Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Les ferrites sont des oxydes magnétiques dont les propriétés remarquables dépendent de la structure cristallographique, de la composition chimique et de la microstructure. Les ferrites de structure cubique (spinelle et grenat) qui font l’objet de cet article font partie des matériaux magnétiques doux (faible champ coercitif et faibles pertes magnétiques). Ils peuvent être utilisés de 10 kHz à plusieurs dizaines de GHz mais, pour chaque application, l’utilisateur se doit de trouver la meilleure référence parmi une multitude de choix possibles. Cet article a pour but de l’aider dans cette démarche.
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Richard LEBOURGEOIS : Docteur de l'Institut National Polytechnique de Grenoble - Responsable des Études Ferrites et Diélectriques à Thales Research & Technology, Palaiseau, France
INTRODUCTION
La découverte de nouveaux oxydes magnétiques appelés ferrites au début des années 1900 a tout d'abord motivé de nombreux théoriciens qui ont tenté d'expliquer leurs propriétés magnétiques. C'est à partir des années 1940-1950 qu'en France Louis Néel, qui sera prix Nobel de Physique en 1970, a commencé à élaborer sa théorie du ferrimagnétisme qu'il a appliquée à l'ensemble des ferrites avec succès. Cette théorie décrit essentiellement les propriétés magnétiques statiques de ces matériaux : aimantation à saturation et température de transition. Par la suite, on a découvert de nombreuses applications à ces nouveaux matériaux, notamment pour les utilisations à haute fréquence rendues possibles grâce à leur résistivité électrique élevée (> 1 Ω · m) qui distingue les oxydes des métaux.
Les ferrites sont obtenus en faisant réagir à haute température de l'oxyde de fer, principalement l'hématite αFe2O3, avec d'autres oxydes métalliques. La grande diversité des ferrites vient des nombreuses possibilités de substitutions cationiques dans leurs solutions solides. Cela donne autant de propriétés magnétiques différentes que de combinaisons possibles. Nous essaierons de montrer que pour chaque type d'application (niveau de puissance, gamme de fréquence, gamme de température) il existe un matériau optimisé et que son optimisation passe par une analyse détaillée de son environnement électrique.
Nous terminerons cette introduction en précisant que le nom « ferrite » désignant les oxydes ferrimagnétiques est masculin mais qu'il existe aussi la ferrite qui désigne une variété allotropique du fer. Nombreux sont les utilisateurs de ces oxydes qui pour désigner le noyau d'une inductance parlent de « la ferrite », sans doute en référence à la self-inductance (souvent appelée bobine) qu'il permet de réaliser.
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MOTS-CLÉS
électronique de puissance modules hyperfréquences matériaux magnétiques composants passifs
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1987 par Patrick BEUZELIN
- Version archivée 2 de févr. 2000 par Richard LEBOURGEOIS
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion8. Ferrites pour hyperfréquences
La gamme des hyperfréquences s'étend dans la pratique de 100 MHz à 100 GHz. Les ferrites y sont utilisés dans deux types de dispositifs :
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les dispositifs dits « non réciproques » comme les circulateurs et les isolateurs. Ces dispositifs sont des composants qui permettent de « diriger » une onde électromagnétique dans un circuit (cf. article [E1404]). Dans le cas du circulateur à n voies, l'onde électromagnétique entrant par la voie n – p ne peut sortir que par la voie n – p + 1 (voir figure 13). Un isolateur est simplement un composant que l'on dispose entre deux guides d'onde ou deux lignes hyperfréquences et qui ne laisse passer l'onde que dans le sens de l'entrée vers la sortie. Dans le sens inverse, elle est très atténuée. La structure d'isolateur la plus rencontrée est celle d'un circulateur à jonction Y dont une des voies est connectée directement à une charge de 50 Ω ;
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les dispositifs dits « réciproques » comme les déphaseurs commandables électriquement (cf. article [E1403]). Dans ce type de dispositifs, on trouve des solutions concurrentes aux ferrites comme les déphaseurs à diodes semi-conductrices ou les déphaseurs à matériau ferroélectrique.
Dans tous ces dispositifs, le mécanisme exploité est celui de la résonance gyromagnétique qui confère au matériau son aptitude à répondre différemment à une onde électromagnétique suivant sa polarisation.
8.1 Principe...
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Ferrites pour hyperfréquences
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BERTAUT (F.), FORRAT (F.) - Structure des ferrites ferrimagnétiques des terres rares - . CR Hebd. Séan. Acad. Sci. (F) 242, p. 382 (1956).
-
(2) - SMIT (J.), WIJN (H.P.J.) - Les ferrites - . Dunod (1961).
-
(3) - GUYOT (M.), CAGAN (V.) - Temperature dependence of the domain wall mobility in YIG, deduced from the frequency spectra of the initial susceptibility of polycrystals - . JMMM 27, pp. 202-208 (1982).
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(4) - LEBOURGEOIS (R.), PERRIAT (P.), LABEYRIE (M.) - High and low level frequency losses in Ni-Zn and Mn-Zn spinel ferrites - I. CF 6, Tokyo, p. 1159 (1992).
-
(5) - MORINEAU (R.), PAULUS (M.) - Chart of pO2 versus temperature and oxidization degree for Mn-Zn ferrites - . IEEE Trans. Mag., Mag. II, 1975, pp. 1312-1314.
-
(6) - LEBOURGEOIS (R.), GANNE (J.P.), PIGNARD (S.), GARRIN (P.),...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Électronique de puissance. Introduction
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Alimentations continues stabilisées
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Amplificateurs
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Antennes actives. Principes de conception
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