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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 matériaux céramiques hyperfréquences - Temex Components
INTRODUCTION
Dans une première partie Résonateurs diélectriques- Circuits micro-ondes a été présenté le résonateur comme élément de circuit en remplacement des guides d’ondes avec son mode de fonctionnement principal (mode TE01δ ). La manière de le coupler avec divers éléments (boucle, ligne microruban) au circuit extérieur a été exposée ainsi que d’autres modes de fonctionnement (résonateur coaxial, en technologie microruban, modes de galerie). Ensuite, la caractérisation du résonateur sous forme d’un élément de filtre a été reliée à la permittivité complexe du matériau du résonateur. Dans cette deuxième partie, la caractérisation de la permittivité complexe du matériau ainsi que celle de la dérive en température de la fréquence de résonance sont décrites, ainsi que quelques éléments sur l’origine physique de la permittivité, des pertes diélectriques et de la stabilité thermique des matériaux. Une gamme de matériaux est présentée. La mise en œuvre des résonateurs puis quelques exemples d’application sont exposés pour terminer.
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VERSIONS
- Version courante de déc. 2016 par Pierre FILHOL
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Élaboration des matériaux1. Caractérisation
Un tableau des notations et symboles peut être consulté dans Résonateurs diélectriques- Circuits micro-ondes.
1.1 Mesure de la permittivité
Il est important de connaître avec précision la permittivité du matériau afin de calculer les cotes d’un résonateur fonctionnant à une fréquence donnée. La mesure de ce paramètre est effectuée selon la méthode classique de Hakki et Coleman [8]. L’échantillon cylindrique est placé entre deux plaques métalliques parallèles (figure 1).
Lorsque les plaques touchent les extrémités du cylindre, l’expression des conditions de continuité des champs aux interfaces conduit à une équation transcendante sous forme de fonctions de Bessel qui relie la fréquence de résonance, la permittivité et les cotes du résonateur :
où
et
avec :
- r :
- le rayon du résonateur
- h :
- la hauteur du résonateur.
Cette méthode est très précise parce que la configuration réelle des champs est conforme à la configuration théorique et qu’il n’y...
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Caractérisation
ANNEXES
Le tableau indique le prix de résonateurs diélectriques de permittivité relative comprise entre 35 et 45 pour deux applications.
HAUT DE PAGE
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Références
MAGE (J.C.) - LABEYRIE (M.) - Les matériaux diélectriques pour résonateurs hyperfréquences. - L’onde électrique, 70, no 5, p. 6-13 (sept.-oct. 1990).
KAJFEZ (D.) - GUILLON (P.) - Dielectric Resonators (Les résonateurs diélectriques). - Artech House (1986).
DURAND (J.M.) - GUILLON (P.) - New Method For Complex Permittivity Measurement of Dielectric Materials. - Electronic Letters, 22, no 2, p. 63-65 (janv. 1986).
HEIDE (P.) - SCHUBERT (R.) - MAGORI (V.) - SCHWARTE (R.) - 24 GHz Low-Cost Doppler Sensor with Fundamental Frequency GaAs Pseudomorphic HEMT Oscillator Stabilized by Dielectric Resonator Operating in Higher- Orde Mode. - IEEE MTT-S Digest, p. 945-48 (1994).
CROS (D.) - GUILLON (P.) - Whispering Gallery Dielectric Resonator Modes for W-Band Devices. - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 38, no 11,...
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