Courant dans le conducteur sur différentes positions en Z
VI. Sonde de mesure du champ ! ###$
Dans la littérature il existe 2 types de sondes qui permettent de faire la mesure d’un champ magnétique rayonné. Il s’agit de : la sonde à effet Hall [18] et de la sonde à boucle magnétique [19] [20]. Ces sondes sont basées sur deux principes de mesures différents. La sonde à effet Hall est utilisée pour la mesure du champ magnétique rayonné à très basse fréquence (jusqu’à 10kHz). La sonde à boucle est utilisée pour la mesure de champ magnétique variable rayonnant en haute fréquence (jusqu’à 3GHz). Elle est sensible au champ magnétique de faible amplitude et possède une boucle de diamètre très variable, classiquement entre 1mm et quelques millimètres. En outre, la sonde à boucle existe en plusieurs formes : sonde à boucle de forme carrée ou rectangulaire [21], sonde à boucle de forme ronde ou circulaire [22] et la sonde à boucle de forme cubique appelée « Cubeprobe » [23].
VI.1 Principe de mesure d’une sonde à boucle
Le principe de mesure de la sonde à boucle repose sur la loi de Lenz-Faraday. Lorsque la sonde est placée dans un champ magnétique variable, une force électromotrice f.é.m. est induite à ses bornes (figure III.26). Ainsi, la tension mesurée à la sortie de la sonde correspond à un champ moyen à travers la surface de la sonde. Cette f.e.m induite est proportionnelle à la dérivée du champ magnétique en fonction du temps.
n : nombre de spire constituant la boucle ; S : la surface de la boucle ;
B : Le champ magnétique à mesurer.
A = M>C~ C ] \ ) Partie active de la sonde ] \ ) rtie active la sonde avec~ = > D< = >D>BGD
Si les vecteur sont perpendiculaires à la surface de la sonde, on obtient : A = M> D>CC On mesure aussi la composante du champ perpendiculaire à la surface de la sonde.
En simulation, le logiciel HFSS calcule le champ en tout point dans l’espace. Pour pouvoir comparer les 2 résultats, un programme qui calcule la moyenne des valeurs de champ dans un cercle de diamètre égal au diamètre de la sonde a été développé.
VI.2 Sonde de mesure utilisée
La sonde utilisée dans notre cas est une sonde commerciale à boucle de forme circulaire. Fabriquée par la compagnie Langer EMV-Technik, cette sonde de référence RF-R 0.3-3 [22], est spécialement destinée à la mesure du champ magnétique H rayonnant sur la bande de fréquence de 30MHz à 3GHz. Elle permet de mesurer les 3 composantes du champ H en fonction de son orientation. Nous évoquons dans cette partie la constitution de cette sonde, ses dimensions géométriques ainsi que sa mise en œuvre pour la mesure d’une composante suivants les axes x, y ou z.
VI.2.1 Constitution de la sonde de mesure
La sonde de mesure utilisée est constituée d’un dipôle magnétique miniature sous la forme d’une boucle circulaire. Il s’agit d’un enroulement de quelques spires confectionnées à l’aide d’un câble coaxial d’impédance 50Ω [22]. Les spires sont protégées par un diélectrique couvrant la boucle et constituant le corps de la sonde comme le précise la figure III.27.b. Une radiologie (dentaire) nous a permis de déterminer la position des spires dans la sonde. Les clichés radiographiques présentés sur les figures III.27.b et 28 montrent que les spires sont placées au centre de la sonde.
Figure III.27 : a) Photo de la sonde, b) Image radiographique de la sonde de mesure
VI.2.2 Dimensions géométriques de la sonde de mesure
La sonde de mesure utilisée, possède un diamètre interne de la partie active de 1mm et d’un diamètre externe de la boucle (de spire) d’environ 1,4mm comme présentée dans la figure
Corps de la sonde Les spires
III.28. Le diamètre extérieur maximal de la partie active de la sonde (spires + le diélectrique) fait 1,6mm. Le diamètre moyen de la partie active est de 1,35mm.
Figure III.28 : La sonde de mesure utilisée. Les grandeurs caractéristiques de cette sonde sont :
- Diamètre de la boucle qui détermine la sensibilité de la sonde ; - Son facteur d’antenne qui varie en fonction de la fréquence ; - Sa bande de fréquence ;
Ces caractéristiques définissent les performances de la sonde [24] [25]. Le paramètre tel que le facteur d’antenne est déterminé par une méthode spécifique de calibrage de la sonde. Nous décrivons cette méthode appliquée dans le paragraphe VI.5 ci-après.
VI.2.3 Mise en œuvre de la sonde
En fonction de son orientation, la sonde de mesure utilisée permet de mesurer les 3 composantes cartésiennes du champ magnétique %##$ rayonné : les composantes tangentielles Hx
et Hy et la composante normale Hz. Pour mesurer une composante parmi les 3 (Hx, Hy ou Hz), il suffit de placer la surface de la boucle de la sonde (la partie active) de façon perpendiculaire à la composante recherchée. Seule la composante normale à la surface de la sonde est détectée (figure III.29).
Figure III.29 : La composante détectée [22].
Øint=1mm
Spires
e = 1,72mm Øext=1,6mm
La figure III.30 présente les différentes orientations de la sonde pour la mesure d’une composante Hx, Hy ou Hz.
Figure III.30 : Configuration de la sonde pour mesurer une composante.
VI.3 Influence de la sonde sur le champ à mesurer
Dans ce paragraphe, nous étudions l’influence du champ produit par la sonde sur le champ magnétique à mesurer. En effet, le champ magnétique variable produit par le DST induit une force électromotrice variable aux bornes de la sonde (figure III.31). La sonde fermée sur une impédance Z0 = 50Ω est ainsi parcouru par un courant i. Ce courant génère un champ qui pourra influencer le champ à mesurer. L’objectif de cette partie est de déterminer le champ produit par la sonde afin d’évaluer son influence sur le champ à mesurer.
Le champ produit par la sonde est déterminé par l’expression III.7.
Figure III.31 : Influence de la sonde sur le champ à mesurer
Le champ magnétique crée au centre de la sonde a pour expression : 0*)26<+,f =<µeM<YgH+,f<<<=<(e>gH><<M A+,fd e <<<<<<<<<<<<<<<<<<777>