Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les résonateurs diélectriques sont des pièces en céramique isolante à forte permittivité, utilisés pour remplacer les cavités micro-ondes et réduire leur volume. Comme elles, ils confinent les ondes électromagnétiques jusqu’à 95% de l’énergie dans la pièce avec le mode de résonance TE01d. Cet article introduit les circuits résonnants RLC, les cavités hyperfréquences, le passage aux résonateurs avec les modes de couplage. Le facteur de qualité des cavités et des résonateurs diélectriques est obtenu à partir de mesures de largeur de raie de résonance de filtres en transmission ou en absorption. D’autres modes de cavités chargées de diélectrique permettent la réduction de volume des filtres multi-pôles ou la montée en fréquence, tels les modes TM, HEM, TEM, ou les modes de galerie.
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The dielectric resonators are parts made of insulating ceramic materialwith high permittivity, used to replace microwave cavities, and reduce their volume. Like them, they confine electromagnetic waves up to 95% of the energy in the piece for there sonance modeTE 1d. This article introduces the RLC resonant circuits, microwave cavities, the transition to the resonators with the coupling modes. Quality factor of cavities and dielectric resonators are obtained from the resonancelinewidthmeasurementsbytransmissionorabsorptionfilters.Otherdielectricloadedcavitymodes allow the reduction in volume of multi-poleor the increase in frequency filters, such as TM modes, HEM, TEM, or gallery modes
Auteur(s)
-
Pierre FILHOL : Ingénieur études - EXXELIA TEMEX PESSAC FRANCE
INTRODUCTION
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 TE01δ, 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.
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KEYWORDS
cavities | resonators | microwaves | resonance's quality factor
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2004 par Pierre FILHOL
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Mode diélectrique TE01δ2. Cavités résonantes
L’étude des résonateurs diélectriques, des champs électromagnétiques présents et des modes de résonance est basée sur celle des cavités résonantes, remplies ou non de diélectrique homogène [E1402].
Des modes de résonance de type transverse électrique notés TE, ou transverse magnétique notés TM, peuvent être excités à des fréquences f r satisfaisant les équations ci-dessous pour chaque type de cavités, parallélépipédiques ou cylindriques.
-
Type parallélépipédique (figure 2 a)
Dans un système de coordonnées cartésiennes (O, x, y, z) :
![]()
avec :
- v :
- vitesse de l’onde dans le milieu,
- a, b, c :
- dimensions intérieures de la cavité,
- m, n, p :
- nombres entiers positifs ou nuls, nombres de demi-longueurs d’onde suivant les axes x, y, z.
Les modes transverses électriques TE ou transverses magnétiques TM sont notés TEmnp ou TMmnp ; les lignes de champ d’un mode de base TE101 sont représentées. Le champ électrique est dans le plan xy.
-
Type cylindrique (figure 2 b)
on utilise le système de coordonnées cylindriques (O, θ, r, z), θ coordonnée azimutale ou angulaire, r coordonnée radiale, z coordonnée axiale. L’expression de l’équation de résonance est :
![]()
...
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Cavités résonantes
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAGE (J.C.), LABEYRIE (M.) - Les matériaux diélectriques pour résonateurs hyperfréquences. – - L’onde électrique, 70, no 5, p. 6-13 (sept.-oct. 1990).
-
(2) - KAJFEZ (D.), GUILLON (P.) - Dielectric Resonators (Les résonateurs diélectriques). – - Artech House (1986).
-
(3) - DURAND (J.M.), GUILLON (P.) - New Method For Complex Permittivity Measurement of Dielectric Materials. – - Electronic Letters, 22, no 2, p. 63-65 (janv. 1986).
-
(4) - HENNINGS (D.), SCHNABEL (P.) - Dielectric Characterization of Ba2Ti9O20 type Ceramics at Microwave Frequencies, - Philips Journal of Research Vol. 38, N° 6, 1983, pp. 295-311, 4 tabl., 8 Fig., bibl. (7 réf.).
-
(5) - FIEDZIUSZKO (S.J.) - Dual-Mode Dielectric Resonator Loaded Cavity Filters, - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-30, n° 9, pp. 1311-16, Septembre 1982, 1 tabl.,10 fig.,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Université de Limoges-XLIM – http://www.xlim.fr/minacom
Université de LEEDS – Faculty of Engineering – http://www.leeds.ac.uk
HAUT DE PAGE2 Données statistiques et économiques
Les applications principales sont les filtres à résonateurs diélectriques pour les applications des stations de base du radio téléphone, les oscillateurs pour les alarmes, la réception directe de télévision par satellite, les télécommunications en général militaires ou spatiales. Les chiffres sont indiqués dans l’article [E1922].
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