EP0082752A1 - Broad-band, high-power non-reciprocal microwave device, and application thereof - Google Patents

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EP0082752A1
EP0082752A1 EP82402239A EP82402239A EP0082752A1 EP 0082752 A1 EP0082752 A1 EP 0082752A1 EP 82402239 A EP82402239 A EP 82402239A EP 82402239 A EP82402239 A EP 82402239A EP 0082752 A1 EP0082752 A1 EP 0082752A1
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EP
European Patent Office
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ferrite
field
single crystal
circulator
function
Prior art date
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Granted
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EP82402239A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0082752B1 (en
Inventor
Gérard Forterre
Julien Prevot
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Filing date
Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/32Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38Circulators
    • H01P1/383Junction circulators, e.g. Y-circulators
    • H01P1/387Strip line circulators

Definitions

  • the present invention relates to a non-reciprocal microwave device with electromagnetic waves, such as for example a Y-gate circulator with three doors, intended to operate simultaneously over a very wide frequency band and at a high power level, and this in a wide range of temperatures.
  • a non-reciprocal microwave device with electromagnetic waves such as for example a Y-gate circulator with three doors, intended to operate simultaneously over a very wide frequency band and at a high power level, and this in a wide range of temperatures.
  • a non-reciprocal device is a device whose transmission characteristics change according to the direction of propagation of the waves through said device.
  • non-reciprocal microwave devices comprising at least one piece of ferrimagnetic or gyromagnetic material, such as for example junction circulators
  • a continuous polarizing magnetic field known as a saturating static field. the material, and lower than the gyromagnetic resonance field so as to obtain very low magnetic losses.
  • junction circulator mainly comprises a conductor with three branches inserted between two discs of polycrystalline ferrimagnetic material, and two ground planes disposed respectively on either side of the two discs.
  • junction circulator operates on a very low frequency band, the ratio of extreme frequencies being of the order of 1.08.
  • the peak power proportional to the square of the microwave field, must not reach a level critical beyond which the transmission is affected by non-linear effects resulting in additional magnetic losses, thereby destroying the performance of the circulator.
  • These nonlinear effects are due to the fact that the electronic spins do not remain parallel to each other in their movements and that there are first and / or second order spin waves, the simultaneous excitation of the first and second spin waves. second orders occurring in an area surrounding the gyromagnetic resonance.
  • a minimal microwave critical field is thus defined from which such effects appear, this critical field being a function of the applied static field.
  • this circulator operates over a wide frequency band, and that the damping on the edges of the resonance for a polycrystalline ferrimagnetic material disappears only slowly due to the causes of widening of the resonance line mentioned above, for certain crystallites there is a simultaneous excitation of the first and second order spin waves. Under these conditions, the minimum microwave critical field takes on a very low value, so that the circulator can only withstand a low level of peak power in a large part of its operating band.
  • the object of the present invention is to provide a non-reciprocal microwave device, such as a junction circulator, operating at the same time over a very wide frequency band, the ratio of the extreme frequencies being greater than 2.75, at a high level. peak power, greater than 2 kW, and in a wide temperature range, between -40 ° C and + 100 ° C.
  • a non-reciprocal microwave device such as a junction circulator
  • the subject of the invention is a non-reciprocal microwave device with a wide frequency band and a high power level, comprising at least one piece of ferrimagnetic material and means for applying a polarizing magnetic field saturating the material, characterized in that the material is a single crystal, and in that the single crystal is oriented along a determined crystallographic axis so that the variation of the anisotropy field as a function of the temperature compensates for the variations of the saturation magnetization and of the applied magnetic field as a function of the temperature, thus making it possible to maintain in a stable manner as a function of the temperature the width of resonance line of the single crystal and the minimum frequency of said band.
  • the invention also relates to a use of the microwave device according to the invention, this use being characterized in that the device constitutes a Y-junction circulator of the triplate type.
  • the magnetic permeability u is also a complex quantity written: where ⁇ "represents the magnetic losses in the ferrite.
  • a ferrite for example in the form of a disc of axis of symmetry Oz, to which is applied a continuous magnetic field of polarization H, said static field, and capable of saturating the ferrite, it is created a field inside the ferrite, H uniform and directed according to Oz.
  • the internal field H o is equal to: where ⁇ o is the permeability of the vacuum
  • M is the saturation magnetization, in S.I. units.
  • N z is the demagnetizing factor in the direction Oz.
  • FIG. 1 represents, as a function of the pulsation w, on the one hand in solid lines the variation of ⁇ '(real part of the magnetic permeability u), and on the other hand in dotted lines the variation of the losses ⁇ "(imaginary part permeability ⁇ ), for a monocrystalline ferrimagnetic material in the saturated state, polarized below the gyromagnetic resonance, and intended for the production of a non-reciprocal microwave device, such as for example a Y junction circulator of the type triplate, or of the waveguide type, according to the invention.
  • a non-reciprocal microwave device such as for example a Y junction circulator of the type triplate, or of the waveguide type, according to the invention.
  • the shape of the curve ⁇ characterizes the known phenomenon of gyromagnetic resonance in region I, called the resonance loss zone, the resonance pulsation w eff corresponding to ⁇ " max .
  • the width of the resonance line ⁇ H is defined as the width at mid-height of the curve ⁇ ".
  • the maximum operating frequency F max also depends on the saturation magnetization M 5 ; in general, the maximum pulsation w is substantially equal to 2 ⁇ M.
  • a field of polarization known as weak field is applied to each ferrite, defined as being the field less than that necessary to create the gyromagnetic resonance in the useful function band ment; thus region II represented in FIG. 1, and in which the circulator operates, is said to be a weak field operating zone.
  • FIG. 2 represents, as a function of the pulsation w, on the one hand in solid lines the variation of the losses ⁇ "for a polycrystalline ferrite, and on the other hand in dotted lines the variation of these same losses ⁇ " for a monocrystalline ferrite.
  • the width of resonance line AH of a polycrystalline ferrite is significantly greater than that of a monocrystalline ferrite of the same composition. This is due to the fact that each crystallite of a polycrystal resonates at a different frequency, thus each defining a specific resonance line width, so that the overall resonance line width of the polycrystal is equal to the sum of the line widths of crystallite resonance.
  • the use of two identical monocrystalline ferrites in a Y-junction circulator according to the invention makes it possible to determine a minimum operating frequency F min significantly lower than that of a circulator with two identical polycrystalline ferrites according to the prior art , and therefore makes it possible to widen the useful operating band of the circulator, the maximum frequencies in the two cases being substantially equal.
  • the minimum frequency F min of a circulator with monocrystalline ferrites will be determined so that we have:
  • the peak power is directly linked to the critical microwave field h from which non-linear effects (first and / or second order spin waves) appear.
  • This critical microwave field h takes a minimum value for a so-called subsidiary static field, and tends towards a very large value for a limit static field beyond which there are no longer first order spin waves.
  • spin waves is related to the damping of the spin movement, these waves occurring all the more easily as this movement is less damped.
  • a line of wave lines of spin AH k we introduce, as is known, a line of wave lines of spin AH k .
  • the first and second order spin waves are excited simultaneously in an area surrounding the gyromagnetic resonance, depending on the dimensions of the ferrite, and for which the minimum critical field (h c ) min is very small, of such that a wide-frequency Y-junction circulator can only support a low peak power level there. Consequently, it proves essential to operate such a circulator outside this zone so as to avoid the simultaneous excitation of the first and second order spin waves.
  • the passage from a polycrystalline ferrite to a monocrystalline ferrite makes it possible to move down the upper limit of the area in which produces the coincidence between the first and second order spin waves, so that the monocrystalline ferrite circulator, according to the invention, and operating outside said zone, has a wider useful band than that of a circulator with polycrystalline ferrites, and can simultaneously withstand a relatively high peak power.
  • each monocrystalline ferrite is doped with relaxing ions, that is to say ions increasing the linewidth of spin waves ⁇ H k , thereby increasing the minimum value of the hyper-frequency critical field (h c ) min for an applied static field H equal to N z M s sell relation (1).
  • the ions of cobalt will be chosen as relaxing ions.
  • rare earth ions will be used, for example such as Dysprosium or Holmium ions, making it possible to increase the line width of spin waves ⁇ H k .
  • a ferrite single crystal is anisotropic, that is to say that its properties depend on the direction envisaged. This anisotropy results in the fact that spontaneous magnetization has a natural tendency to orient itself in certain privileged crystal directions. Thus, to make the spontaneous magnetization take a direction different from these privileged directions, it is necessary to provide a certain work, called magnetocrystalline energy.
  • H anisotropy field collinear with the applied static field H, and whose influence depends on the orientation of each crystallite with respect to said applied static field.
  • H anisotropy field collinear with the applied static field H, and whose influence depends on the orientation of each crystallite with respect to said applied static field.
  • the anisotropy field for a Nickel ferrite is negative, while it is positive for a Cobalt ferrite.
  • the anisotropy field of negative origin becomes positive.
  • the variations of the applied field H and of the saturation magnetization M s are compensated as a function of the temperature by the variations of the anisotropy field H anis as a function of the temperature, the field d anisotropy thus playing the role of an element for adjusting the stability of the resonance line width, and therefore the minimum operating frequency, as a function of the temperature. Consequently, the minimum microwave critical field (h c ) min at the minimum operating frequency F min is kept constant, ensuring the maintenance of the high level of the admissible peak power.
  • This compensation for the different variations as a function of temperature by the anisotropy field H anis is obtained by a particular orientation of the monocrystalline ferrite with respect to the applied static field H.
  • This orientation of the single crystal is carried out along a determined crystallographic axis so that it corresponds to the most stable value as a function of the temperature of the magnetic field H inside the ferrite, defined by:
  • the crystallographic orientation axis of the single crystal to be retained is obtained experimentally or by calculations, and is different depending on the type of monocrystalline ferrite used.
  • the preferred orientation of the single crystal is the axis [00] in the cubic lattice.
  • the single crystal is then cut for example in the form of one or more discs whose axis of symmetry is oriented relative to the crystallographic axes of the medium.
  • the surface condition of the discs can be obtained either by fine lapping or by optical polishing.
  • Figures 3 and 4 show sectional views of a Y-junction circulator of the triplate type.
  • This circulator comprises two ground planes 10 and 11 respectively disposed on either side of two discs (13, 14) made of monocrystalline ferrite, such as for example nickel ferrite, doped with Cobalt ions, and oriented for example along the crystallographic axis [100]. Note that the two discs have the same crystallographic orientation, so that their respective resonant line widths are superimposed, thereby obtaining the lowest possible minimum operating frequency.
  • a central conductor 15 with three branches forming between them an angle of 120 °.
  • each branch of the conductor 15 ends in a tongue 17 intended to be fixed, for example by welding, to a connector 19 of which only one has been shown in this figure.
  • the polarization magnetic field applied to the two ferrite discs 13 and 14 is established by a permanent magnet constituted by discs 21 housed in recesses 22 and 23 formed respectively in the ground planes 10 and 11.
  • crowns of dielectric material each inserted between a ground plane and the central conductor, these crowns surrounding the ferrite discs.

