RF/hyperfréquences : caractérisation

Les interventions de caractérisation en RF/Hyper requièrent des moyens instrumentaux sophistiqués, onéreux, délicats à mettre en œuvre, et les méthodes d'exploitation et d'interprétation des résultats requièrent des compétences spécifiques; bref : un ensemble de ressources difficile à s'approprier et/ou dont on peut rarement justifier l'investissement pour des besoins ponctuels.

L'originalité des interventions Phyapp en caractérisation repose essentiellement sur sa base scientifique : le laboratoire IMEP-LAHC, ses experts, ses moyens techniques rares et au "top" de l'art, pour des prestations sans égales connues, à ce jour.

PhyApp innove en permanence, en termes de moyens de caractérisation : cellules et véhicules de tests, méthodes de mesurages, méthodes d'extraction des paramètres physiques ou comportementaux... pour répondre au mieux aux différents cas, souvent atypiques, pour lesquels il n'existe pas de moyens ou méthodes classiques.

Quand des besoins de constitution de d'adaptateurs et/ou de véhicules de test se manifestent, quand les contraintes de tests sont d'ordre climatiques, cryogéniques, vibrations, pression..., quand le raccord avec les caractérisations basses fréquences (électrostatique, magnétostatique) sont demandées, d'autres compétences Phyapp s'associent pour une prestation globale et cohérente.

Une intervention de caractérisation en RF/Hyper peut participer à plusieurs types de prestations.

Les exemples détaillés ci-dessous sont relatifs à des prestations précédemment effectuées, en cours d'évaluation ou typiques :

 

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Antennes

Prestations Commentaires

Recherche et qualification de solutions pour la distribution d'énergie hyperfréquences par transitions guide - ligne coaxiale parcourues par l'eau de refroidissement des charges.

Modélisation théorique, vérification par l'expérimentation.

Établissement des lois de dépendance des paramètres géométriques des structures et des paramètres électriques des matériaux.

Fréquence : 2,45GHz
Puissance : 1200W
Guides et transitions spécifiques
Analyseur Agilent 8510 (VNA)

Essais comparatifs d'antennes Bluetooth pour l'extension des conditions environnementales de bornes communicantes.

Expertise électromagnétique du contexte.

Constitution d'un banc de tests spécifique.

Modélisation, établissement d'un guide de choix.

Panneaux absorbants
Analyseur de spectre
Antennes cornet "Vivaldi"
Positionneur spécifique, en élévation et azimut

Prototypage et caractérisation d'antennes hyperfréquences imprimées :

Expertise électromagnétique des contextes.

Choix des solutions les plus adaptées aux contextes, conception, assistance à l'intégration aux applications cibles.

Antennes simples: Patch, Doublet, PIFA...

Réseaux d'antennes imprimées

Mesures de bandes passantes, ROS, gains, facteurs d'antenne, diagrammes de rayonnement...

Fréquences : 0,5 à 10GHz
Modélisation électromagnétique
Paramètres S
Chambre anéchoïde 5m x 7m
Générateur de modulation SMIQ6
Analyseur de spectre avec démodulation numérique FSIQ26
Les demandes portent de plus en plus sur des objets communicants. Les techniques de radiocommunication actuellement disponibles permettent des réductions de coûts en optant pour des solutions hyperfréquences.
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Habitacle

Prestations Commentaires

Recherche de principes physiques et de solutions techniques pour le développement d'un dispositif de mesure du taux de remplissage de conteneurs de matières non-conductrices.

Expertise et caractérisation électromagnétique du conteneur.

Étude comparative de solutions RF / hyperfréquences, optoélectroniques ou mécaniques.

Préconisations techniques en tenant compte du contexte d'utilisation, en particulier l'immunité au vandalisme.

Analyseur Agilent 8720 (VNA)
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Matériaux de la microélectronique

Prestations Commentaires

Constitution d'un dispositif de caractérisation en RF/hyperfréquences.

Taille des échantillons (pastilles) dans des matériaux cristallins (SOI, SiC...).

Établissement des modèles mathématiques.

Mise au point des méthodes d'extraction de la permittivité et de la perméabilité complexes.

Fréquence : 0,25 - 20GHz
Analyseur Agilent 8510 (VNA)
Pastillage Ø4 x 0,5mm par perceuse à ultrasons
Véhicule de tests spécifique
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Céramiques, ferrites, polymères, résines ...

Prestations Commentaires

Mesurages et modélisation de la conductivité et de la permittivité complexe de plaques d'époxy chargées ou non de fibres conductrices et anisotropes.

Adaptation des modèles existants de propagation sous ligne planaires au contexte particulier.

Adaptation d'un véhicule de test et des procédures d'épluchage / extraction au cas particulier.

Détermination des modèles de Cole-Cole.

Fréquences : de 3MHz à 20GHz
Analyseur vectoriel Agilent 8753D (VNA)
Analyseur vectoriel Agilent 8510C (VNA)

Mesurages et modélisation de la conductivité et de la permittivité complexe d'élastomères chargées de particules conductrices.

Constitution d'un outil de découpe adapté aux matériaux pour l'obtention de perles à empiler en cellule coaxiale.

Détermination des modèles de Cole-Cole.

Fréquences : de 3MHz à 20GHz
Analyseur vectoriel Agilent 8753D (VNA)
Analyseur vectoriel Agilent 8510C (VNA)

Mesurages et modélisation du module de la permittivité et de l'angle de pertes globales sur tissus enduits et sur vernis.

Constitution d'électrodes liquides (mercure, saumure) adaptées aux faibles épaisseurs de matériaux.

