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CHAPITRE 4. APPLICATION DES LIGNES A ONDE LENTE AUX DISPOSITIFS PASSIFS NON

4.2 Isolateurs hyperfréquences

4.2.3 Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes 117

hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans cette partie, nous présentons une nouvelle conception d’iso

l’introduction de

d’un circulateur sera simulé et optimisé Ansoft HFFS

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non réciproque représentée Fig. 4.10 (a) ²DDE DDDE Le premier isolateur une partie du diélectrique da 0.1780 T, ΔH < 0.0017 T le microruban sont fabriqué

mils pour une fréquence de coupure de 10 dB entre 13.5 et 16

2014], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés sur les surfaces métalliques «

rectangulaires dans des substrats diélectriques des pertes d'inse

GHz.

Isolateurs en guide d’onde intégré dans un substrat (SIW)

Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes

Dans le paragraphe précédent, nous avons présenté le fonctionnement d

hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans cette partie, nous présentons une nouvelle conception d’iso

l’introduction de vias

d’un circulateur sera simulé et optimisé Ansoft HFFS, pour une preuve de concept.

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non réciproque est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est représentée Fig. 4.10.

10 Nouvel isolateur microruban (a) structure (b) dimensions

w lstub wstub isolateur en technologie diélectrique dans 0.1780 T, ΔH < 0.0017 T), comme le montre la le microruban sont fabriquées sur

pour une fréquence de coupure de 10

13.5 et 16 GHz avec des pertes d'inse

14], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés sur les surfaces métalliques «

rectangulaires dans des substrats diélectriques des pertes d'insertion de 2.3 à 3.2

Isolateurs en guide d’onde intégré dans un substrat (SIW)

Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes

Dans le paragraphe précédent, nous avons présenté le fonctionnement d

hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans cette partie, nous présentons une nouvelle conception d’iso

vias à travers le substrat ferrite. De plus, un de d’un circulateur sera simulé et optimisé

, pour une preuve de concept.

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est

4.10.

Nouvel isolateur microruban (a) structure (b) dimensions

(a) l stub en technologie ns la structure , comme le montre la

s sur un substrat Rogers RT/Duroid 5880 pour une fréquence de coupure de 10

GHz avec des pertes d'inse

14], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés sur les surfaces métalliques « top » et «

rectangulaires dans des substrats diélectriques

rtion de 2.3 à 3.2 dB sont mesurés dans la bande de

Isolateurs en guide d’onde intégré dans un substrat (SIW)

Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes

Dans le paragraphe précédent, nous avons présenté le fonctionnement d

hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans cette partie, nous présentons une nouvelle conception d’iso

à travers le substrat ferrite. De plus, un de d’un circulateur sera simulé et optimisé

, pour une preuve de concept.

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est

Nouvel isolateur microruban (a) structure (b) dimensions

Ferrite

117

en technologie SIW est proposé dans [ structure SIW et en plaçant , comme le montre la Fig. 4.9(a)

substrat Rogers RT/Duroid 5880 pour une fréquence de coupure de 10 GHz. Cet isolat

GHz avec des pertes d'inse

14], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés et « bottom

rectangulaires dans des substrats diélectriques (Fig. 4.9(b)). Un niveau d’ dB sont mesurés dans la bande de

Isolateurs en guide d’onde intégré dans un substrat (SIW)

Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes

Dans le paragraphe précédent, nous avons présenté le fonctionnement d

hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans cette partie, nous présentons une nouvelle conception d’iso

à travers le substrat ferrite. De plus, un de sous le logiciel

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est

Nouvel isolateur microruban (a) structure (b) dimensions

Ferrite

(b)

(b)

est proposé dans [

en plaçant une plaque de ferrite 4.9(a). La structure

substrat Rogers RT/Duroid 5880 . Cet isolateur présente GHz avec des pertes d'insertion de 2 à 5

14], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés » pour éviter

4.9(b)). Un niveau d’ dB sont mesurés dans la bande de

Isolateurs en guide d’onde intégré dans un substrat (SIW)

Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes

Dans le paragraphe précédent, nous avons présenté le fonctionnement d

hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans cette partie, nous présentons une nouvelle conception d’isolateur microruban

à travers le substrat ferrite. De plus, un de

sous le logiciel de simulation électromagnétique 3D

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est

Nouvel isolateur microruban (a) structure (b) dimensions

(b)

2R

est proposé dans [FESHARAKI

une plaque de ferrite

structure SIW et sa transition vers substrat Rogers RT/Duroid 5880 (ɛr = 2

eur présente un niveau

rtion de 2 à 5 dB. Dans la référence 14], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés

pour éviter le découpage 4.9(b)). Un niveau d’isolation dB sont mesurés dans la bande de fréquence

Isolateurs en guide d’onde intégré dans un substrat (SIW)

Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes

Dans le paragraphe précédent, nous avons présenté le fonctionnement d

hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans lateur microruban

à travers le substrat ferrite. De plus, un design de la structure complète de simulation électromagnétique 3D