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Abstract

1. Non-reciprocal, wide frequency band, high power level microwave device comprising at least one member of ferrimagnetic material and means for applying a magnetic polarization field whereby the material is saturated, characterized in that the material is a monocrystal and in that the monocrystal is oriented along a crystallographic axis determined in such a manner that the variation of the anisotropy field as a function of the temperature compensates for the variations of the saturation magnetization and of the applied magnetic field as a function of the temperature, thus permitting to maintain stable as a function of the temperature the resonance line width of the monocrystal and the minimum frequency of said band.

Description

La présente invention concerne un dispositif hyperfréquence non réciproque à ondes électromagnétiques, tel que par exemple un circulateur à jonction Y à trois portes, destiné à fonctionner simul- ta nément sur une très large bande de fréquence et à un haut niveau de puissance, et ceci dans une grande gamme de température.The present invention relates to a non-reciprocal microwave device with electromagnetic waves, such as for example a Y-gate circulator with three doors, intended to operate simultaneously over a very wide frequency band and at a high power level, and this in a wide range of temperatures.

On appelle dispositif non réciproque un dispositif dont les caractéristiques de transmission changent suivant le sens de propagation des ondes à travers ledit dispositif.A non-reciprocal device is a device whose transmission characteristics change according to the direction of propagation of the waves through said device.

D'une manière générale, pour des dispositifs hyperfréquences non réciproques comportant au moins une pièce en matériau ferrimagnétique ou gyromagnétique, tels que par exemple les circulateurs à jonction, il est connu d'appliquer un champ magnétique continu de polarisation, dit champ statique, saturant le matériau, et inférieur au champ de résonance gyromagnétique de façon à obtenir de très faibles pertes magnétiques.In general, for non-reciprocal microwave devices comprising at least one piece of ferrimagnetic or gyromagnetic material, such as for example junction circulators, it is known to apply a continuous polarizing magnetic field, known as a saturating static field. the material, and lower than the gyromagnetic resonance field so as to obtain very low magnetic losses.

