Brevet FR2808885A1 — publié le 20011116

Dispositif de visualisation et de mesure d'un champ électromagnétique L'invention concerne un dispositif pour la visualisation et la mesure des champs électromagnétiques. En électrothermie micro-ondes, il est important de contrôler l'amplitude des champs électromagnétiques dans les applicateurs micro-ondes, pour rechercher les points chauds et viser l'homogénéisation de la puissance dissipée ; il est également essentiel de pouvoir détecter les fuites électromagnétiques dans l'environnement de ces applicateurs. D'autre part, la répartition des champs électromagnétiques rayonnés en champ proche est également importante au voisinage de maquettes d'essais, en particulier d'antennes de télécommunications, pour l'analyse et l'optimisation de ces systèmes. De tels dispositifs de cartographie sont enfin utilisables comme supports d'enseignements pour visualiser les champs électromagnétiques transmis et rayonnés par les dispositifs hyperfréquences et réfléchis ou diffractés par les objets. On connaît classiquement des dispositifs de ce domaine, tels qu'en particulier l'utilisation de cristaux liquides posés sur un support dissipatif. De façon connue, ces appareils présentent tous l'inconvenient de ne pas permettre une visualisation des trois composantes champs électromagnétiques dans les trois dimensions de l'espace, et présenter un temps de rémanence notable pour la réponse (perturbation des champs faibles altération aux champs forts). L'invention vise quant-à-elle un dispositif miniaturisé, commode et bon marché, permettant de résoudre les problèmes précités. L'invention propose à cet effet un dispositif de visualisation et de mesure d'une composante spatiale d'un champ électromagnétique, caractérisé en ce 'il comporte au moins un micro-dipôle électrique ou une micro-boucle magnetique, ainsi qu'un redresseur-doubleur de tension qui alimente une diode électroluminescente. On comprend que cette disposition permet une mise en oeuvre avantageuse de l'invention, à un coût de fabrication réduit, sous forme de microcircuit microélectronique. La description et les dessins d'un mode préféré de réalisation de l'invention, donnés ci-après, permettront de mieux comprendre les buts et avantages de l'invention. II est clair que cette description est donnée à titre d'exemple, et n'a pas de caractère limitatif. Dans les dessins - la figure 1-A représente un dispositif de visualisation et de mesure d'une composante spatiale d'un champ magnétique, - la figure 1-B représente un dispositif de visualisation et de mesure d'une composante spatiale d'un champ électrique, - la figure 2-A représente un dispositif pour la visualisation et mesure du champ magnétique résultant, - la figure 2-B représente un dispositif pour la visualisation et mesure champ électrique résultant, - la figure 3-A représente un dispositif de visualisation et mesure d'une composante spatiale d'un champ magnétique de faible intensite, - la figure 3-B représente un dispositif de visualisation et mesure d'une composante spatiale d'un champ électrique de faible intensité, - la figure 4-A représente un montage matriciel des dispositifs précédents dans un plan pour la cartographie de champs électromagnétiques, - la figure 4-B représente un montage des dispositifs précédents sur un disque rotatif dans un plan pour la cartographie de champs électromagnétiques. Comme on le voit sur les figures 1-A et 1-B, un dispositif selon l'invention comporte soit une micro-boucle magnétique, deux diodes Schottky (D1, et une diode électroluminescente D3 pour la visualisation et la mesure d'une composante spatiale d'un champ magnétique, soit un micro-dipôle électrique, deux diodes Schottky (D1, D2) et une diode électroluminescente D3 pour visualisation et la mesure d'une composante spatiale d'un champ électrique. II est clair pour l'homme de l'art que trois micro-antennes (magnétiques ou électriques), réalisées selon les schémas présentés sur les figures 1- ou 1B et disposées dans des plans orthogonaux, fournissent un dispositif visualisation et de mesure simultanée des trois composantes spatiales champ magnétique ou électrique ; chaque micro-antenne possède alors son circuit électromagnétique indépendant, assorti trois diodes. D'autre part, le schéma de la figure 2-A illustre un dispositif destiné à la visualisation et à la mesure du champ magnétique total constitué de trois micro- boucles magnétiques orthogonales mises en série avec leur circuit électromagnétique associé selon l'invention ; selon la figure 2-B, peut de même associer trois micro-dipôles électriques orthogonaux en parallèle avec leur circuit électromagnétique selon l'invention pour la visualisation et mesure du champ électrique résultant. Le mode