Brevet FR2263524A1 — publié le 19751003

D'invention a pour objet un dispositif - - - - permettant de mesurer bs constans diélectriqu complexes des solides dans une large gamme de fréquences allant par exemple de O à quelques gigahertz. Les procédés connus font usage de cavités résonantes. Ges cavités ont des bandes passantes très étroites, ce qui interdit de les utiliser dans un large domaine de fréquences. la présente invention a pour objet un dispositif et un procédé permettant de mesurer la constante diélectrique complexe d'un corps simultanément dans une gamme de fréquences allant de 0 à plusieurs gigahertz. le dispositif de mesure de constante diélectrique selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte deux lignes de transmission identiques comportant un diélectrique dont la constante diélectrique est connue, l'une étant dite "ligne de référence", ltautre étant dite "ligne de mesure" ; la ligne de référence étant continue, la deuxième interrompue sur une partie de sa longueur, le diélectrique à étudier étant inséré dans cette partie, un circuit générateur d'une impulsion de forme, de durée et d'amplitude bien déterminéDs étant relié aux deux lignes, un oscilloscope à échantillonnage étant connecté è la sortie des deux lignes, ledit oscilloscope permettant d'enregistrer les données nécessaires pour le calcul de la constante diélectrique de 1' échantillon. 11 invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après en se référant aux dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique de l'appareil de mesure selon 11 invention - la figure 2 est un schéma du porte-échantillon du dispo sitif selon l'invention ; - la figure 3 représente en perspective un détail de la figure 2 - la figure 4 est un ensemble de courbes explicatives - la figure 5 est une variante du dispositif selon l'inven tion. Sur la figure 1, un générateur d'impulsions 1 est connecté d1une part à l'entrée d'un oscilloscope 2 à échantillonnage, dont il déclenche le balayage. il est connecté d'autre part à un dispositif de mise en forme 3. Celui-ci est connecté à un circuit 4 comportant une diode Tunnel. Celle-ci, en réponse à l'impulsion, émet à sa sortie, comme connu, un signal en marche d'escalier. Ce signal est appliqué au porte-échantillons du corps à étudier et comportant un circuit différentiateur qui permet d'appliquer à l'échantillon lui-même une impulsion de forme gaussiènne. Cette impulsion est reçue par le système de déflexion verticale de ltoscilloscope à échantillonnage. Le phénomène étant répétitif, si la fréquence d'échantillonnage est choisie convenablement, l'écran de ltoscilloscope permet de conserver l'image de cette impulsion. Le porte-échantillon est représenté figure 2. il comporte un substrat 10 parallélépipédique par exemple d'alumine, métallisé sur sa face inférieure qui forme -le plan de masse. Sur l'autre face est disposé d'une part un premier ruban métallique 11, interrompu sur une distance de l'ordre de 10 microns dans la région 12-. L'ensemble de la ligne a une longueur de l'ordre de 4 cm. La largeur du ruban est de l'ordre de 0,6 mm. L'épaisseur du porte-échantillon est de l'ordre de 0,6 mm. La ligne 11 a ainsi une impédance caractéristique de l'ordre de 50 ohms. Sur le porte-échantillon est déposée une seconde ligne parallèle à la première. La largeur du ruban est la même. Elle est également interrompue de la même manière face à la région 12 dans la région 14. Les deux longueurs de ligne situées en amont des interruptions 12 et 14 sont identiques, de même que les largeurs des rubans il et 13. Le substrat est creusé sur le tracé de la ligne 13, qui est ainsi interrompue en aval de la région 14, dans la région 15. Pins le logement ainsi formé est placé le parallé lépipède 16 représenté figure 3.Ce parallélépipède est fait du matériau diélectrique dont on veut connaître la constante diélec trique complexe, ctest-à-dire en fait la constante diélectrique et la conductivité dans une large gamme de fréquences Cet échantillon est métallisé sur sa face inférieure et porte sur sa face supérieure un ruban 17 qui vient se raccorder à ses deux extrémités à la ligne 13t Ce ruban a une largeur calculée de façon à ce que l'impédance caractéristique du tronçon de ligne ne soit pas trop différente de 50 ohms. Tltensemble représenté sur les figures 2 et 3 constitue le porte-échantillon de la figure 1. le fonctionnement de l'ensemble est le suivant Pans un premier temps, la ligne 12 est mise en circuit, c'est à-dire qu'elle reçoit la tension en marche d'escalier (figure 4a) de la diode Tunnel. Cette tension par dérivation dans la région 12, donne à la sortie de la ligne, la tension en forme de courbe en cloche. Cette impulsion a une fréquence de récurrence imposée par le générateur de déclenchement. L'oscilloscope à échantillonnage en fait en quelque sorte la stroboscopie. Par un choix convenable de la fréquence d'échantillonnage, une impulsion A à très basse fréquence apparat sur l'écran Fig. 4b. Sur l'écran, on obtient ainsi toutes les caractéristiques du signal transmis en particulier sa phase par rapport au signal de déclenchement et son amplitude. Dans un deuxième temps, la ligne 13 est mise en circuit. les mimes opérations sont pratiquées, et une nouvelle impulsion appas rattra sur l'écran de l'oscilloscope. Cette impulsion B ura une amplitude et une phase différentes de la précédente. les signaux de sortie de l'oscilloscope seront transmis à un calculateur qui en effectuera les transformations de Fourrier. rar un calcul approprié, il sera possible alors d'avoir la constante diélectrique complexe du corps à étudier.- Pans l'exemple de réalisation non limitatif qui vient d'être décrit, la mesure a été faite dans la gamme 0-20 Hz pour l'oxyde de vanadium. il est bien évident que les méthodes faisant usage de cavités résonnantes seraient incapables d'obtenir le même résultat. Des variantes peuvent être apportées au dispositif qui vient a tetre décrit. Figure 5 les deux lignes sont reliées en parallèle par deux coupleurs 19 et 18 l'un placé à ltentrée, l'autre à la sortie du dispositif porte-échantillon. les deux impulsions sont donc analysées simultanément par lroscilloscope à échantillonnage, ce qui peut dans certains cas être un avantage. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure des constantesdiélectriques complexe de corps solides dans une grande gamme de fréquences, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'impulsions, un oscilloscope à échantillonnage déclenché par ledit générateur d'impulsions, un milieu fait dudit matériau pour permettre la propagation des impulsions vers ledit oscilloscope, et une sortie basse fréquence dans ledit oscilloscope pour effectuer l'analyse desdites impulsions. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit milieu de propagation est une ligne microbande intégrée sur un substrat dont une partie est faite dudit matériau. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que à ladite ligne microbande est associée une seconde ligne microbande intégrée sur le meme substrat, ledit substrat étant fait d'un matériau dont les paramètres physiques sont connus, les deux lignes ayant la même longueur et la même impédance caractéristique et étant parallèles l'une à l'autre, un logement étant prévu sur la première ligne pour y introduire une portion de ligne microbande dont le matériau est le matériau à étudier. 4. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le générateur d'impulsions comprend une diode Tunnel, et sur les deux lignes des moyens différentiateurs permettant d'obtenir du signal de la diode Tunnel une impulsion gBussiènne. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens différentiateurs comportent deux interruptions se faisant face sur les deux lignes.