Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Dielectric resonators are essential elements for microwave circuitry, including filters and oscillators. This article presents the fabrication of dielectric resonators, beginning with the characterization of the permittivity, the quality factor and the thermal stability, continuing with the ceramic manufacturing process. Then selection criteria are given, and market references. The physical origin of permittivity is introduced with some material lists and chemical diagrams. Its ends with the operating way of dielectric resonator used in the TE01d modes, and examples of oscillator and filters
Auteur(s)
-
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.
L'expertise technique et scientifique de référence
KEYWORDS
microwaves | ceramics | resonators titanates tantalates
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2004 par Pierre FILHOL
DOI (Digital Object Identifier)
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Mise en œuvre
En anglais
5. Gamme de matériaux céramiques hyperfréquences
5.1 Titanates de base ZrTiO4
5.1.1 Substitution par l’étain, 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 τf positif de + 50 à + 60 ppm/K.
La substitution par l’étain soit du zirconium (figure 8 ), soit du zirconium et du titane simultanément conduit à étudier le diagramme ternaire ZrO2-SnO2-TiO2 (figure 9 ) ; 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 = τf = 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 40, et un produit Q × f pouvant atteindre 60 THz à 10 GHz (composition no 6...
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Gamme de matériaux céramiques hyperfréquences
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HAKKI (B.W.), COLEMAN (P.D.) - A dielectric resonator method of measuring inductive capacities. - IRE Trans MTT, no 8, p. 402-10, juil. 1960.
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(2) - COURTNEY (W.E.) - Analysis and evaluation of a method of measuring the complex permittivity and permeability of microwave insulators. - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-18, no 8, août 1970.
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(3) - KOBAYASHI (Y.), KATOH (M.) - Microwave measurement of dielectric properties of low-loss materials by the dielectric rod resonator method. - IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, MTT-33, no 7, p. 586-592, juil. 1985.
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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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