Résonateurs diélectriques utilisant les échantillons développés avec le

A partir du prototype du paragraphe précédent, nous avons cherché à améliorer le concept de résonateur diélectrique en prenant en compte les limitations mises en évidence. Nous avons travaillé à la conception d’un filtre 3 pôles avec ces résonateurs diélectriques : cette conception a été réalisée par Aurélien Périgaud. Pour les résonateurs diélectriques, nous avons utilisé l’alumine faibles pertes compensée en température, développée conjointement avec le laboratoire Ircer. Cette collaboration nous permet notamment un accès à un large choix de compositions pour atteindre la stabilité thermique.

Pour éviter les problèmes de collage décrits pour le précédent dispositif, nous avons également choisi d’assembler en pression les résonateurs avec la cavité. La colle sert cependant à assembler la partie métallique avec le substrat. Un évidement plus important autour des vis de réglage doit également permettre plus d’impact sur l‘ajustement post-production de la réponse électromagnétique. Les résonateurs diélectriques étant maintenant en contact avec le substrat, sans interface de liaison, nous avons changé la forme de la ligne d’excitation. Cela a permis un assemblage sans superposition entre le résonateur et la ligne. La permittivité de ces résonateurs est de l’ordre de 13,5 (selon la composition), ce qui rend possible un dispositif plus volumineux à la fréquence à laquelle nous travaillons, et facilite par conséquent la procédure d’assemblage.

La Figure 115 présente les vues du dispositif. Les contraintes de temps de conception et de fabrication n’ont pas permis d’optimiser les tailles des résonateurs diélectriques pour garantir une isolation modale suffisante. La conception du filtre avec cette nouvelle taille de résonateur, pour laquelle le mode TE01 résonne à 20 GHz, génère une fréquence parasite proche de la bande passante. La solution mise en œuvre pour éviter cet inconvénient a été l’ajout de poches réparties à 120° les unes des autres, et proches des résonateurs pour décaler cette résonance parasite.

Figure 115 : conception d’un filtre trois pôles avec les échantillons de l’Ircer

La Figure 116 présente la réponse attendue en simulation. La compensation en température du prototype ne sera pas réalisée correctement car la composition utilisée est identique à celle utilisée pour le chapitre précédent. Or, la taille de la cavité en aluminium est ici réduite, et sa compensation nécessiterait une composition amenant un f négatif.

Figure 116 : simulation du filtre 3 pôles

La Figure 117 montre la réalisation de ce prototype, reportée sans colle sur le substrat. Cette première mesure a pour but de valider les améliorations mises en œuvre sans fixer définitivement les RD dans la cavité, pour permettre une réutilisation ultérieure. Bien que la bande passante ne soit pas centrée sur 20 GHz, nous observons une nette amélioration de la réponse mesurée, celle-ci possède la bonne largeur de bande passante (200 MHz) et une adaptation convenable sur le S11 (|S11| < -13 dB). La réalisation de la cavité en aluminium est cependant encore insuffisante (notamment à cause d’un délai de fabrication un peu court). Les RD ne sont pas correctement tenus dans la cavité à cause d’un trop grand jeu entre les pièces, nous ne maitrisons alors plus correctement la symétrie et les couplages aux accès. L’observation des matrices de couplages extraites (Figure 118) montre une différence

importante entre les couplages aux accès. Ceci, additionné à la présence de pertes non-maitrisées sur les résonateurs d’entrée et de de sortie, est à l’origine des différences observées entre les paramètres S11 et le S22.

Les vis de réglages permettent dans ce cas de compenser une grande partie des tolérances de fabrications, mais leur dynamique de réglage est encore insuffisante pour recentrer correctement le filtre. La réponse est notamment beaucoup plus basse en fréquence à cause d’une côte de fabrication non respectée, qui augmente de quelques millimètres la taille de la cavité. Une itération supplémentaire de conception serait nécessaire pour atteindre une réponse en accord avec la simulation. Le concept prouve ici son indépendance vis-à-vis du report, aucun des composants ne sont collés pour cette mesure.

Figure 117 : mesure du prototype de filtre à RD 3 pôles, visualisation du prototype.

Figure 118 : rétro-analyse de la réponse du filtre mesuré, comparée à l’extraction de matrice de la réponse simulée

Ce concept étant un des plus prometteur, nous avons également travaillé sur une autre topologie de filtre. Les Figure 119 et 120 présente un filtre avec 4 pôles et 2 zéros de transmission, et sa réponse en paramètres S. Nous utilisons la flexibilité autorisée par cette technologie : un couplage supplémentaire entre les résonateurs d’entrée et de sortie a été effectué avec une ligne microruban pour créer les zéros de transmission autour de la bande passante.

Figure 119 : concept d’un filtre 4 pôles avec deux zéros de transmission

Figure 120 : simulation du concept du filtre à 4 pôles et 2 zéros

La solution de filtre à RD compensé en température apparait comme très satisfaisante. La réalisation fonctionnelle nécessitera 2 ou 3 cycles de prototypage, pour vérifier la faisabilité de la fonction hyperfréquence, le f du RD adéquat sera alors déterminé pour la compensation en température (qui dépend de la géométrie de la cavité).

IV.3.3. Mesures en température

Seul le filtre à résonateur E3634 (Figure 122) a pu être mesuré en température à cause des contraintes énoncées en IV.2.2. Le filtre est surcompensé par les résonateurs comme le prévoit la simulation (Figure 121). La composition optimale selon les contraintes de température n’a pas pu être utilisée : la taille des échantillons ayant été imposée, nous avons dû réaliser une optimisation sur la réponse électromagnétique, et non pas sur la réponse en température.

Figure 121 : simulation en température du filtre à résonateur diélectrique E3634

Figure 122 : mesure en température du filtre à résonateur diélectrique E3034