D'autre part, on connaît déjà diverses structures de circulateur à jonction utilisant un matériau ferrimagnétique polarisé en dessous de la résonance gyromagnétique et à l'état saturé. L'une d'entre elles, de type triplaque, est décrite dans le certificat d'addition français n° 2 344 141 accordé à la Demanderesse, concernant : "Circulateur à jonction pour transmission à haut niveau de puissance en hyperfréquence". Selon ce certificat d'addition, le circulateur à jonction comporte principalement un conducteur à trois branches inséré entre deux disques en matériau ferrimagnétique polycristallin, et deux plans de masse disposés respectivement de part et d'autre des deux disques.On the other hand, various structures of a junction circulator are already known using a ferrimagnetic material polarized below the gyromagnetic resonance and in the saturated state. One of them, of the triplate type, is described in the French certificate of addition no. 2,344,141 granted to the Applicant, concerning: "Junction circulator for transmission at high power level at microwave frequency". According to this certificate of addition, the junction circulator mainly comprises a conductor with three branches inserted between two discs of polycrystalline ferrimagnetic material, and two ground planes disposed respectively on either side of the two discs.

Cependant, un tel circulateur à jonction fonctionne sur une très faible bande de fréquence, le rapport des fréquences extrêmes étant de l'ordre de 1,08.However, such a junction circulator operates on a very low frequency band, the ratio of extreme frequencies being of the order of 1.08.

Cette faible bande passante est liée notamment à la détermination de la fréquence minimale de fonctionnement qui dépend de la valeur maximale de l'aimantation à saturation. Ainsi, pour un matériau ferrimagnétique polycristallin, on sait que la largeur de raie de résonance est relativement grande en raison du phénomène connu de résonance gyromagnétique dite naturelle, de sorte que ladite fréquence minimale de fonctionnement doit être nettement supérieure à la fréquence de ladite résonance, ce qui a pour effet de réduire la largeur de bande du circulateur. De plus, dans un matériau polycristallin, il existe des causes connues d'élargissement de la raie de résonance, conduisant à une "perte" de la bande de fonctionnement recherchée, observée dans le bas de la bande de fréquence lorsque le matériau est à l'état juste saturé. Ces causes sont essentiellement dues :

  • - à l'existence de l'anisotropie magnétocristalline se traduisant par un champ d'anisotropie dont l'influence dépend de l'orientation de chaque cristallite par rapport au champ appliqué de polarisation ;
  • - à l'existence de champs démagnétisants locaux dus en particulier à l'effet de porosité dans le matériau et à la forme et dimensions de chaque cristallite.
This low bandwidth is linked in particular to the determination of the minimum operating frequency which depends on the maximum value of the saturation magnetization. Thus, for a polycrystalline ferrimagnetic material, it is known that the width of the resonance line is relatively large due to the known phenomenon of so-called natural gyromagnetic resonance, so that said minimum operating frequency must be significantly greater than the frequency of said resonance, which has the effect of reducing the bandwidth of the circulator. In addition, in a polycrystalline material, there are known causes of widening of the resonance line, leading to a "loss" of the desired operating band, observed at the bottom of the frequency band when the material is at just saturated state. These causes are mainly due to:
  • - the existence of magnetocrystalline anisotropy resulting in an anisotropy field whose influence depends on the orientation of each crystallite with respect to the applied polarization field;
  • - the existence of local demagnetizing fields due in particular to the porosity effect in the material and to the shape and dimensions of each crystallite.

On connaît également un circulateur à jonction du type triplaque tel que décrit dans le certificat d'addition français cité précédemment, c'est-à-dire utilisant deux disques en matériau ferrimagnétique polycristallin, qui opère sur une large bande de fréquence, le rapport des fréquences extrêmes étant de l'ordre de 2,25, dans une grande gamme de température, comprise entre -40°C et +IOO°C, mais ceci uniquement à bas niveau de puissances crête et moyenne, la puissance de crête étant de l'ordre de 100 W.There is also known a triplate junction circulator as described in the French addition certificate cited above, that is to say using two discs of polycrystalline ferrimagnetic material, which operates over a wide frequency band, the ratio of extreme frequencies being of the order of 2.25, in a large temperature range, between -40 ° C and + IOO ° C, but this only at low level of peak and average powers, the peak power being of l '' order of 100 W.

L'obtention d'un bas niveau de puissance en hyperfréquence pour un tel circulateur à ferrites polycristallins s'explique de la manière suivante.Obtaining a low microwave power level for such a polycrystalline ferrite circulator can be explained as follows.

Comme cela est connu, la puissance de crête, proportionnelle au carré du champ hyperfréquence, ne doit pas atteindre un niveau critique au-delà duquel la transmission est affectée d'effets non linéaires se traduisant par des pertes magnétiques supplémentaires, détruisant dès lors les performances du circulateur. Ces effets non linéaires sont dus au fait que les spins électroniques ne restent pas parallèles entre eux dans leurs mouvements et que se produisent des ondes de spin du premier et/ou du deuxième ordre, l'excitation simultanée des ondes de spin du premier et du deuxième ordres se produisant dans une zone entourant la résonance gyromagnétique.As is known, the peak power, proportional to the square of the microwave field, must not reach a level critical beyond which the transmission is affected by non-linear effects resulting in additional magnetic losses, thereby destroying the performance of the circulator. These nonlinear effects are due to the fact that the electronic spins do not remain parallel to each other in their movements and that there are first and / or second order spin waves, the simultaneous excitation of the first and second spin waves. second orders occurring in an area surrounding the gyromagnetic resonance.

On définit ainsi un champ critique hyperfréquence minimal à partir duquel apparaissent de tels effets, ce champ critique étant fonction du champ statique appliqué.A minimal microwave critical field is thus defined from which such effects appear, this critical field being a function of the applied static field.

Etant donné que ce circulateur fonctionne sur une large bande de fréquence, et que l'amortissement sur les bords de la résonance pour un matériau ferrimagnétique polycristallin ne disparaît que lentement en raison des causes d'élargissement de la raie de résonance citées ci-dessus, il se produit pour certains cristallites une excitation simultanée des ondes de spin du premier et du deuxième ordres. Dans ces conditions, le champ critique hyperfréquence minimal prend une valeur très faible, de sorte que le circulateur ne peut que supporter un bas niveau de puissance de crête dans une partie importante de sa bande de fonctionnement.Given that this circulator operates over a wide frequency band, and that the damping on the edges of the resonance for a polycrystalline ferrimagnetic material disappears only slowly due to the causes of widening of the resonance line mentioned above, for certain crystallites there is a simultaneous excitation of the first and second order spin waves. Under these conditions, the minimum microwave critical field takes on a very low value, so that the circulator can only withstand a low level of peak power in a large part of its operating band.

