R EALISATION DE CARTOGRAPHIES EN HAUTE FREQUENCE

Les études précédentes ont montré que la fréquence de fonctionnement de la sonde Hz1 ne pouvait excéder 4 𝐺𝐻𝑧. En effet, au-delà, la composante 𝐸_𝑧 captée par la sonde n’est plus négligeable. Nous présentons dans les parties suivantes quelques variantes de cette sonde permettant la réalisation de cartographies à des fréquences plus élevées.

La première solution mentionnée dans la présentation des sondes pour limiter l’influence du champ électrique est le blindage. Ce blindage est cependant difficile à réaliser pour des boucles de petit diamètre en technologie coaxiale. Cependant, même avec une technologie coaxiale il est possible de réaliser des cartographies à des fréquences plus élevées. La solution présentée en section 1, est d’utiliser une sonde adaptée Hz2. Pour cela, il suffit de calculer le bon diamètre de boucle. Cela réduit néanmoins la bande passante de la sonde. L’autre solution est d’utiliser une sonde que nous appellerons sonde haute impédance HzHF. Ces deux solutions sont analysées ci-après.

4.4.1 S

La sonde Hz2 est adaptée à la fréquence de 10 𝐺𝐻𝑧. Pour cela, un diamètre de boucle de 6.5 𝑚𝑚 est calculé. Le coefficient de réflexion est mesuré puis présenté sur la Figure 68. Une fréquence de résonance est effectivement mesurée à 10 𝐺𝐻𝑧.

Figure 68 : Module du coefficient de réflexion mesuré de la sonde Hz2 adapté à 𝑓 = 10 𝐺𝐻𝑧

L’étude du rapport ^𝐸 _𝐻 de cette sonde suivant l’axe z est présentée sur la Figure 69 pour plusieurs fréquences.

Chapitre III : Etude des sondes de champ proche

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Figure 69 : Rapport des amplitudes _𝐻 ^𝐸 pour la sonde Hz2 en fonction de h pour différentes fréquences Pour des fréquences d’excitation allant de 1 𝐺𝐻𝑧 à 7 𝐺𝐻𝑧 la sonde a un comportement magnétique pour des distances h inférieures à 6 𝑚𝑚. Ensuite à la fréquence de 10 𝐺𝐻𝑧, la sonde à un comportement magnétique jusqu’à des distances supérieures à 1,4 𝑐𝑚. Enfin pour des fréquences supérieures à 10 𝐺𝐻𝑧, la distance 𝑕 pour laquelle la sonde à un comportement magnétique diminue. Cela montre la bande de fréquence pour laquelle la sonde Hz2 est utilisable. Cette sonde peut ainsi être utilisée pour des fréquences allant jusqu’à 10 𝐺𝐻𝑧 voire au-delà si h reste inférieure à 6𝑚𝑚.

Une cartographie du champ émis par la ligne micro-ruban est réalisée avec la sonde Hz2. La ligne laissée en circuit ouvert est excitée à 10 𝐺𝐻𝑧. La sonde est placée à une hauteur 𝑕 = 0.5 𝑚𝑚 au-dessus de la ligne.

Figure 70 : Cartographie de la composante Hz rayonnée par la ligne micro-ruban avec la sonde Hz2 pour 𝑓 =

10 𝐺𝐻𝑧

La cartographie de la Figure 70 présente des ventres et des nœuds magnétiques de chaque côté de la ligne comme attendu. Ces ventres et ces nœuds sont bien symétriques par rapport au centre de la ligne. Aucun champ électrique ne vient perturber la capture du champ magnétique. Cependant,

CO

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on note que les ventres ont une taille imposante par rapport à ceux obtenus par simulation (Figure 32(b)). Cela provient de la mauvaise résolution spatiale de la sonde. En effet, pour que la sonde soit adaptée à la fréquence de 10 𝐺𝐻𝑧, son diamètre de boucle est de 6.5 𝑚𝑚. Sachant que la résolution spatiale d’une sonde est directement liée à cette dimension, elle est d’autant moins bonne que le diamètre de la boucle est grand. L’effet est d’autant plus visible que le diamètre de boucle devient supérieur aux dimensions du dispositif cartographié comme dans le cas présent si on considère la largeur du ruban.

L’autre inconvénient de cette sonde, est qu’elle a un comportement d’antenne et favorisera ainsi la réception de certaines fréquences par rapport à d’autres dans la bande de fréquence d’étude. Cependant, il est néanmoins possible grâce à ce type de sonde, de réaliser des cartographies à des fréquences supérieures à 4 𝐺𝐻𝑧.

Une autre solution permettant de réaliser des cartographies à des fréquences supérieures à 4 𝐺𝐻𝑧 tout en conservant la résolution spatiale de la sonde Hz1 est présentée dans la section suivante.

