LES COMPOSANTS PASSIFS NON RECIPROQUES

les composants planaires passifs non réciproques sont des composants micro-onde utilisésdans le domaine des télécommunications. Parmi ces composants on retrouve les isolateurset les circulateurs qui sont des dispositifs planaires non réciproques dont l’intérêt est d’assurer le passage du signal dans un sens et de l’isoler dans l’autre. Ils se basent sur les phénomènes magnétiques à hautes fréquences comme le phénomène de gyrorésonance, le déplacement de champ et l’effet Faraday. Ces dispositifs sont constitués de substrats de ferrites sur lesquels sont structurés les motifs du composant.Dans ce chapitre nous allons présenter les généralités sur les quadripôles passifs non-réciproques. Ensuite viendra une partie sur les différents types de lignes de transmission planaires avec leurs constituants. Et enfin une dernière partie sur les différents types de dispositifs non réciproques existants et plus particulièrement les isolateurs avec leurs applications dans le domaine des hyperfréquences et leurs performances seront présentées.Un multipôle est un circuit constitué de plusieurs ports (lignes) de connexion reliés à un noyau central. Chaque port est parcouru par une onde entrante qui se propage du port vers le noyau et une onde sortante qui se propage du noyau vers l’extérieur. Sur la figure (2) on observe plusieurs ports qui vont de P1 à Pn et les ondes entrantes sont notées Ai et et les ondes sortantes sont notées Bi, avec i =1 à n, ces grandeurs sont reliées entre elles par les paramètres Sij [1] [2] : Les paramètres S sont des coefficients de pondération utilisés dans les domaines des hy- perfréquences. Ces paramètres appelés coefficients de diffraction ou de répartition et notés Sij, permettent de déterminer le comportement électromagnétique d’un composant.

Les lignes de transmissions planaire

Une ligne de transmission ou un guide est un ensemble d’un ou de plusieurs conducteurs qui permet de transporter un signal électrique d’un émetteur (source) vers un récepteur (charge) [1].Il existe différents types de lignes de transmission, et celles qui sont utilisées dans les technologies planaires sont les lignes microrubans, les lignes à fentes et les lignes coplanaires. On retrouve aussi les guides d’onde métalliques (rectangulaire et circulaire) qui sont utilisés comme des lignes de transmission.Ces lignes sont caractérisées par des paramètres principaux. Ces paramètres sont l’impédance caractéristique ZC , une vitesse de propagation V ϕ, une constante d’affaiblissement α et une fréquence de coupure fc. Lorsqu’une onde électromagnétique se propage, il existe trois différents modes possible de transmissions de l’onde dans le composant micro-onde suivant l’axe de propagation (axe z ) : mode Transverse Electromagnétique (TEM), mode Transverse Electrique (TE) et mode Trans- verse Magnétique (TM).• Mode TEMLe mode Transverse Electromagnétique (TEM) est un mode de propagation où les champs élec- triques et magnétiques suivant la direction de propagation z sont tous nuls (Ez = 0 et Hz = 0). Dans le mode TEM ni le champ électrique ni le champ magnétique ne sont orientés dans la direction de propagation. • Mode TELe mode Transverse Electrique (TE) est un mode de propagation où le champ électrique est nul suivant z (Ez = 0) alors que le champ magnétique normal au champ électrique n’est pas nul suivant z (Hz 6= 0). C’est-à-dire que le champ E est perpendiculaire à la direction de pro- pagation. Dans ce mode il n’existe pas de champ électrique dans la direction de la propagation. Ce mode s’appelle parfois mode H parce qu’il y a seulement un champ magnétique le long de la direction de la propagation.

Mode TMLe mode Transverse Magnétique (TM) est un mode de propagation où le champ magnétique est nul suivant z (Hz = 0) alors que le champ électrique normal au champ magnétique ne l’est pas (Ez 6= 0). C’est-à-dire que le champ H est perpendiculaire à la direction de propagation. Dans Les technologies planaires sont des technologies modernes de circuits micro-électroniques imprimés, utilisés dans le domaine des télécommunications, conçus pour le passage de faibles puissances. L’avantage de ces technologies est de diminuer le volume du composant par rapport aux guides creux, afin de résoudre le problème d’encombrement du circuit.Cette miniaturisation est l’objectif principal de la technologie planaire afin d’obtenir un com- posant qui répond aux critères suivant [4] :La ligne microruban est une ligne de transmission très utilisée pour la fabrication des circuits à micro-ondes. Cette ligne est constituée d’une ligne conductrice de largeur W déposée sur un substrat de diélectrique de permittivité relative r et d’épaisseur h sous lequel une couche de métal est déposé sur toute la surface pour constituer le plan de masse. [5]La ligne microruban possède un substrat qui est un support mécanique. Ce support influe sur les propriétés de la ligne via ses paramètres constitutifs que sont la permittivité r et la perméabilité µr. Ce substrat présente des pertes diélectriques représentées par tgδ.En prenant un exemple d’une ligne microstrip adaptée, son impédance caractéristique est Z0 = 50Ω.Les paramètres électriques de la ligne microstrip dépendent de la permittivité relative du sub- strat, de son épaisseur h et de la largeur du ruban W.En faisant une simulation avec le logiciel HFSS (High Frequency Structure Simulation), qui est un logiciel de simulation de structures en 3D, les résultats de propagation des champs électriques et magnétiques sont présentés sur la figure ci-dessous.