La présente invention a pour but de proposer un dispositif hyperfréquence non réciproque, tel qu'un circulateur à jonction, fonctionnant à la fois sur une très large bande de fréquence, le rapport des fréquences extrêmes étant supérieur à 2,75, à un haut niveau de puissance de crête, supérieur à 2 kW, et dans une grande gamme de température, comprise entre -40°C et +100°C.The object of the present invention is to provide a non-reciprocal microwave device, such as a junction circulator, operating at the same time over a very wide frequency band, the ratio of the extreme frequencies being greater than 2.75, at a high level. peak power, greater than 2 kW, and in a wide temperature range, between -40 ° C and + 100 ° C.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif hyperfréquence non réciproque à large bande de fréquence et à haut niveau de puissance, comportant au moins une pièce en matériau ferrimagnétique et des moyens pour appliquer un champ magnétique de polarisation saturant le matériau, caractérisé en ce que le matériau est un monocristal, et en ce que le monocristal est orienté suivant un axe cristallographique déterminé de telle sorte que la variation du champ d'anisotropie en fonction de la température compense les variations de l'aimantation à saturation et du champ magnétique appliqué en fonction de la température, permettant ainsi de maintenir de façon stable en fonction de la température la largeur de raie de résonance du monocristal et la fréquence minimale de ladite bande.To this end, the subject of the invention is a non-reciprocal microwave device with a wide frequency band and a high power level, comprising at least one piece of ferrimagnetic material and means for applying a polarizing magnetic field saturating the material, characterized in that the material is a single crystal, and in that the single crystal is oriented along a determined crystallographic axis so that the variation of the anisotropy field as a function of the temperature compensates for the variations of the saturation magnetization and of the applied magnetic field as a function of the temperature, thus making it possible to maintain in a stable manner as a function of the temperature the width of resonance line of the single crystal and the minimum frequency of said band.

L'invention vise également une utilisation du dispositif hyperfréquence selon l'invention, cette utilisation étant caractérisée par le fait que le dispositif constitue un circulateur à jonction Y du type triplaque.The invention also relates to a use of the microwave device according to the invention, this use being characterized in that the device constitutes a Y-junction circulator of the triplate type.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :

  • - la figure 1 représente des courbes explicatives de phénomènes physiques liés à un ferrite monocristallin ;
  • - la figure 2 représente des courbes des pertes magnétiques respectivement pour un ferrite monocristallin et un ferrite polycristallin ;
  • - la figure 3 est une vue en coupe d'un circulateur à jonction Y du type triplaque réalisé selon l'invention ; et
  • - la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3.
Other characteristics and advantages of the invention will appear better in the detailed description which follows and refers to the appended drawings, given only by way of example and in which:
  • - Figure 1 shows explanatory curves of physical phenomena related to a monocrystalline ferrite;
  • - Figure 2 shows the magnetic loss curves respectively for a monocrystalline ferrite and a polycrystalline ferrite;
  • - Figure 3 is a sectional view of a Y-junction circulator of the triplate type produced according to the invention; and
  • - Figure 4 is a sectional view along the line IV-IV of Figure 3.

On rappellera tout d'abord qu'un matériau ferrimagnétique ou gyromagnétique, constitué par un ferrite appartenant à la classe des ferrites pour hyperfréquences, auquel on applique un champ magnétique hyperfréquence h de pulsation ω= 2 π f, est le siège d'un champ d'aimantation M lié au champ h par la relation matricielle :

Figure imgb0001
où µo est la perméabilité du vide
[X] est définie comme la susceptibilité magnétique tensorielle du ferrite, appelée tenseur de Polder.First of all, it will be recalled that a ferrimagnetic or gyromagnetic material, constituted by a ferrite belonging to the class of ferrites for microwave, to which a microwave magnetic field h of pulsation ω = 2 π f is applied, is the seat of a field magnetization M linked to the field h by the matrix relation:
Figure imgb0001
where µ o is the permeability of the vacuum
[ X] is defined as the tensorial magnetic susceptibility of ferrite, called the Polder tensor.

De plus, on sait qu'en raison des pertes magnétiques présentées par le champ d'aimantation M, la susceptibilité magnétique X est une quantité complexe s'écrivant :

Figure imgb0002
In addition, we know that due to the magnetic losses presented by the magnetization field M, the magnetic susceptibility X is a complex quantity written:
Figure imgb0002

En outre, il est connu de caractériser les ferrites pour hyperfréquences par ce qu'on appelle la perméabilité magnétique du ferrite µ définie par la relation matricielle :

Figure imgb0003
où µo est la perméabilité du vide

  • B est l'induction magnétique
  • h est le champ magnétique hyperfréquence.
In addition, it is known to characterize microwave ferrites by what is called the magnetic permeability of ferrite µ defined by the matrix relationship:
Figure imgb0003
where µ o is the permeability of the vacuum
  • B is magnetic induction
  • h is the microwave magnetic field.

Comme on sait que l'induction magnétique B présente également des pertes magnétiques, la perméabilité magnétique u est aussi une quantité complexe s'écrivant :

Figure imgb0004
où µ "représente les pertes magnétiques dans le ferrite.As we know that the magnetic induction B also presents magnetic losses, the magnetic permeability u is also a complex quantity written:
Figure imgb0004
where µ "represents the magnetic losses in the ferrite.

On notera que la perméabilité magnétique µ est liée à la susceptibilité magnétique X par la relation :

Figure imgb0005
It will be noted that the magnetic permeability µ is linked to the magnetic susceptibility X by the relation:
Figure imgb0005

D'autre part, on sait que pour un ferrite, par exemple en forme de disque d'axe de symétrie Oz, auquel est appliqué un champ magnétique continu de polarisation H , dit champ statique, et susceptible de saturer le ferrite, il se crée un champ à l'intérieur du ferrite, H uniforme et dirigé suivant Oz. Comme cela est connu, le champ intérieur Ho est égal à :

Figure imgb0006
où µo est la perméabilité du videOn the other hand, it is known that for a ferrite, for example in the form of a disc of axis of symmetry Oz, to which is applied a continuous magnetic field of polarization H, said static field, and capable of saturating the ferrite, it is created a field inside the ferrite, H uniform and directed according to Oz. As is known, the internal field H o is equal to:
Figure imgb0006
where µ o is the permeability of the vacuum

M est l'aimantation à saturation, en unités S.I.M is the saturation magnetization, in S.I. units.