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est

Nouvel isolateur microruban (a) structure (b) dimensions

Ferrite

ε

Ferrite ESHARAKI, 2013] en une plaque de ferrite (YIG,

SIW et sa transition vers = 2.2) d’épaisseur de un niveau d’isolation dB. Dans la référence 14], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés le découpage des trous

isolation plus de fréquences

Nouvelle conception d’un isolateur en technologie microruban à ondes lentes

Dans le paragraphe précédent, nous avons présenté le fonctionnement d’isolateurs hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans

lateur microruban compact sign de la structure complète de simulation électromagnétique 3D

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est

εr = 4 ; h1 = 50 Ferrite ; h2 = 500

13] en évidant YIG, 4πMs = SIW et sa transition vers d’épaisseur de isolation dB. Dans la référence 14], les auteurs proposent une autre conception d’isolateur avec deux barreaux placés des trous plus de 20 dB de 9.8 à

’isolateurs hyperfréquences basé sur le phénomène de déplacement de champ électromagnétique. Dans compact avec sign de la structure complète de simulation électromagnétique 3D

La nouvelle structure de l’isolateur microruban, dans laquelle la propagation non est créée par le phénomène de déplacement de champ électromagnétique, est

= 50μm = 500μm

La structure est constituée d’une ligne mic la ligne déposés sur un substrat diélectrique permet l’adaptation le ferrite. Le fonctionnement électromagnétique généré (Fig. 4.11). électromagnétique

intervient à cause du stub. électrique est capté et distribué dessus de

l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de ramener un court

Fig. 4.11

propagation d’onde sur le conducteur A partir de cette structure de

utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de 10 GHz.

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms ΔH = 10

un champ interne

modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ interne (cf.

à 7 GHz, cela rend possible notre objectif d’av résonance à 10

(a)

La structure est constituée d’une ligne mic la ligne déposés sur un substrat diélectrique permet l’adaptation le ferrite. e fonctionnement électromagnétique généré 4.11). Le principe électromagnétique

intervient à cause du stub. électrique est capté et distribué

dessus des vias. Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de ramener un court-circuit plus perfo

11 Effet de déplacement de champs électromagnétiques généré propagation d’onde sur le conducteur

A partir de cette structure de

utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms 10 Oe, une permittivité relative

un champ interne H

modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ interne (cf. Fig. 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée

GHz, cela rend possible notre objectif d’av résonance à 10 GHz.

(a)

Champ

La structure est constituée d’une ligne mic la ligne déposés sur un substrat diélectrique permet l’adaptation d’impédance

e fonctionnement de cet isolateur électromagnétique généré par

Le principe est similaire à celui du circulateur de dans un sens alors qu’

intervient à cause du stub. Les électrique est capté et distribué

Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de

circuit plus perfo

ffet de déplacement de champs électromagnétiques généré propagation d’onde sur le conducteur

A partir de cette structure de

utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms Oe, une permittivité relative

Hi = 210 kA/m. La perméabilité du matériau magnétique, calcu

modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée GHz, cela rend possible notre objectif d’av

GHz.

S21

Champ CDDE

La structure est constituée d’une ligne mic la ligne déposés sur un substrat diélectrique

d’impédance. Sous le stub, il y a des

de cet isolateur par la couche de

est similaire à celui du circulateur de dans un sens alors qu’

Les vias métalliques jouent le rôle de perturbateurs, le champ électrique est capté et distribué principalement

Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de

circuit plus performant au niveau de la ligne (cas de la

ffet de déplacement de champs électromagnétiques généré propagation d’onde sur le conducteur

A partir de cette structure de base nous avons montré la faisabilité de l’isolateur en utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms Oe, une permittivité relative εr = 15, une tangente de pertes diélectriques tan

kA/m. La perméabilité du matériau magnétique, calcu

modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée GHz, cela rend possible notre objectif d’av

Champ FD

118

La structure est constituée d’une ligne microruban asymétrique et d’un stub au centre de la ligne déposés sur un substrat diélectrique-ferrite. Notons que la

. Sous le stub, il y a des

de cet isolateur est basé sur

couche de ferrite aimanté perpendiculairement à son plan est similaire à celui du circulateur de

dans un sens alors qu’une atténuation importante

métalliques jouent le rôle de perturbateurs, le champ principalement dans la couche d

Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de

rmant au niveau de la ligne (cas de la

ffet de déplacement de champs électromagnétiques généré

base nous avons montré la faisabilité de l’isolateur en utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms 15, une tangente de pertes diélectriques tan kA/m. La perméabilité du matériau magnétique, calcu

modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée GHz, cela rend possible notre objectif d’avoir un isolateur qui fonctionne au

