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RÉSUMÉ
Grâce à leur résistivité élevée et à leurs propriétés magnétiques, les ferrites sont utilisés dans des applications très hautes fréquences pour la réalisation de dispositifs non réciproques présents dans les systèmes émission/réception, pour les télécommunications ou les radars. La conception et l’optimisation des dispositifs non réciproques hyperfréquences (circulateurs et isolateurs) et réciproques (déphaseurs de puissance) utilisant des ferrites nécessitent la connaissance de leurs comportements électromagnétiques et la maîtrise des phénomènes de propagation des ondes qui conditionnent leurs performances.
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Philippe GELIN : Docteur d'état de l'Université de Lille I - Professeur à l'ENST de Bretagne
INTRODUCTION
Grâce à leur résistivité élevée et à leurs propriétés magnétiques, les ferrites ont rapidement été utilisés dans des applications très hautes fréquences pour la réalisation de dispositifs non réciproques que l'on trouve dans tous les systèmes émission/réception que ce soit dans le domaine des télécommunications ou du radar.
La conception et l'optimisation des dispositifs non réciproques hyperfréquences (circulateurs et isolateurs) et réciproques (déphaseurs de puissance) utilisant des ferrites nécessitent, d'une part, la connaissance de leurs comportements électromagnétiques, à savoir leurs permittivités diélectriques et leurs perméabilités magnétiques et, d'autre part, la maîtrise des phénomènes de propagation des ondes qui conditionnent leurs performances.
Compte tenu des articles déjà parus dans ce traité « Électronique » sur la physique des ferrites , qui résument les nombreuses études théoriques portant sur la compréhension de leurs comportements statiques et dynamiques, nous axerons notre propos sur deux points particuliers :
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d'une part, la représentation de la perméabilité tensorielle des ferrites quel que soit leur état magnétique ;
-
d'autre part, les phénomènes de propagation à partir desquels il est possible de comprendre et d'interpréter le fonctionnement des dispositifs non réciproques, dispositifs ayant fait l'objet de l'article dans ce traité.
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- Version courante de juil. 2019 par Bernard DÉMOULIN, Patrick QUEFFÉLEC
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2. Les ferrites polycristallins
2.1 Généralités
Les propriétés physiques de ces matériaux, les différentes familles, leur synthèse, leurs domaines d'application ont fait l'objet de deux articles récents ; nous vous invitons à les consulter pour une meilleure compréhension de la suite de cet article. Nous allons simplement rappeler les caractéristiques nécessaires pour établir le comportement tensoriel de la perméabilité de ces matériaux.
Les principales propriétés des matériaux ferrimagnétiques sont les suivantes :
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une résistivité très élevée (105 à 106 MΩ.m) ;
-
une constante diélectrique relative de l'ordre 11 à 17 ;
-
des pertes diélectriques très faibles (
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) ; -
une susceptibilité magnétique très élevée ;
-
une température de Curie variant d'une centaine à quelques centaines de degrés Celsius ;
-
une aimantation à saturation Ms allant jusqu'à 3,98 × 105 A/m.
) ;Ces matériaux sont constitués de grains monocristallins (voir figure 1), eux-mêmes divisés en domaines magnétiques (domaines de Weiss) séparés par des parois de Bloch dans lesquelles les moments magnétiques tournent de 180˚.
Ces moments sont maintenus parallèlement entre eux par une forte énergie d'échange et s'alignent selon une direction de facile aimantation pour minimiser l'énergie d'anisotropie magnétocristalline liée à la structure cristalline. Souvent cette énergie est remplacée par un champ d'anisotropie
sur lequel viennent s'aligner les moments magnétiques. Dans tout volume fini de matière aimantée, des champs démagnétisants proportionnels à l'aimantation apparaissent et créent une énergie supplémentaire. La division en domaines correspond à une situation qui minimise l'énergie totale du grain. Dans les parois de Bloch, la variation des moments magnétiques...
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Les ferrites polycristallins
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - LEBOURGEOIS (R.) - Ferrites doux pour l'électronique de puissance - [D 2 160] Génie électrique.
-
(2) - LEBOURGEOIS (R.) - Ferrites faibles pertes pour applications fréquentielles - [E 1 760] Électronique.
-
(3) - COMBES (P.F.), CRAMPAGNE (R.) - Éléments non réciproques à ferrites - [E 1 404] Électronique.
-
(4) - POLDER (D.) - On the theory of ferromagnetic resonance - . Philosophical magazine, vol. 40, pp. 99-115, January 1949.
-
(5) - RADO (G.T.) - Theory of the microwave tensor permeability and Faraday effect in non saturated ferromagnetic materials - . Phys. Review, vol. 89, pp. 529, 1953.
-
(6) - SCHLÖMANN (E.) - Microwave behavior of partially magnetized ferrites - . J. Appl. Phys., vol. 41, pp. 204-214,...
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