Nz est le facteur démagnétisant suivant la direction Oz.N z is the demagnetizing factor in the direction Oz.

A ce champ intérieur Ho est associée une pulsation ωo définie pour un ferrite à l'état juste saturé par la relation :

Figure imgb0007
soit
Figure imgb0008
où Y est le rapport gyromagnétique, Y étant négatif.To this internal field H o is associated a pulsation ω o defined for a ferrite in the just state saturated by the relation:
Figure imgb0007
is
Figure imgb0008
where Y is the gyromagnetic ratio, Y being negative.

La figure 1 représente, en fonction de la pulsation w , d'une part en traits pleins la variation de µ' (partie réelle de la perméabilité magnétique u), et d'autre part en pointillés la variation des pertes µ" (partie imaginaire de la perméabilité µ), pour un matériau ferrimagnétique monocristallin à l'état saturé, polarisé en dessous de la résonance gyromagnétique, et destiné à la réalisation d'un dispositif hyperfréquence non réciproque, tel que par exemple un circulateur à jonction Y soit du type triplaque, soit du type à guides d'ondes, conforme à l'invention.FIG. 1 represents, as a function of the pulsation w, on the one hand in solid lines the variation of µ '(real part of the magnetic permeability u), and on the other hand in dotted lines the variation of the losses µ "(imaginary part permeability µ), for a monocrystalline ferrimagnetic material in the saturated state, polarized below the gyromagnetic resonance, and intended for the production of a non-reciprocal microwave device, such as for example a Y junction circulator of the type triplate, or of the waveguide type, according to the invention.

Comme il apparaît sur cette figure, la forme de la courbe µ" caractérise le phénomène connu de résonance gyromagnétique dans la région I dite zone des pertes à la résonance, la pulsation de résonance w eff correspondant à µ" max. On définit la largeur de raie de résonance ΔH comme la largeur à mi-hauteur de la courbe µ".As it can be seen in this figure, the shape of the curve µ "characterizes the known phenomenon of gyromagnetic resonance in region I, called the resonance loss zone, the resonance pulsation w eff corresponding to µ" max . The width of the resonance line ΔH is defined as the width at mid-height of the curve µ ".

Pour obtenir un circulateur à jonction Y à faibles pertes magnétiques µ", il s'avère nécessaire de déterminer une fréquence minimale de fonctionnement Fmin' et donc une pulsation mini- male ωmin, située en dehors de la résonance gyromagnétique, soit :

Figure imgb0009
To obtain a Y-junction circulator with low magnetic losses µ ", it is necessary to determine a minimum operating frequency F min ' and therefore a minimum pulse ω min , located outside of the gyromagnetic resonance, that is:
Figure imgb0009

Comme cela est connu, on définit la pulsation de résonance ωeff pour un ferrite monocristallin en forme de disque d'axe de symétrie Oz, par la relation :

Figure imgb0010
où les notations sont les mêmes que celles utilisées précédemment, avec 2Nt + Nz = 1.As is known, we define the resonance pulsation ω eff for a monocrystalline ferrite in the form of a disc of axis of symmetry Oz, by the relation:
Figure imgb0010
where the notations are the same as those used previously, with 2N t + N z = 1.

Dès lors, la relation (2) devient :

Figure imgb0011
Consequently, relation (2) becomes:
Figure imgb0011

A l'aimantation à saturation M exprimée en unités S.I., on associe une pulsation ωM telle que :

Figure imgb0012
With the saturation magnetization M expressed in SI units, we associate a pulsation ω M such that:
Figure imgb0012

Y étant le rapport gyromagnétique ( γ négatif).Y being the gyromagnetic ratio (negative γ).

On sait également que l'efficacité d'un ferrite est directement conditionnée par l'aimantation qui doit être choisie la plus grande possible. Néanmoins, d'après les relations (1) et (3), il existe une limitation de la valeur maximale de l'aimantation à saturation pour la fréquence minimale de fonctionnement Fmin' telle que l'on ait :

Figure imgb0013
We also know that the efficiency of a ferrite is directly conditioned by the magnetization which must be chosen as large as possible. Nevertheless, from relations (1) and (3), there is a limitation of the maximum value of the saturation magnetization for the minimum operating frequency F min ' such that we have:
Figure imgb0013

On notera que la fréquence maximale de fonctionnement Fmax dépend également de l'aimantation à saturation M5; en général, la pulsation maximale w est sensiblement égale à 2 ωM.It will be noted that the maximum operating frequency F max also depends on the saturation magnetization M 5 ; in general, the maximum pulsation w is substantially equal to 2 ω M.

Pour un circulateur à jonction Y comportant deux ferrites, et destiné à fonctionner sur une large bande de fréquence, on applique à chaque ferrite un champ de polarisation dit champ faible, défini comme étant le champ inférieur à celui nécessaire pour créer la résonance gyromagnétique dans la bande utile de fonctionnement ; ainsi la région II représentée sur la figure 1, et dans laquelle fonctionne le circulateur, est dite zone de fonctionnement à champ faible.For a Y-junction circulator comprising two ferrites, and intended to operate on a wide frequency band, a field of polarization known as weak field is applied to each ferrite, defined as being the field less than that necessary to create the gyromagnetic resonance in the useful function band ment; thus region II represented in FIG. 1, and in which the circulator operates, is said to be a weak field operating zone.

La figure 2 représente, en fonction de la pulsation w , d'une part en traits pleins la variation des pertes µ"pour un ferrite polycristallin, et d'autre part en pointillés la variation de ces mêmes pertes µ" pour un ferrite monocristallin.FIG. 2 represents, as a function of the pulsation w, on the one hand in solid lines the variation of the losses µ "for a polycrystalline ferrite, and on the other hand in dotted lines the variation of these same losses µ" for a monocrystalline ferrite.

