Soutenance mémoire
Les matériaux ferroélectriques
Les matériaux ferroélectriques sont des diélectriques qui possèdent une polarisation spontanée qui peut être orientée sous l’application d’un champ électrique. Ces matériaux ont une permittivité relative très élevée qui dépend de la température, de champ appliqué et de la contrainte mécanique.Certains diélectriques présentent des dipôles permanents. L’orientation moyenne des dipôles est provoquée par une application d’un champ électrique et donne naissance à une polarisation macroscopique. Des effets de désorientation de dipôle provoquent la disparition de la polarisation lorsqu’on coupe le champ. Parmi les 32 classes cristallines, 11 possèdent un centre de symétrie et ne présentent donc pas de moment dipolaire. Les 21 autres classes sont non centro symétriques, et parmi elles, toutes sauf une correspondent à des matériaux polarisables sous l’effet d’une contrainte mécanique. Cet effet piézoélectrique présente aussi un inverse, une déformation mécanique est provoquée lorsqu’on applique un champ électrique. Ces effets permettent la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique. A l’image des ferromagnétiques qui sont subdivisés en domaine dans lequel règne une aimantation spontanée, les matériaux ferroélectriques sont subdivisés en domaine où règne une polarisation Ps. Les ferroélectriques ont une caractéristique P(E) en forme d’hystérésis ce qui veut dire que leurs polarisations sont orientables et inversables. La polarisation à saturation sera atteinte une fois que tous les moments dipolaires s’orientent dans la direction du champ. Lors de la fabrication des matériaux ferroélectriques, la polarisation macroscopique est faible et on applique un champ électrique bien supérieur à une valeur que l’on appelle champ coercitif Ecqui une fois annulé laisse le matériau en état de polarisation rémanente Pr. Ce processus dit de poiling permettant l’orientation des moments dipolaires dans une direction donnée permet d’obtenir des propriétés piézoélectriques meilleures. Lors que le champ électrique appliqué dépasse la valeur –Ec, la polarisation change de sens et tend vers une valeur Psat.
Caractérisation électro- mécanique des couches minces piézoélectriques
En appliquant un champ électrique sur un matériau piézoélectrique, ce dernier se met à vibrer du fait de l’effet inverse de la piézoélectricité. Cette vibration engendre des charges électriques sur les électrodes du fait de l’effet piézoélectrique direct. A basse fréquence, en négligeant les pertes, le matériau se comporte comme une capacité vibrante. Dans ce cas la déformation est plus faible par rapport à la déformation maximale à la résonance. En augmentant la fréquence, on observe d’autres modes de vibration dont les pulsations correspondent à des harmoniques du mode de vibration fondamental.
La reconfiguration en haute fréquence
Ces dernières années, le secteur de télécommunication a connu un grand essor. La vente en masse des téléphones portables a permis au public d’accéder à la communication mobile, Depuis, les technologies sans fils ne cesse d‘évoluer : transfert des données par Bluetooth, internet via wifi, téléphonie mobile et communication 3G et 4G. Tout ceci est rendu possible grâce à la conception des circuits hyperfréquences qui permettent d’accéder sur un seul terminal toutes les gammes de services que les secteurs de télécommunication offrent au public. Les chercheurs ont adoptés les systèmes reconfigurables qui permettent de continuer le processus de miniaturisation des appareils de télécommunication mobile afin de permettre au secteur de la télécommunication sans fils de satisfaire les demandes d’accroissement des fonctionnalités et de l’autonomie des systèmes mobiles. Ce phénomène ouvre la voie à la conception des terminaux mobiles multistandards multinormes. La figure suivante présente une architecture dite superhétérodyne qui a été longtemps utilisée en raison de sa performance et sa sensibilité mais qui sont aujourd’hui remplacées par des architectures dites monolithiques.
Les transistors FET
Les FET (Field Effect Transistor) ou transistors à effet de champ sont des dispositifs constitués d’un canal dans lequel va circuler un courant modulé par l’application d’un champ électrique appliqué sur la grille. Dans le domaine de l’hyperfréquence, on utilise le plus souvent les transistors à effet de champ à barrière de Schottky ou MESFET. Le silicium est remplacé par de l’Arséniure de Gallium dans le but d’accroitre la mobilité des charges ou des Phosphures d’Indium (InP). Les fréquences des coupures peuvent atteindre jusqu’à 100 GHz. Pour la conception des dispositifs agiles, les transistors FET sont associés à des capacités variables pour permettre la compensation des pertes via la réalisation des résistances négatives. On peut aussi les utiliser comme capacité négative afin d’accroitre les dynamiques de variations des dispositifs ou en tant qu’interrupteurs. Les FET présentent une tension de commande intéressante de 3 à 5V, de consommation de puissance très faible et de temps de réponse inférieur à 100 ns. Par contre, leur résistance en série très élevée limite leur utilisation dans les hautes fréquences à cause des pertes d’insertion.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I. LES MATERIAUX POUR LA RECONFIGURATION
I-1. Les matériaux ferroélectriques
I-2. Les matériaux piézoélectriques
I-3. Les matériaux ferromagnétiques
I-4 L’effet magnétoélectrique
CHAPITRE II. MODELISATION DE L’EFFET MAGNETOELECTRIQUE
II-1. Equation d’équilibre
II-2. Modélisation des matériaux magnétostrictifs
II-3. Comportement piézomagnétique
II-4. Aspect microscopique des matériaux magnétostrictifs
CHAPITRE III. LES TECHNOLOGIE POUR LA RECONFIGURATION
III-1. La reconfiguration en haute fréquence
III-2. Les solutions technologiques pour la reconfiguration
III-3. Comparaison des différentes solutions technologiques
III-4. Conclusion
CHAPITRE IV. LA METHODE DES ELEMENTS FINIS
IV-1.Probleme de la modélisation
IV-2. Principe de la méthode des éléments finis
IV-3. Les types des équations aux dérivées partielles
IV-4 Conditions aux limites
IV-5. Formulation faible et variationnelle
IV-6. Méthode de Ritz
IV-7. Eléments finis de Lagrange
IV-8. Operateur de P-interpolation
IV-9. Le maillage
IV-10. Les éléments et leurs fonctions d’interpolation
IV-11. Utilisation d’un logiciel en éléments finis
CHAPITRE V. RESULTATS DES SIMULATIONS
V-1. Simulation d’un couplage magnétoélectrique
V-2, Simulation d’un filtre a noyau magnétodiélectrique
V-3. Conclusion
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