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

Badev, Alexandre (2008) Matériaux diélectriques à faibles pertes utilisés comme résonateurs et filtres dans les circuits micro-ondes.

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Résumé en francais

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. Dans ce contexte, il existe beaucoup de matériaux céramiques utilisés pour ces applications dont la majorité possède une structure pérovskite ou spinelle ; Ces derniers sont à la base d'alumine (Al2O3) tels que MgAl2O4, ZnAl2O4 et de rutile (TiO2) tels que CaTiO3, MgTiO3, ZrTiO4 et BaTiO3, l'un des matériaux classiques les plus utilisés. Bien que ces matériaux présentent de bonnes propriétés diélectriques aux hyperfréquences, leur coût de production reste élevé car ils requièrent de fortes températures de synthèse jusqu'à 1600ºC pour ceux à la base d'alumine. La plupart d'entre eux présentent une permittivité assez élevée en dépit de pertes qui sont parfois assez élevées (matériaux à base de TiO2), ce qui limite leurs applications. Cette thèse présente une étude de plusieurs matériaux peu connus ou inconnus dont les propriétés attendues correspondent aux exigences de la technologie la plus récente. L'étude est focalisée sur la synthèse de céramiques fonctionnelles stables en température, pour application aux hyperfréquences (8-14 GHz). Afin de diminuer la température de frittage, différents additifs sont introduits dans la formulation des compositions, tels le B2O3 et V2O5. Pour obtenir un bon compromis entre les paramètres diélectriques, des compositions " exotiques " tels que Mg1+xTixAl2-2xO4, MgCaxTixAl2-2xO4, TiLiAlO4, ZrCexTi1-xO4 ont été élaborées. Les propriétés diélectriques micro-ondes ont été mesurées selon la méthode de Hakki et Colemann, modifiée par Courtney, en utilisant un analyseur de réseau, des guides d'ondes couplés avec une cavité, et un générateur micro-ondes. Une étude microstructurale et analyse des phases présentes dans les matériaux a été effectuée afin de pouvoir corréler propriétés diélectriques et propriétés structurales

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Iliev, Ilia
Cambronne, Jean-Pascal
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :03 Nov 2009 18:20