Résonnateurs à ondes acoustiques de volume et oscillateurs à l'hélium liquide

par Maxim Goryachev

Thèse de doctorat en Sciences pour l'Ingénieur

Sous la direction de Serge Galliou.

Soutenue en 2011

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Des résonateurs acoustiques à ondes de volume travaillant à températures cryogéniques (de 3 à 15 K dans un réfrigérateur à tube pulsé) ainsi que des systèmes condtruits autour de ces composants sont présentés en 3 points. 1/ Fonctionnement des différents composants, dont le résonateur entre 1 et 90 Mhz. Des facteurs de qualité Q de 417 106 et des produits Qxf pouvant atteindre 30. 7 1016 Hz ont été mesurées pour les résonateurs à quartz, records mondiaux pour cette classe de composants. Il est montré que Q ne dépend pas de f à c es températures, conformément à la théorie de Landau -Rumer. Le choix des composants passifs ou actifs est fait sur la base de comparaison de leur comportement à 4K. Sur cette base des amplificateurs tout cryogénique ont été réalisés. 2/ Modélisation des composants et des systèmes étudiés. Un modèle rigoureux du bruit de phase des composants à onde acoustique de volume prenant en compte les non linéaires et basé sur la moyenne est présenté. Ce modèle du résonateur, de type MIMO est utilisé pour en déduire l'impact des différents paramètres d'un oscillateur sur son bruit de phase et expliquer les résultats expérimentaux. Les modèles établis pour les différents autres composants sont aussi utilisés pour simuler et optimiser des amplificateurs et oscillateurs cryogéniques. 3/ Source de fréquence basées sur ces résonateurs: référence passive et oscillateur cryogéniques. Les systèmes réalisés ont permis de caractériser le bruit du résonateur dans des conditions spécifiques. Certaines sources de bruit ont été identifiées. Les limitations de ces systèmes sont discutées sur la base des données obtenues.

  • Titre traduit

    Bulk acoustic wave resonators and oscillators at liquid helium temperatures


  • Résumé

    This thesis presents investigation results on BAW resonators working at cryogenic temperatures (over 3K-15K, in a pulse-tub cryocooler) along with systems built with these devices. The first aspect is dedicated to the operation of different devices, and particularity the BAW resonators over 1-90 Mhz. Quality factors of 417 106 and Qxf products up to3. 07 1016 Hz have been measured for quartz resonators, outstanding values that are word records of this class of devices. It is shown that the intrinsic Q-factor does not depend of the frequency f, at these temperatures, in agreement with the Landau-Rumer theory. The choice of other passive and active electronic devices is made based on their behaviour at 4K. The results are confirmed with successful design of liquid helium amplifiers. The second aspect is the modeling of the studied devices and systems. A rigorous model of the BAW device phase noise is presented, taking into account device non linearities based on the averaging approach. This MIMO model is used to derive impacts of different oscillator parameters to its phase noise and to explain experimental results. Accurate models of other electronics devices working at liquid helium temperatures are also derived. They are used for simulation and optimization of cryogenic oscillators, etc. The third aspect concerns frequency sources based on these cryogenic BAW resonators: a cryogenic passive closed loop reference system and an oscillator. The implemented systems allowed characterizing the resonator phase noise at the given conditions. Thus, some noise sources have been identified. Limitations of these systems are discussed based on the obtained data.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (194 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 132 réf.

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCI.BESA.2011.45
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