Analyse et conception de résonateurs saphir à modes de galerie pour des applications de métrologie et de filtrage microondes

par Guillaume Duchiron

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences et optoélectronique. Communications optiques et micro-ondes

Sous la direction de Dominique Cros.

Soutenue en 2001

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Filtres d'OMUX
• Coefficient de qualité
• Stabilité de fréquence
• Bruit de phase
• Cavités résonnantes (microondes)
• Oscillateurs à microondes

Résumé

Ce mémoire est dédié à l'analyse et la conception de résonateurs saphir à modes de galerie. Ces études concernent deux applications différentes. La première application s'inscrit dans le cadre du programme d'horloge atomique PHARAO. Cette horloge nécessite aujourd'hui la mise au point d'une source d'interrogation à 9,2 GHz présentant des performances de bruit de phase et de stabilité de fréquence exceptionnelles. Les divers résultats publiés à ce jour montrent que de telles performances pourraient être obtenues directement avec des oscillateurs utilisant des résonateurs saphir à modes de galerie caractérisés par des coefficients de qualité à vide largement supérieurs à la normale. Cependant, ces résonateurs présentent quelques inconvénients parmi lesquels une forte densité de modes parasites autour du mode référence et une grande sensibilité à la température de la fréquence de résonance. Ces deux inconvénients majeurs nous ont donc amené à développer de nouvelles topologies de résonateurs saphir à mode de galerie. Dans un premier temps, afin de supprimer les modes parasites, nous avons mis au point une technique de sélection modale qui consiste à insérer des vis métalliques dans la structure. Cette technique, qui fonctionne bien à température ambiante, présente quelques limites à T=77K. En effet, à cette température, le facteur de qualité du résonateur est détérioré par les pertes ohmiques engendrées par les vis d'une part, et par le blindage d'autre part. Aussi, afin de contourner cette limitation, nous avons inséré dans le résonateur cryogénique des films supraconducteurs HTc.

Titre traduit

Analysis and realization of microwave whispering gallery modes qapphire resonators for metrological and filtering applications

Résumé

This thesis is devoted to the study of whispering gallery mode sapphire resonators and to the optimisation of their performances for two distinct applications. The first application is a metrological application for atomic clock PHARAO project. The second topic presented is the realisation of microwave ilters for industrial space applications.