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RÉSUMÉ
Les résonateurs diélectriques sont des éléments de base pour les circuits hyperfréquences comprenant des filtres, des oscillateurs. Cet article présente la fabrication des résonateurs diélectriques en commençant par la caractérisation de la permittivité, du facteur de qualité et de la stabilité thermique, continuant avec le procédé d’élaboration céramique. Ensuite des critères de sélection sont donnés, ainsi que des références du marché. L’origine physique de la permittivité du matériau est introduite avec des listes de matériaux et diagrammes chimiques. Il se termine par la mise en œuvre du résonateur diélectrique utilisé dans le mode TE01d , et des exemples d’oscillateur et de filtres.
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Pierre FILHOL : Ingénieur ESPCI - Exxelia Temex, Pessac, France
INTRODUCTION
Dans l’article [E1920], les résonateurs diélectriques ont été présentés en remplacement des cavités métalliques dans les circuits micro-ondes, comme éléments résonnants. Ils entrent dans la réalisation d’oscillateurs ou de filtres et sont employés suivant divers modes électromagnétiques de type TE, TM, TEM. Dans cet article, la caractérisation des propriétés des résonateurs diélectriques est donnée. Effectuée par le fabricant, elle lui permet d’améliorer ces propriétés au bénéfice de l’utilisateur, soit : permittivité élevée pour une plus grande miniaturisation, facteur de qualité élevé pour l’obtention d’une haute pureté spectrale d’un oscillateur ou un minimum de pertes d’insertion d’un filtre, coefficient de température ajustable. Cela se fait par l’étude des compositions chimiques et du procédé céramique comprenant le mélange intime des éléments, matières premières, oxydes ou carbonates pulvérulents, cela en général par voie liquide, puis les conditions de frittage, dont les températures et l’atmosphère oxydante. Les formulations qui sont présentées ont été déterminées à partir d’oxydes simples comme l’alumine Al2O3 ou l’oxyde de titane TiO2 de permittivité respectivement ~10 et ~100, et d’autres oxydes de baryum, zirconium, étain, tantale, niobium, terres rares comme le samarium, le néodyme, etc. Ces formulations non triviales permettent d’avoir un bon compromis entre une stabilité thermique en fréquence améliorée, de quelques 10–6/K, et des pertes diélectriques suffisamment faibles, inférieures à 10–3 ou, en équivalence, des facteurs de qualité supérieurs à 1 000 jusqu’à des dizaines de milliers. Quelques éléments de mise en œuvre dans les circuits sont donnés.
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- Version archivée 1 de nov. 2004 par Pierre FILHOL
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7.1 Oscillateurs : détermination du coefficient de température optimal
La figure 16 présente le schéma d’un oscillateur à 11 GHz stabilisé par un résonateur diélectrique.
Pour déterminer le coefficient en température optimal, la solution la plus simple consiste à réaliser un premier montage avec un matériau à coefficient nul ou donné τf 0, en optimisant tous les paramètres autres que la stabilité en température (fréquence centrale, pureté spectrale, pertes d’insertion, ondulation…). Le coefficient τf 1 de ce montage est ensuite mesuré, puis un deuxième montage est réalisé avec un matériau de coefficient –τf 1 + τf 0 en reproduisant le plus fidèlement possible les conditions de couplage du premier montage. Cette démarche permet en général d’obtenir le résultat souhaité dès cette deuxième étape. Pour des stabilités recherchées très poussées, une itération supplémentaire peut être nécessaire.
La stabilité en température de l’oscillateur de la figure 16 est meilleure que 300 kHz sur un intervalle de 140 K (figure 17).
HAUT DE PAGE7.2 Filtres : gabarit, modes parasites, exemples
Les filtres sont des dispositifs passifs et réciproques, caractérisés par les paramètres principaux suivants (figure 18) :
-
fréquence centrale f c ;
-
bande passante à x dB ;
-
pertes d’insertion ;
-
taux d’ondulation ;
-
réjection.
Un...
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BIBLIOGRAPHIE
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(4) - KOBAYASHI (Y.), TAMURA (H.) - Round robin test on a dielectric resonator method for measuring complex permittivity at microwave frequency. - IEICE TRANS. ELECTRON., n° E77-C. 6 June, p.882-886 (1994).
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(5) - PLOURDE (J.K.), LINN (D.F.), O’BRIAN (H.M.), THOMSON (J.) - Ba2Ti9O20 as a microwave dielectric resonator. - J. Am. Ceram. Soc. 58, n° 9-10,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Normalisation des matériaux et résonateurs diélectriques pour filtres et oscillateurs - Projet de norme 49 (sec) 268 -
Laboratoires – Bureaux d’études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire Universitaire des Sciences Appliquées ( http://www.chbg.unicaen.fr/lusac)
HAUT DE PAGE2 Données statistiques et économiques
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