Bibliographie & annexes
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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 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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Gamme de matériaux céramiques hyperfréquences
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4. Permittivité des matériaux et pertes diélectriques
4.1 Permittivité
La valeur de la permittivité aux hyperfréquences est liée essentiellement à deux contributions (figure 4) :
-
la polarisabilité ionique, c’est-à-dire le déplacement des ions positifs et négatifs par rapport à leur position d’équilibre dans le réseau cristallin sous champ ;
-
la polarisabilité électronique, c’est-à-dire la déformation des couches électroniques à l’intérieur des atomes sous champ électrique.
La contribution ionique est la plus importante : aux hyperfréquences, c’est-à-dire dans la zone d’emploi des résonateurs diélectriques, la partie réelle de la permittivité est constante, tandis que la partie imaginaire et ainsi la tangente diélectrique traduisant les pertes augmentent linéairement avec la fréquence.
HAUT DE PAGE4.1.2 Variations de la permittivité en fonction de la fréquence
La théorie classique exprime le comportement de la permittivité en fonction de la fréquence par la relation de dispersion suivante :
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Permittivité des matériaux et pertes diélectriques
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)
HAUT DE PAGE2 Données statistiques et économiques
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