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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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Lire l’articleAuteur(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.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 2004 par Pierre FILHOL
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6. Mise en œuvre
6.1 Forme et dimension
Les formes de révolution sont les plus courantes mais une forme quelconque est possible, en particulier un polyèdre (cube, etc.) ou une sphère. La symétrie de révolution est préférée pour plusieurs raisons :
-
coût de fabrication réduit et meilleure intégrité (les angles peuvent s’ébrécher et modifier la fréquence de résonance) ;
-
calcul de la fréquence de résonance simplifié.
Les formes en anneau sont intéressantes pour l’élimination du mode TM parasite ou une fixation par vis au centre et pour le centrage.
Les dimensions du résonateur sont choisies de façon à éloigner le plus possible les modes parasites du mode fondamental TE01δ , et aussi, mais dans une moindre mesure, afin de réduire le volume de matière ; il convient en général de choisir :
avec :
- D :
- (mm) diamètre du résonateur,
- h :
- (mm) hauteur du résonateur.
6.2 Calcul de la fréquence de résonance et des cotes
Le calcul de la fréquence de résonance d’un résonateur dans un environnement donné peut être effectué par de nombreuses méthodes dont :
-
la méthode des éléments finis (voir ...
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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.
-
(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.
-
(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.
-
(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).
-
(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)
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