général de fonctionnement des dispositifs selon l'invention est le suivant : à partir d'un micro-dipôle électrique ou d'une micro-boucle magnétique, un redresseur-doubleur de tension alimente diode électroluminescente ; l'ensemble des trois jonctions s'autoprotègent en présence champs forts (typiquement de quelques 100 Vlm à quelques kVlm). champs électriques et magnétiques sont transformés en signaux optiques d'amplitudes et de couleurs variables dont l'observation et la mesure sont faciles. On comprend que l'invention permet de détecter simultanément les trois composantes spatiales des champs électriques et magnétiques, d'effectuer leur mesure ainsi que celle des champs totaux correspondants en temps réel avec une faible perturbation, et d'être adaptée aussi bien à la mesure de champs faibles qu'à celle de champs forts. Elle s'applique en particulier aux domaines de l'électrothermie micro- ondes, des télécommunications et des supports d'enseignement en physique. De nombreuses variantes peuvent être considérées en fonction des circonstances d'utilisation, tant en ce qui concerne l'amplitude des champs à détecter le mode de visualisation ou de mesure souhaité. Pour la détection d'une composante spatiale d'un champ magnétique (figure 3 ou électrique (figure 3-B) de faible intensité, principe est de prépolariser la diode D1 ; pour cela, le circuit électronique associé à l'antenne (micro-boucle magnétique ou micro-dipôle électrique) est muni d'une cellule photovoltaïque micro-miniaturisée, excitée par une source extérieure au moyen d'une fibre optique, ou par un éclairage ambiant dans le spectre infrarouge. Pour la détection du champ magnétique ou électrique total, dispositifs sont associés comme exposé précédemment. La détection directe de l'amplitude d'un champ electromagnétique peut être réalisée par l'observation, au moyen de l'oeil, des signaux optiques émis par l'un des dispositifs précédents. Pour les dispositifs de visualisation du champ magnétique ou électrique résultant, la différentiation entre les composantes spatiales de ces champs est obtenue par la diversité des couleurs émises, donc par le choix des diodes électroluminescentes. Il est possible de mesurer également les champs à distance par l'adjonction de fibres optiques et de diodes réceptrices aux dispositifs selon l'invention. Enfin, ces dispositifs peuvent être montés soit matriciellement dans un plan (figure 4- A), soit sur disque rotatif plan dont le mouvement est assuré par un jet d'air ou par un moteur électrique extérieur couplé au disque par un axe isolant (figure 4-B), pour obtenir une cartographie des champs électromagnétiques ; l'image est détectée l'oeil ou par une caméra, suivie par un système de traitement numérique du signal. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails des formes de réalisation ci-dessus considérées à titre d'exemple, mais s'étend au contraire aux modifications à la portée de l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation et de mesure d'une composante spatiale d'un champ électromagnétique, caractérisé en ce comporte au moins un micro-dipôle électrique ou une micro-boucle magnetique, ainsi qu'un redresseur-doubleur de tension qui alimente une diode électroluminescente. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé ce qu'il comporte au moins trois micro-boucles magnétiques placées en série dans trois plans orthogonaux, ainsi qu'un redresseur-doubleur de tension alimente une diode électroluminescente, pour la visualisation et la mesure du champ magnétique résultant. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en qu'il comporte au moins trois micro-dipôles électriques placés en parallèle dans trois plans orthogonaux, ainsi qu'un redresseur-doubleur de tension qui alimente une diode électroluminescente, pour la visualisation et la mesure du champ électrique résultant. 4. Dispositifs selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisés en ce que l'on leur adjoint une ou des cellules photovoltaïques micro-miniaturisées, excitées par une source extérieure au moyen d'une fibre optique ou par un eclairage ambiant dans le spectre infrarouge, pour la visualisation et la mesure champs électromagnétiques de faible intensité. 5. Dispositifs selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisés en ce que la cartographie des champs électromagnétiques est réalisée par le montage matriciel de tels dispositifs dans un plan. 6. Dispositifs selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisés en ce que la cartographie des champs électromagnétiques est réalisée par le montage de tels dispositifs sur un disque rotatif dont le mouvement est assuré par un jet d'air ou par un moteur électrique extérieur couplé au disque par un axe isolant.