Comme il apparaît sur cette figure, et comme cela est connu, la largeur de raie de résonance AH d'un ferrite polycristallin est nettement plus grande que celle d'un ferrite monocristallin de même composition. Ceci est dû au fait que chaque cristallite d'un polycristal résonne à une fréquence différente, définissant ainsi chacun une largeur de raie de résonance propre, de sorte que la largeur de raie de résonance globale du polycristal est égale à la somme des largeurs de raie de résonance des cristallites.As it appears in this figure, and as is known, the width of resonance line AH of a polycrystalline ferrite is significantly greater than that of a monocrystalline ferrite of the same composition. This is due to the fact that each crystallite of a polycrystal resonates at a different frequency, thus each defining a specific resonance line width, so that the overall resonance line width of the polycrystal is equal to the sum of the line widths of crystallite resonance.

Dans ces conditions, l'emploi de deux ferrites monocristallins identiques dans un circulateur à jonction Y selon l'invention permet de déterminer une fréquence minimale de fonctionnement Fmin nettement inférieure à celle d'un circulateur à deux ferrites polycristallins identiques selon l'art antérieur, et partant permet d'élargir la bande utile de fonctionnement du circulateur, les fréquences maximales dans les deux cas étant sensiblement égales. En pratique, la fréquence minimale Fmin d'un circulateur à ferrites monocristallins sera déterminée de telle sorte que l'on ait :

Figure imgb0014
Under these conditions, the use of two identical monocrystalline ferrites in a Y-junction circulator according to the invention makes it possible to determine a minimum operating frequency F min significantly lower than that of a circulator with two identical polycrystalline ferrites according to the prior art , and therefore makes it possible to widen the useful operating band of the circulator, the maximum frequencies in the two cases being substantially equal. In practice, the minimum frequency F min of a circulator with monocrystalline ferrites will be determined so that we have:
Figure imgb0014

Pour transmettre des ondes électromagnétiques à un haut niveau de puissance hyperfréquence, on sait d'une part que la puissance moyenne est limitée par les pertes magnétiques du matériau saturé, ces pertes produisant un échauffement du matériau, et d'autre part que la puissance de crête admissible ne doit pas atteindre un niveau critique au-delà duquel la transmission est affectée d'effets non linéaires.To transmit electromagnetic waves at a high level of microwave power, it is known on the one hand that the average power is limited by the magnetic losses of the saturated material, these losses producing a heating of the material, and on the other hand that the power of admissible peak must not reach a critical level beyond which the transmission is affected by nonlinear effects.

Plus précisément, la puissance de crête est directement liée au champ critique hyperfréquence h à partir duquel les effets non linéaires (ondes de spin du premier et/ou du deuxième ordre) apparaissent. Ce champ critique hyperfréquence h prend une valeur minimale pour un champ statique dit subsidiaire, et tend vers une valeur très grande pour un champ statique limite au-delà duquel il n'y a plus d'ondes de spin du premier ordre. On sait que l'existence des ondes de spin est liée à l'amortissement du mouvement des spins, ces ondes se produisant d'autant plus facilement que ce mouvement est moins amorti. Pour caractériser cet amortissement, on introduit, comme cela est connu, une largeur de raie d'ondes de spin A Hk. Ainsi, par exemple pour un circulateur utilisant des disques plats de ferrite, on définit le champ critique minimum (hc)min en fonction de la largeur de raie d'ondes de spin ΔHk par l'expression :

Figure imgb0015
où ωM = - γ Ms
Figure imgb0016
avec γ négatif et M exprimé en unités S.I.More precisely, the peak power is directly linked to the critical microwave field h from which non-linear effects (first and / or second order spin waves) appear. This critical microwave field h takes a minimum value for a so-called subsidiary static field, and tends towards a very large value for a limit static field beyond which there are no longer first order spin waves. We know that the existence of spin waves is related to the damping of the spin movement, these waves occurring all the more easily as this movement is less damped. To characterize this damping, we introduce, as is known, a line of wave lines of spin AH k . Thus, for example for a circulator using flat ferrite discs, the minimum critical field (h c ) min is defined as a function of the line width of the spin waves ΔH k by the expression:
Figure imgb0015
where ω M = - γ M s
Figure imgb0016
with negative γ and M expressed in SI units

D'une manière générale, les ondes de spin du premier et du deuxième ordres sont excitées simultanément dans une zone entourant la résonance gyromagnétique, dépendant des dimensions du ferrite, et pour laquelle le champ critique minimum (hc)min est très faible, de telle sorte qu'un circulateur à jonction Y à large bande de fréquence ne peut y supporter qu'un bas niveau de puissance de crête. En conséquence, il s'avère indispensable de faire fonctionner un tel circulateur en dehors de cette zone de façon à éviter l'excitation simultanée des ondes de spin du premier et du deuxième ordres.In general, the first and second order spin waves are excited simultaneously in an area surrounding the gyromagnetic resonance, depending on the dimensions of the ferrite, and for which the minimum critical field (h c ) min is very small, of such that a wide-frequency Y-junction circulator can only support a low peak power level there. Consequently, it proves essential to operate such a circulator outside this zone so as to avoid the simultaneous excitation of the first and second order spin waves.

A titre d'exemple, dans le cas d'un disque de ferrite d'axe de symétrie Oz, la zone dans laquelle se produit la coïncidence entre les ondes de spin du premier et du deuxième ordres, s'étend de ωeff à ωeff+Nt ωM' avec 2Nt+Nz=1, Nz étant le facteur déma- gnétisant suivant la direction Oz.For example, in the case of a ferrite disc of axis of symmetry Oz, the zone in which the coincidence between the first and second order spin waves occurs, extends from ω eff to ω eff + N t ω M ' with 2N t + N z = 1, N z being the factor d ma - gnétisant following the direction Oz.

Comme un ferrite monocristallin a une largeur de raie de résonance plus petite que celle d'un ferrite polycristallin de même composition, le passage d'un ferrite polycristallin à un ferrite monocristallin permet de déplacer vers le bas la limite supérieure de la zone dans laquelle se produit la coïncidence entre les ondes de spin du premier et du deuxième ordres, de sorte que le circulateur à ferrites monocristallins, conforme à l'invention, et fonctionnant en dehors de ladite zone, possède une bande utile plus large que celle d'un circulateur à ferrites polycristallins, et peut simultanément supporter une puissance de crête relativement élevée.As a monocrystalline ferrite has a smaller resonance line width than that of a polycrystalline ferrite of the same composition, the passage from a polycrystalline ferrite to a monocrystalline ferrite makes it possible to move down the upper limit of the area in which produces the coincidence between the first and second order spin waves, so that the monocrystalline ferrite circulator, according to the invention, and operating outside said zone, has a wider useful band than that of a circulator with polycrystalline ferrites, and can simultaneously withstand a relatively high peak power.

