se rapprocher d’une configuration in-situ,
où les antennes sont positionnées dans l’air au dessus
de la zone d’investigation. Nous pourrons ainsi tester
différentes
antennes et dégager la ou les configurations
expérimentales optimales pour le contrôle de
l’écoulement de l’eau dans le sol (ANR CESAR). Elle servira
également pour des configurations de détection et
caractérisation d’objets enfouis ou de la caractérisation
d’antennes en champ très proche.
Cette chambre a été construite grâce à des financements obtenus
auprès de l’Université de Provence, l’Université
Paul Cézanne, le CNRS, la Ville de Marseille, le Conseil
Régional 13 et le Conseil Général
Provence-Alpes-Côte-d’Azur.
Le scanner circulaire
Le dispositif
dont nous disposons est composé d’un réseau
de 64 antennes biconiques rayonnant dans l’eau à 434 MHz. Il est
associé à un multiplexeur/démultiplexeur qui
permet de
sélectionner n’importe quel couple d’antennes
émetteur/récepteur et qui peut travailler jusqu’à
2 GHz. Ces antennes sont placées sur une
couronne dans un cylindre métallique de 60 cm de
diamètre, dont la présence permet de modéliser
les réflexions plutôt que de subir des réflexions
parasites dues à l’entourage du scanner et forcément
présentes
vu la faible atténuation des ondes dans l’eau à cette
fréquence. Les différents coefficients de transmission
entre
tous les couples d’antennes sont mesurés à l’aide d’un
analyseur de réseaux synchronisé avec le multiplexeur
à l’aide d’un PC. L’ensemble des coefficients de transmission
(mesurés en environ une minute) est ensuite utilisé comme
données d’entrée des algorithmes d’inversion.
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| Scanner circulaire |
Comme on peut le
voir sur la figure ci-dessus, une zone utile
expérimentale de 56 cm de diamètre est disponible
à l’intérieur du scanner circulaire. On pourra donc
placer au
coeur du dispositif un réservoir cylindrique comprenant
plusieurs milieux reconstitués.
Ce dispositif a
d’abord été développé au Laboratoire des Signaux et Systèmes
pour des applications biomédicales et a été
transféré à l’Institut Fresnel en 2002 suite
à la mutation de Jean-Michel Geffrin, Ingénieur de
Recherches CNRS. Il est maintenant exploité dans le cadre du projet
ANR CESAR.
Moyen de mesures de caractéristiques électromagnétiques de matériaux : EpsiMu
Nous développons également des moyens de mesures de
permittivités et perméabilité de matériaux
à la fois de type solide ou granulaires. Ces mesures sont effectuées à de cellules coaxiales dans lesquelles un échantillon
est placé. Grâce à la mesure des coefficients de
réflexion et transmission à l’intérieur du guide d’onde,
et grâce à une bonne connaissance de la géométrie
de l’appareil, nous pouvons remonter aux caractéristiques
diélectriques intrinsèques des matériaux sur une
large bande de fréquence entre 1 GHz et 18 GHz.
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| Deux cellulesEpsiMu |
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