4.4.2 S

En observant lors des simulations les champs électriques et magnétiques présents sur la boucle des sondes magnétiques pour des fréquences allant de quelques MHz à quelques GHz, on se rend compte que pour les basses fréquences, seul un ventre magnétique existe sur la boucle. La sonde étant en court circuit, la tension est nulle à son extrémité et aucun rayonnement électrique n’est possible. Le courant lui est maximal en bout de sonde et implique un rayonnement magnétique. Si on augmente la fréquence, la longueur d’onde diminue et des ventres électriques prennent place sur la boucle. La présence d’un ventre électrique influe sur la capture du champ électrique. Ainsi pour réaliser une sonde magnétique exclusivement liée au champ magnétique en haute fréquence, il faut confiner les ventres électriques hors de la zone active de la sonde, soit hors de la boucle. Comme les ventres magnétiques sont en opposition de phase avec les ventres électriques, nous choisissons d’étudier une sonde en haute impédance où l’extrémité de la sonde est laissée en circuit ouvert (Figure 71). Cette sonde est nommée HzHF.

Figure 71 : Dessin de la sonde en haute impédance HzHF et paramètres géométriques

Chapitre III : Etude des sondes de champ proche

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Dû au circuit ouvert, un ventre de tension apparaît en bout de sonde. La longueur d’’ est calculée afin de confiner le ventre de tension sur cette longueur. Ensuite, la circonférence de la boucle 𝜋𝜑_{𝑙𝑜𝑜𝑝 est calculée pour y confiner un ventre de courant et donc un rayonnement magnétique.}

Le schéma suivant représente les maxima de rayonnement électrique et magnétique sur la sonde lorsque la boucle est dépliée.

Figure 72 : Emplacement des ventres électriques et magnétiques sur la sonde H_z haute impédance déroulée

Si 𝑑^′′ =^𝜆

8 et 𝜋𝜑𝑙𝑜𝑜𝑝 =^𝜆

4 un ventre magnétique se trouve sur la boucle. La sonde capte alors majoritairement le champ magnétique 𝐻𝑧.

Le coefficient de réflexion de cette sonde est simulé et mesuré. Son module est représenté sur la Figure 73.

Figure 73 : Module du coefficient S11 de réflexion de la sonde Hz haute impédance mesuré et simulé

Cette sonde ne présente pas de pic de résonnance dans la bande de fréquence allant de quelques mégahertz à 20 𝐺𝐻𝑧. Elle paraît donc adéquate pour réaliser des cartographies hautes fréquences. Nous devons cependant vérifier son pouvoir de discrimination du type de champs. Ainsi, nous étudions son rapport _𝐻 ^𝐸 .

𝜆 4

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Figure 74 : Simulation du rapport _𝐻 ^𝐸 de la sonde magnétique HzHF en fonction de la distance h

Le rapport _𝐻 ^𝐸 présenté sur la Figure 74 montre effectivement qu’à la fréquence 𝑓 = 10 𝐺𝐻𝑧, la sonde HzHF à un comportement magnétique. Par contre, contrairement aux autres sondes, son extrémité est laissée en circuit ouvert. Elle capte alors majoritairement un champ électrique en basse fréquence. Elle n’est donc pas large bande.

La sonde magnétique HzHF est réalisée. Dans un premier temps, nous prenons 𝑑’’ = ^𝜆₈ soit 3,61𝑚𝑚, ce qui la rend fonctionnelle à 10𝐺𝐻𝑧. Ensuite 𝑑’’ = 7 𝑚𝑚, la sonde n’est donc plus fonctionnelle à 10 𝐺𝐻𝑧. Dans les deux cas, le diamètre de la boucle 𝜑𝑙𝑜𝑜𝑝 est égale à 2.3 𝑚𝑚 soit ^𝜆₄.

Une cartographie en réception de la ligne micro-ruban est réalisée avec les deux configurations de sondes. La fréquence d’excitation est de 10 𝐺𝐻𝑧 et la sonde est placée à 0.5 𝑚𝑚 au-dessus de la ligne micro-ruban chargée par un circuit ouvert.

(a) (b)

Figure 75 : Cartographie de la composante Hz du champ magnétique rayonnée par la ligne micro-ruban à f=10GHz avec la sonde HzHF lorsque (a) 𝑑′′ = 3.61 𝑚𝑚 et (b) 𝑑′′ = 7 𝑚𝑚

x

y

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Les cartographies réalisées sur la Figure 75 présentent des ventres de chaque côté de la ligne micro-ruban tels que l’annonce la théorie. Pour 𝑑’’ = 7 𝑚𝑚 (Figure 75 (b)), la sonde n’est pas fonctionnelle à 10 𝐺𝐻𝑧, la cartographie montre une forte influence du champ électrique sur la mesure. Pour 𝑑’’ = 3.61 𝑚𝑚 (Figure 75 (a)), la sonde est fonctionnelle à 10 𝐺𝐻𝑧, le rayonnement est localisé de chaque côté de la ligne micro-ruban, l’influence du champ électrique est négligeable. De par le diamètre de la boucle de ^𝜆₄= 2.5 𝑚𝑚, les maxima mesurés par la sonde HzHF sont plus fins que la cartographie réalisée avec la sonde adaptée Hz2 (Figure 70). La sonde haute impédance HzHF possède donc une meilleure résolution spatiale que la sonde Hz2.