²DDE DDDE (b) F DDE

roruban asymétrique et d’un stub au centre de Notons que la

. Sous le stub, il y a des vias métalliques de rayon

est basé sur l’effet

ferrite aimanté perpendiculairement à son plan est similaire à celui du circulateur de Hines :

une atténuation importante

métalliques jouent le rôle de perturbateurs, le champ dans la couche d

Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de

rmant au niveau de la ligne (cas de la

ffet de déplacement de champs électromagnétiques généré

base nous avons montré la faisabilité de l’isolateur en utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms 15, une tangente de pertes diélectriques tan kA/m. La perméabilité du matériau magnétique, calcu

modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée

oir un isolateur qui fonctionne au

S12

roruban asymétrique et d’un stub au centre de Notons que la largeur des lignes d’accès

métalliques de rayon

’effet de déplacement de champ ferrite aimanté perpendiculairement à son plan

Hines : une transmissio

une atténuation importante dans le sens inverse métalliques jouent le rôle de perturbateurs, le champ

dans la couche diélectrique

Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de

rmant au niveau de la ligne (cas de la Fig.

ffet de déplacement de champs électromagnétiques généré selon la direction de

base nous avons montré la faisabilité de l’isolateur en utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms 15, une tangente de pertes diélectriques tan kA/m. La perméabilité du matériau magnétique, calcu

modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée

oir un isolateur qui fonctionne au

roruban asymétrique et d’un stub au centre de largeur des lignes d’accès métalliques de rayon R traversant

de déplacement de champ ferrite aimanté perpendiculairement à son plan

une transmission de l’onde dans le sens inverse métalliques jouent le rôle de perturbateurs, le champ

iélectrique supérieure Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de

4.11b).

selon la direction de

base nous avons montré la faisabilité de l’isolateur en utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

Le matériau magnétique présente une magnétisation à saturation Ms = 1400 15, une tangente de pertes diélectriques tanδ =

kA/m. La perméabilité du matériau magnétique, calculée à partir du modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée oir un isolateur qui fonctionne au-delà de la roruban asymétrique et d’un stub au centre de largeur des lignes d’accès (w) traversant

de déplacement de champ ferrite aimanté perpendiculairement à son plan de l’onde dans le sens inverse métalliques jouent le rôle de perturbateurs, le champ supérieure au-Au niveau du stub, le fait de confiner encore plus le champ électrique grâce à l’effet d’ondes lentes, outre le fait que cela miniaturise le stub, devrait permettre également de

selon la direction de

base nous avons montré la faisabilité de l’isolateur en utilisant le matériau magnétique YIG pour travailler dans la bande de fréquences autour de

1400 Gauss, = 10¯⁴ et lée à partir du modèle de Polder, peut être présentée en fonction de la fréquence pour une valeur fixe du champ 4.12). La résonance de la perméabilité du matériau magnétique YIG est observée delà de la

119

Fig. 4.12 La perméabilité du matériau magnétique en fonction de la fréquence, calculée à partir du modèle de Polder

La Fig. 4.13 présente les performances de notre isolateur : un bon niveau d’isolation de 31 dB et de faibles pertes d’insertion de 1.87 dB à 10 GHz.

Fig. 4.13 Paramètres S de l’isolateur proposé

Les principales caractéristiques disponibles des isolateurs à ferrites décrits auparavant sont résumées dans le tableau 4.5 :

0 5 10 15 20

-20

-10

0

10

20

30

Fréquence [GHz]

µ

,

µ

,,

0 5 10 15 20

-20

-10

0

10

20

30

Fréquence [GHz]

κ

,

κ

,,

120

TABLEAU 4.5 Principales caractéristiques des isolateurs à ferrites

Isolateur Substrat Ferrite* H0 kOe Isolation Pertes d’insertion Réflexion Bande de fréquences utiles [HINES, 1971] Ferrite de magnésium 4πMs =1500G 2.45 24 dB 2.2 dB - 6 - 12 GHz [ARAKI, 1975] YIG 4πMs = 1750G, ∆H = 83 Oe - 35 dB 2.5 dB 20 dB 5 - 7 GHz [NOGUCHI, 1974] YIG 4πMs = 1750G 1.8 25 dB < 1 dB 18 4 – 8 GHz [KANE, 1990] Ferrite de magnésium 4πMs =1500G 2.45 24.6 dB @ 11GHz 1.38 dB @ 11GHz - 10 - 12 GHz [ALY, 2001] Ferrite de magnésium 4πMs =1500G 0.7 > 22 dB 2 dB - 4 - 9 GHz [ALY, 2002] Ferrite de Calcium-Vanadium 4πMs = 800 G, ∆H = 8 Oe - 20 dB 2 dB > 30 dB 2.5 - 5 GHz [WU, 2012] YIG 4πMs = 1750G 4 24.6 dB @13.5GHz 1.38 dB @ 13.5GHz 4 - 13.5 GHz CE TRAVAIL YIG 4πMs = 1400 G, ∆H = 10 Oe 2.7 31dB @10GHz 1.68 dB @ 10GHz > 30 dB 9.9 – 10.1 GHz * 1000 Gauss = 0.1 Tesla

4.3 Circulateurs hyperfréquences à jonction Y