Pour obtenir une très forte puissance de crête, on dope chaque ferrite monocristallin par des ions relaxants, c'est-à-dire des ions augmentant la largeur de raie d'ondes de spin ΔHk, permettant ainsi d'accroître la valeur minimale du champ critique hyper- fréquenc (hc)min pour un champ statique appliqué H égal à NzMs

Figure imgb0017
sellon la relation (1).To obtain a very high peak power, each monocrystalline ferrite is doped with relaxing ions, that is to say ions increasing the linewidth of spin waves ΔH k , thereby increasing the minimum value of the hyper-frequency critical field (h c ) min for an applied static field H equal to N z M s
Figure imgb0017
sell relation (1).

Pour un ferrite monocristallin tel que par exemple le ferrite de Nickel, pur ou substitué par exemple à l'Aluminium ou au Zinc, on choisira comme ions relaxants les ions de Cobalt. Pour d'autres ferrites monocristallins, on utilisera par exemple les ions de terres- rares, tels que par exemple les ions de Dysprosium ou de Holmium, permettant d'accroître la largeur de raie d'ondes de spin ΔHk.For a monocrystalline ferrite such as for example nickel ferrite, pure or substituted for example with aluminum or zinc, the ions of cobalt will be chosen as relaxing ions. For other monocrystalline ferrites, rare earth ions will be used, for example such as Dysprosium or Holmium ions, making it possible to increase the line width of spin waves ΔH k .

D'autre part, on sait qu'un monocristal de ferrite est anisotrope, c'est-à-dire que ses propriétés dépendent de la direction envisagée. Cette anisotropie se traduit par le fait que l'aimantation spontanée a une tendance naturelle à s'orienter suivant certaines directions cristallines privilégiées. Ainsi, pour faire prendre à l'aimantation spontanée une direction différente de ces directions privilégiées, il faut fournir un certain travail, appelé énergie magnétocristalline.On the other hand, we know that a ferrite single crystal is anisotropic, that is to say that its properties depend on the direction envisaged. This anisotropy results in the fact that spontaneous magnetization has a natural tendency to orient itself in certain privileged crystal directions. Thus, to make the spontaneous magnetization take a direction different from these privileged directions, it is necessary to provide a certain work, called magnetocrystalline energy.

Cet effet d'anisotropie peut être décrit en termes d'un champ magnétique équivalent, appelé champ d'anisotropie H . , colinéaire au champ statique appliqué H , et dont l'influence dépend de l'orientation de chaque cristallite par rapport audit champ statique appliqué. Pour une explication détaillée de ce champ d'anisotropie, on se reportera par exemple à l'ouvrage "Handbook of microwave ferrite materials" édité en 1965 par Wilhelm H. von Aulock, pages 32 à 38. L'étude de ce champ d'anisotropie montre qu'en première approximation il ne dépend que d'une constante d'anisotropie K et d'un angle θ tel que θ = (Ha, [100]) où [100 ]est l'une des directions cristallographiques principales du réseau cristallin cubique d'un ferrite. Le champ d'anisotropie Hanis s'écrit :

Figure imgb0018
où Ms est l'aimantation à saturation exprimée en unités S.I. et avec K variant avec la température, de sorte que le champ d'anisotropie Hanis varie en fonction de la température.This anisotropy effect can be described in terms of an equivalent magnetic field, called the H anisotropy field. , collinear with the applied static field H, and whose influence depends on the orientation of each crystallite with respect to said applied static field. For a detailed explanation of this field of anisotropy, one will refer for example to the work "Handbook of microwave ferrite materials" published in 1965 by Wilhelm H. von Aulock, pages 32 to 38. The study of this field of anisotropy shows that, as a first approximation, it only depends on an anisotropy constant K and on an angle θ such that θ = (H a , [100]) where [100] is one of the main crystallographic directions of cubic crystal lattice of a ferrite. The anisotropy field H anis is written:
Figure imgb0018
where M s is the saturation magnetization expressed in SI units and with K varying with temperature, so that the anisotropy field H anis varies as a function of temperature.

A titre d'exemple, le champ d'anisotropie pour un ferrite de Nickel est négatif, tandis qu'il est positif pour un ferrite de Cobalt. Dans ces conditions, pour un ferrite de Nickel dopé par des ions de Cobalt, à partir d'un certain taux de dopage et à une température dépendant de ce dopage, le champ d'anisotropie à l'origine négatif devient positif.For example, the anisotropy field for a Nickel ferrite is negative, while it is positive for a Cobalt ferrite. Under these conditions, for a nickel ferrite doped with Cobalt ions, from a certain doping rate and at a temperature dependent on this doping, the anisotropy field of negative origin becomes positive.

En raison de ce champ d'anisotropie Hanis, le champ magnétique Ho à l'intérieur d'un ferrite en forme de disque d'axe Oz est égal à :

Figure imgb0019

  • où Ha est le champ statique appliqué
  • Nz est le facteur démagnétisant suivant la direction Oz
  • M est l'aimantation à saturation en unités S.I. s
  • µ est la perméabilité du vide.
Due to this anisotropy field H anis , the magnetic field H o inside a ferrite in the form of a disk with an axis Oz is equal to:
Figure imgb0019
  • where H a is the applied static field
  • N z is the demagnetizing factor in the direction Oz
  • M is the saturation magnetization in SI units s
  • µ is the permeability of the vacuum.

Comme le champ statique appliqué Ha et l'aimantation à saturation Ms varient en fonction de la température, il en résulte que la largeur de raie de résonance A H d'un ferrite monocristallin et la fréquence minimale de fonctionnement Fmin ne sont pas stables en fonction de la température. Cette instabilité de la largeur de raie de résonance et de la fréquence minimale de fonctionnement est gênante pour un circulateur à jonction Y à très large bande de fréquences et à haut niveau de puissance, car il risque de se produire une excitation simultanée des ondes de spin du premier et du deuxième ordres qui est à éviter pour un tel circulateur. Dans ces conditions, il s'avère indispensable de maintenir sensiblement constantes les positions de ladite largeur de raie de résonance et de ladite fréquence minimale de fonctionnement.As the applied static field H a and the saturation magnetization M s vary as a function of temperature, this results that the width of resonance line AH of a monocrystalline ferrite and the minimum operating frequency F min are not stable as a function of the temperature. This instability of the resonance line width and the minimum operating frequency is troublesome for a Y-junction circulator with a very wide frequency band and a high power level, since there is a risk of simultaneous excitation of the spin waves. of the first and second orders which is to be avoided for such a circulator. Under these conditions, it proves essential to keep the positions of said resonance line width and of said minimum operating frequency substantially constant.

