Résonateurs diélectriques - Circuits micro-ondes

Les résonateurs diélectriques sont des objets en matériau isolant, à base d’oxydes, sous forme de céramique nue ou métallisée, disque cylindre, cube, sphère… Ils servent comme résonateurs (composants) dans la réalisation de filtres, d’oscillateurs, d’antennes, aux hyperfréquences (comprises entre quelques dizaines de mégahertz (10⁶ Hz) et quelques dizaines de gigahertz (10⁹ Hz).

Le résonateur diélectrique remplace les cavités résonantes vides (air seulement) et, comme elles, confine l’énergie électromagnétique, grâce à sa permittivité élevée (entre 10 et 100). Il présente des fréquences propres de résonance (modes), avec les avantages suivants sur les cavités résonantes :

• réduction de la taille du composant dans le rapport de la racine carrée de la permittivité,

• coefficient de stabilité thermique de la fréquence de résonance ajustable et avoisinant 10^–6/°C permettant de s’adapter à son environnement,

• facilité de mise en œuvre.

Suivant la composition du matériau et l’environnement, le facteur de qualité peut être supérieur à celui d’une cavité métallique, à l’exception de celui d’une cavité supraconductrice.

Même si, en pratique, le résonateur diélectrique est facile d’emploi, néanmoins la détermination théorique de la fréquence de résonance ou du facteur de qualité du composant est plus complexe que celle d‘une cavité métallique. L’apport des techniques de calculs numériques permet de surseoir la difficulté.

Cet article expose le concept du résonateur dans le mode transverse électrique TE_01δ, ainsi que ses caractérisations effectuées par les fabricants de matériaux. La manière de le coupler au circuit extérieur avec divers éléments (boucle, ligne micro-ruban) est exposée. La caractérisation du résonateur sous forme d’un élément de filtre permet de remonter aux pertes diélectriques du matériau. Les matériaux pour résonateurs diélectriques sont aussi utilisés dans des modes différents (hybride, transverse magnétique TM, transverse électromagnétique TEM, etc.). Ces derniers modes concernent le cas de filtres (spatial, radiotéléphonie mobile) : il s’agit généralement de réaliser un compromis entre le facteur de qualité le plus élevé possible et le volume ou la masse minimum du résonateur.