Bibliographie & annexes
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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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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,
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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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- Version archivée 1 de nov. 2004 par Pierre FILHOL
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Modes de galerie
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6. Mode TEM
6.1 Résonateurs coaxiaux
On donne aussi le nom de résonateur diélectrique à des céramiques tubulaires métallisées réalisant ainsi des résonateurs coaxiaux (fig. 18). La section du tube peut être carrée, ce qui facilite le montage à plat sur un substrat, comme représenté sur la figure 19. Les modes de résonance sont de type TEM avec les lignes de champ comme représenté sur la figure 18. Un tel type de résonateur est utilisé lorsque les pertes d’insertion ont moins d’importance que la réduction de volume ; ce volume pour une fréquence donnée est moindre que pour les résonateurs en mode TE01 δ. On utilise ce type de résonateur vers les basses fréquences, c’est-à-dire au-dessous de 10 GHz.
Les pertes métalliques diminuent le facteur de qualité global du résonateur : ce facteur est typiquement de l’ordre de 500, il augmente avec la section du résonateur.
Toutefois, le diamètre ou le côté de la section ne doit pas être supérieur à la longueur du résonateur en raison des modes parasites. Compte tenu de ces 2 facteurs, on peut trouver un compromis avec la permittivité, c’est-à-dire augmenter la section en diminuant la permittivité pour augmenter la longueur.
La fréquence de résonance est déterminée par la longueur
du résonateur qui est un multiple N de la demi-longueur d’onde ou du quart de longueur d’onde :
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, résonateur demi-onde : le résonateur est métallisé aux deux extrémités ;
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Mode TEM
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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