Développement d'un système actif pour la mesure de la permittivité complexe des matériaux

La détermination de la permittivité complexe est une nécessité dans le domaine de la recherche scientifique à savoir la science des matériaux, les télécommunications, la conception des circuits microondes, la biologie... Plusieurs méthodes ont été développées pour la mesurer dans le domaine temporel ou fréquentiel en utilisant les techniques de transmission ou réflexion, les méthodes de l'espace libre et la résonance. Le présent mémoire s'intéresse au développement d'un système actif pour la recherche de la permittivité complexe qui se base sur la résonance. L'oscillation prend place dans une cavité résonnante opérant à la fréquence de 2495 MHz faisant partie de la bande ISM (industriel, scientifique et médical). Le système entre en oscillation dès que l'on satisfait les deux conditions de Barkhausen relatives au gain et à la phase. Il est composé d'éléments passifs qui introduisent des pertes et des déphasages ainsi que des composants actifs qui compensent ces pertes. La méthode choisie est le calcul du facteur de qualité pour la cavité vide puis lorsqu'elle est perturbée par l'introduction de l'échantillon ainsi que la fréquence de résonance pour chaque état. La détermination de ces deux facteurs est possible par l'application de deux algorithmes distincts se basant sur les deux courbes de la résonance : celle des amplitudes et celle des phases. On calcule les fréquences au niveau du sommet et au niveau de la moitié de la puissance pour obtenir le facteur de qualité absolu relatif à la cavité vide puis on se déplace sur la courbe de résonance en phase pour chercher la nouvelle fréquence de résonance obtenue après l'insertion d'un échantillon du matériau dont on souhaite mesurer la permittivité. On cherche aussi le facteur de qualité relatif de la cavité perturbée. Un déphaseur nous permet de faire le balayage de toute la bande et un modulateur sert à faire de petites variations constantes de phase. On applique la théorie de perturbation pour étudier la déviation des paramètres de la cavité à savoir le facteur de qualité et la fréquence de résonance. Une fois ces paramètres trouvés, on applique des formules reliant ces facteurs aux deux composantes de la permittivité complexe et finalement on obtient cette quantité. Le temps d'exécution total est inférieur à 30 secondes (il varie de 20 secondes à 30 secondes suivant le niveau des pertes du milieu en question).