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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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- Version courante de déc. 2016 par Pierre FILHOL
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Mise en œuvre : mode5. Gamme de céramiques hyperfréquences
5.1 Diagramme ZrO2-SnO2-TiO2 : matériau ZST
Le matériau dit ZST de ce diagramme est construit à partir du zirconate de titane ZrTiO4 dans lequel l’étain prend partiellement la place du zirconium et du titane ; le matériau ZrTiO4 présente un coefficient de stabilité τ f positif de + 60 ppm/K [14].
La substitution par l’étain soit du titane, soit du zirconium conduit à étudier le diagramme ternaire ZrO2-SnO2-TiO2 ; il existe une ligne qui sépare la zone des compositions à coefficient de température positif et la zone des compositions à coefficient de température négatif. De même, l’étude du coefficient du 2e degré de la dérive en température b permet de trouver une ligne de points correspondant à des compositions à coefficient de température nul. À l’intersection des deux lignes, la condition a = τ f = 0 et b = 0 est satisfaite.
Le matériau ZST, dont la composition est dans le domaine du coefficient de température nul, a une permittivité comprise entre 33 et 38 et un produit Q × f de 50 THz pouvant atteindre 60 THz en pratique par dopage (no 6 du tableau 2 ou no 6 du tableau 3).
c’est un des matériaux qui a été initialement utilisé pour les applications « grand public » de la réception directe de télévision par satellite. Les antennes paraboliques personnelles possèdent un résonateur diélectrique ; il stabilise la fréquence de l’oscillateur local destiné à la conversion de l’hyperfréquence de réception (~ 11 GHz) à la basse fréquence opérationnelle (< 100 MHz) des postes de télévision.
5.2 Diagrammes BaO-ZnO-Ta2O5 et BaO-MgO-Ta2O5 : matériaux...
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Gamme de céramiques hyperfréquences
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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