Matériaux diélectriques à faibles pertes utilisés comme résonateurs et filtres dans les circuits micro-ondes

Low loss dielectric materials used as resonators and filters in microwave integrated circuits

• Auteur / Autrice : Alexandre Badev
• Direction : Jean-Pascal Cambronne, Ilia Iliev
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs à micro-ondes

Résonateurs diélectriques

Filtres électriques

Mots clés libres

Génie électrique

Electronique

Télécommunications

Résumé

Liés à la demande d'échange d'informations via les communications sans fil, les besoins en équipements utilisant les micro-ondes sont en continuellement en croissance. La miniaturisation des dispositifs s'est accélérée depuis les années 2000, en particulier dans le domaine des télécommunications et de l'aéronautique. En tant que résonateur - oscillateur, des pastilles diélectriques étaient utilisées, tandis que des bandes micro ruban (microstrip) s'étaient imposées comme guide d'ondes, sachant qu'un matériau pour les hyperfréquences n'est pas universel puisqu'il ne peut pas être utilisé dans une grande gamme de fréquence. Pour les appareils utilisés dans le domaine des communications sans fil, la tendance est de chercher à obtenir de plus grandes capacités dans de plus faibles dimensions, et par conséquent d'augmenter les fréquences de travail vers une gamme plus élevée, notamment les GHz. Les résonateurs diélectriques sont utilisés dans les circuits micro-ondes pour concentrer les champs électriques. Leur facteur de qualité (Q) est comparable à celui des cavités résonantes, et ils tiennent compte d'une grande linéarité à des niveaux de puissance élevée. Ils sont couramment utilisés comme stabilisateurs de fréquence dans les oscillateurs hyperfréquences. Un résonateur diélectrique est caractérisé par trois propriétés principales : une permittivité diélectrique (er) relativement élevée, des pertes diélectriques (tan d) assez faibles, et une stabilité thermique (tf) autour de la fréquence de résonance. La constante diélectrique est un critère de miniaturisation du résonateur en étant inversement proportionnelle aux dimensions de celui-ci. Les faibles pertes (ou grand facteur de qualité) permettent une meilleure sélectivité de la bande passante en fréquence de résonance, une meilleure suppression du bruit, et de faibles pertes de puissance transmise. La stabilité thermique est importante pour l'utilisation du composant dans différents environnements sans altération de ses performances et effets néfastes sur le signal. . .

With the request for information exchange via wireless communications, the needs for equipment using microwaves and microwave technology have been increasing in the last 10 years. At the beginning of the 21st century, relating to the field of telecommunications and aerospace, the microwave devices were miniaturized. Dielectric pellets were used as resonator-oscillator components, respectively micro-strip lines were integrated as waveguides. It should be noticed that a single microwave material is not universal and therefore cannot be used in a wide frequency range. The devices used in wireless communications tend to have smaller dimensions and larger capacity. Therefore the operating frequency shifts to a higher range, notably the GHz domain. Dielectric resonators are used in microwave integrated circuits in order to concentrate electric fields within the resonator body. Their quality factor (Q) is similar to that of resonant cavities, as they reflect a high linearity at high power levels. They are commonly used as frequency stabilizers for oscillators operating in the microwave frequency range. A dielectric resonator is characterized by its three main properties: a relatively high dielectric permittivity (er), low dielectric losses (tan d), and a thermal stability at a given resonant frequency (tf). The dielectric constant is a criterion for miniaturization of the resonator because the dielectric permittivity is inversely proportional to its size. The low loss (or high quality factor) allows greater selectivity of the bandwidth at the resonant frequency, a better noise suppression and low loss of transmitted power. . .