Les activités de recherche au sein du groupe MITEC se déclinent en plusieurs thèmes:
Mesure de la permittivité diélectrique complexe de matériaux.
La connaissance des propriétés électromagnétiques des matériaux est nécessaire dans de nombreux domaines d’applications. Le groupe MITEC développe des techniques de caractérisation adaptées à un large éventail de matériaux (solides, liquides, en couches minces, bio-sourcés….). Quelques exemples d’illustration sont donnés ci-dessous.
Mesure par guide d’onde
Dans le domaine des longueurs d’ondes centimétriques et millimétriques, il existe de nombreuses méthodes de caractérisation de matériaux diélectriques. Celles-ci se distinguent par différents paramètres tels que la fréquence de mesure, les dimensions et la nature de l’échantillon (solide, liquide, gazeux), le niveau des pertes diélectriques de l’échantillon, le caractère destructif ou non destructif de la technique de mesure, l’aspect contact ou sans contact de la mesure et la plage de température. La technique du guide fendu est une des méthodes que nous exploitons. La permittivité est alors extraite à partir des paramètres S mesurés en transmission et en réflexion à l’aide d’un modèle d’inversion. Des études en simulation qui utilisent le logiciel HFSS sont également menées en support.
Exemple de caractérisation dans la bande 8-12 GHz & Simulation HFSS
Comparaison théorie/expérience pour S21 pour un guide d’ondes fonctionnant en bande X et une fente de 2.6 mm Comparaison effectuée pour un échantillon de téflon (142mm x 32mm x 0.5mm).
Mesure par lignes coplanaires
Pour cette méthode, les grandeurs mesurées sont les paramètres de la matrice [S] de lignes CPW. Ces mesures sont effectuées à l’aide d’un analyseur vectoriel, connecté à une station de mesure sous pointes. Les mesures des paramètres [S] nous permettent de calculer ensuite la constante de propagation complexe γ = α +jβ pour les lignes réalisées, où α est la constante d’atténuation (Np/m) et β la constante de phase (Rad/m). Le calcul de γ nécessite la mesure des paramètres [S] pour deux lignes de transmission de même dimensions transversales (donc de même impédance caractéristique) mais de longueur différente.
Exemple: Caractérisation diélectrique du laurate de cellulose.
Synoptique de la méthode, exemple de lignes réalisées, mesures sous pointes
Résulats obtenus pour le laurate de cellulose
Mesure de la conductivité thermique de matériaux.
La méthode 3ω, apparue dans les années 90, est une méthode électro-thermique permettant la mesure de la conductivité thermique de substrats ou de films minces déposés sur des substrats. Un élément thermo-résistif métallique est déposé sur la surface de l’échantillon et un courant harmonique (ω) est appliqué. L’effet Joule, en I² induit une élévation locale de la température de l’élément métallique à la fréquence 2ω.
La résistivité du métal utilisé étant liée à la température (coefficient a de l’ordre de 10-3K-1), la tension mesurée contient une composante modulée à la fréquence 3ω. Cette composante, amplifiée et mesurée par une détection synchrone permet de déterminer l’élévation de température de cet élément, qui est inversement proportionnelle à la conductivité thermique du substrat.
- Pour réaliser un banc de mesure 3-Oméga, il est nécessaire d’assembler différents éléments tels qu’un amplificateur à détection synchrone, des micro-positionneurs, un micro-ohmmètre, un générateur de courant. Une carte d’acquisition à base d’amplificateurs différentiels a aussi été fabriquée. Cette dernière réalise le prélèvement des signaux présents sur la ligne métallique et les envoie aux entrées de l’amplificateur à détection synchrone.
- Les valeurs de conductivités thermiques sont obtenues par des méthodes de simulation inverses développées sur MATLAB© (méthodes analytiques) ou sur COMSOL© (méthodes numériques).
Exemple d’oscillations de températures obtenues pour une ligne déposée sur un polymère biosourcé.
Dispositifs RF sur substrats flexibles.
De nombreuses applications se développent autour des communications sans fil, en particulier pour l’IoT. Aussi, il est nécessaire de développer des solutions capables de s’adapter à de nouvelles contraintes, telles que la flexibilité ou encore la frugalité énergétique. Le groupe MITEC développe des dispositifs sur substrat flexibles en réponse à cette problématique. De plus une attention particulière est apportée au développement de dispositifs à faibles impacts environnementaux.
Réalisation d’un filtre passe-bande flexible à 2.45 GHz sur laurate de cellulose
Réalisation d’une antenne bi-bande flexible sur laurate de cellulose pour des applications WBAN.
Réalisation d’une rectenna sur laurate de cellulose