Constitution d'une platine de test à micromanipulateurs pour assurer le positionnement et la géométrie des électrodes liquides avec précision.

Validation des mesures par application des relations de Kramers-Kronig.

Fréquences : de 100Hz à 100MHz
Impédancemètre Agilent 4294A avec sonde coaxiale 42941A

Impédancemétrie sur ferrites, pour l'extraction de la perméabilité complexe et la permittivité complexe.

Fréquences : de 100Hz à 10MHz
Impédancemètre Agilent 4294A
Métallisations spécifiquement conçues pour chaque type de mesurages

Qualification, en fonction de la fréquence, des diélectriques utilisés en électronique et microélectronique, des résines de moulage, des plastiques et matériaux divers...

Permittivité relative complexe εr

Perméabilité relative complexe μr

Angle de pertes électriques tan δ

Constitution de véhicules de test spécifiques, pour matériaux liquides/poudres, sur conducteurs imprimés, matériaux solides ou mous, sur tranches...

Fréquence : 0 à 20GHz
εr à ± 5%
μr à ± 5%
tan δ > 10-3
Puissances < 15dBm
Une étape incontournable, quand les phénomènes de propagation entrent en ligne de compte, quand les méthodes statiques/BF deviennent inutilisables (typ. au dessus de 10MHz).
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Fluides : liquides, gels, pâtes ...

Prestations Commentaires

Mesurages et modélisation de la conductivité et de la permittivité complexe de graisses chargées de particules conductrices.

Essais en large gamme de températures.

Utilisation des relations de Kramers-Kronig pour l'obtention de modèles analytiques fiables et exploitables.

Fréquences : de 1kHz à 10GHz
Impédancemètre Agilent 4294A avec sonde coaxiale 42941A
Analyseur vectoriel Agilent 8753D (VNA)
Analyseur vectoriel Agilent 8510C (VNA)
Cellules coaxiales permettant l'expansion due à la dilatation thermique
Enceinte climatique Vötsch 7018 (-72°C - 180°C)

Mesurages et modélisation de la conductivité et de la permittivité complexe de liquides ioniques, de diverses solutions aqueuses...

Modélisations de types Cole-Cole ou Havriliak-Negami.


Fréquences : de 100Hz à 100MHz
Impédancemètre Agilent 4294A avec sonde coaxiale 42941A
Conductimètre constitué d'un électromètre Keithley K236 et d'une cellule spécialement adaptée aux fluides ioniques.
Méthodes de mesurages et d'extraction permettant d'éliminer la contribution des polarisations d'électrodes.
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Matériaux du bâtiment

Prestations Commentaires

Mesurage de l'efficacité de blindage, selon IEEE 299, de peintures conductrices appliquées sur plaques de plâtre.

Comparaison des mesures rendues à celles sous cellule coaxiale, sur éprouvettes à support polyuréthane.

Mesurages complémentaires des efficacités de blindage, électrique et magnétique, à 50Hz.

Fréquences : de 100MHz à 6GHz
Chambre anéchoïde avec cloison médiane porte-éprouvette
Antennes : biconiques et cornets "Vivaldi"
Surface des éprouvettes : 3m x 4,8m
En basses fréquences :
  • étalons de champs, électrique et magnétique, développés en interne
  • sonde Narda EHP50C

Mesurage de l'indice d'affaiblissement électromagnétique de voiles, tissus... chargés de métaux, en champs diffus.

Comparaison des mesures à celles rendues sous incidence normale d'ondes TEM.

Fréquences : de 400MHz à 20GHz
Chambres réverbérantes couplées de 58,3m3 et de 51,8m3
Analyseur vectoriel WILTRON 360B + 3610A + 68147A
Antennes spécifiques développées en interne
Chambre anéchoïde de 105m3
Antennes large bande "Vivaldi"

Cette technique permet de déterminer macroscopiquement les propriétés d'atténuation, toutes polarisations et tous angles d'incidences confondus.
Les mesures de la conductivité, de la permittivité et de la perméabilité moyennes ne permettent pas d'élaborer des modèles fiables, dans le cas de matériaux inhomogènes et/ou fortement ajourés.

Caractérisation RF/hyperfréquences de matériaux destinés à l'habillage d'antennes radio (GSM, WiFi, Bluetooth, UMTS…).

Mise en œuvre de moyens de mesures adaptés à la nature et à la dimension des échantillons.

Mise au point des méthodes d'extraction des paramètres macroscopiques d'atténuation.

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Composants et dispositifs

Prestations Commentaires

Constitution en laboratoire de moyens de mesures du facteur de bruit de composants encapsulés ou sur tranche.

Établissement des méthodes d'exploitation.

Accompagnement à la constitution d'un banc à usage industriel.

Analyseur vectoriel de réseaux
Analyseur de spectres
Tuner programmable FOCUS

Caractérisation de dispositifs différentiels ou multiport :

Caractérisation d'amplificateurs, filtres, mélangeurs ("mixers"), transformateurs... en accès différentiel.

Raccordement métrologique ("calibrage") en différentiel.

Mise en œuvre d'analyseurs vectoriels (VNA)

Calcul / extraction des paramètres.

Paramètres S en différentiel.

Taux de réjection de mode commun.

Matrices de transfert entre modes commun et différentiel.

Analyseur vectoriel de réseaux
Méthode spécifique
L'avantage principal de la méthode proposée réside dans l'absence d'adaptateurs physiques ("baluns"), au profit de l'extraction, par calcul, des paramètres différentiels : la gamme de fréquence est uniquement limitée à celle des analyseurs.
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