A cet effet, selon l'invention, on compense les variations du champ appliqué H et de l'aimantation à saturation Ms en fonction de la température par les variations du champ d'anisotropie Hanis en fonction de la température, le champ d'anisotropie jouant ainsi le rôle d'élément de réglage de la stabilité de la largeur de raie de résonance, et partant de la fréquence minimale de fonctionnement, en fonction de la température. Dès lors, le champ critique hyperfréquence minimum (hc)min à la fréquence minimale de fonctionnement Fmin est maintenu constant, assurant le maintien du haut niveau de la puissance de crête admissible.To this end, according to the invention, the variations of the applied field H and of the saturation magnetization M s are compensated as a function of the temperature by the variations of the anisotropy field H anis as a function of the temperature, the field d anisotropy thus playing the role of an element for adjusting the stability of the resonance line width, and therefore the minimum operating frequency, as a function of the temperature. Consequently, the minimum microwave critical field (h c ) min at the minimum operating frequency F min is kept constant, ensuring the maintenance of the high level of the admissible peak power.

Cette compensation des différentes variations en fonction de la température par le champ d'anisotropie Hanis est obtenue par une orientation particulière du ferrite monocristallin par rapport au champ statique appliqué H . Cette orientation du monocristal est effectuée suivant un axe cristallographique déterminé de telle sorte qu'il corresponde à la valeur la plus stable en fonction de la température du champ magnétique H à l'intérieur du ferrite, défini par :

Figure imgb0020
This compensation for the different variations as a function of temperature by the anisotropy field H anis is obtained by a particular orientation of the monocrystalline ferrite with respect to the applied static field H. This orientation of the single crystal is carried out along a determined crystallographic axis so that it corresponds to the most stable value as a function of the temperature of the magnetic field H inside the ferrite, defined by:
Figure imgb0020

L'axe cristallographique d'orientation du monocristal à retenir est obtenu expérimentalement ou par calculs, et est différent selon le type de ferrite monocristallin utilisé. Ainsi, par exemple pour le ferrite de Nickel pur, dopé avec moins de 1 % d'ions Cobalt à la température ambiante, l'orientation préférentielle du monocristal est l'axe [l 00] dans le réseau cubique.The crystallographic orientation axis of the single crystal to be retained is obtained experimentally or by calculations, and is different depending on the type of monocrystalline ferrite used. Thus, for example for pure nickel ferrite, doped with less than 1% of Cobalt ions at room temperature, the preferred orientation of the single crystal is the axis [00] in the cubic lattice.

Le monocristal est ensuite taillé par exemple sous forme d'un ou de plusieurs disques dont l'axe de symétrie est orienté par rapport aux axes cristallographiques du milieu. L'état de surface des disques peut être obtenu soit par un rodage fin, soit par un polissage optique.The single crystal is then cut for example in the form of one or more discs whose axis of symmetry is oriented relative to the crystallographic axes of the medium. The surface condition of the discs can be obtained either by fine lapping or by optical polishing.

Les figures 3 et 4 représentent des vues en coupe d'un circulateur à jonction Y du type triplaque.Figures 3 and 4 show sectional views of a Y-junction circulator of the triplate type.

Ce circulateur comporte deux plans de masse 10 et 11 disposés respectivement de part et d'autre de deux disques (13, 14) en ferrite monocristallin, tel que par exemple en ferrite de Nickel, dopé par des ions de Cobalt, et orienté par exemple suivant l'axe cristallographique [ 100 ]. On notera que les deux disques ont la même orientation cristallographique, de sorte que leurs largeurs de raie de résonance respectives se superposent, permettant ainsi d'obtenir la fréquence minimale de fonctionnement la plus basse possible.This circulator comprises two ground planes 10 and 11 respectively disposed on either side of two discs (13, 14) made of monocrystalline ferrite, such as for example nickel ferrite, doped with Cobalt ions, and oriented for example along the crystallographic axis [100]. Note that the two discs have the same crystallographic orientation, so that their respective resonant line widths are superimposed, thereby obtaining the lowest possible minimum operating frequency.

Dans un souci de clarté, on n'a pas hachuré les coupes des plans de masse 10 et 11 représentés sur la figure 3.For the sake of clarity, the cross-sections of the ground planes 10 and 11 shown in FIG. 3 have not been hatched.

Entre les deux disques de ferrite 13 et 14 est inséré un conducteur central 15 à trois branches formant entre elles un angle de 120°.Between the two ferrite discs 13 and 14 is inserted a central conductor 15 with three branches forming between them an angle of 120 °.

Comme il apparaît sur la figure 4, chaque branche du conducteur 15 se termine par une languette 17 destinée à être fixée, par exemple par soudage, à un connecteur 19 dont un seul a été représenté sur cette figure.As it appears in FIG. 4, each branch of the conductor 15 ends in a tongue 17 intended to be fixed, for example by welding, to a connector 19 of which only one has been shown in this figure.

Le champ magnétique de polarisation appliqué aux deux disques de ferrite 13 et 14 est établi par un aimant permanent constitué par des disques 21 logés dans des évidements 22 et 23 pratiqués respectivement dans les plans de masse 10 et 11.The polarization magnetic field applied to the two ferrite discs 13 and 14 is established by a permanent magnet constituted by discs 21 housed in recesses 22 and 23 formed respectively in the ground planes 10 and 11.

On a représenté en 25 des couronnes en matériau diélectrique intercalées chacune entre un plan de masse et le conducteur central, ces couronnes entourant les disques de ferrite.There are shown at 25 crowns of dielectric material each inserted between a ground plane and the central conductor, these crowns surrounding the ferrite discs.

Claims (10)

1. Dispositif hyperfréquence non réciproque à large bande de fréquence et à haut niveau de puissance, comportant au moins une pièce en matériau ferrimagnétique et des moyens pour appliquer un champ magnétique de polarisation saturant le matériau, caractérisé en ce que le matériau est un monocristal, et en ce que le monocristal est orienté suivant un axe cristallographique déterminé de telle sorte que la variation du champ d'anisotropie en fonction de la température compense les variations de l'aimantation à saturation et du champ magnétique appliqué en fonction de la température, permettant ainsi de maintenir de façon stable en fonction de la température la largeur de raie de résonance du monocristal et la fréquence minimale de ladite bande.1. A non-reciprocal microwave device with a wide frequency band and a high power level, comprising at least one piece of ferrimagnetic material and means for applying a polarizing magnetic field saturating the material, characterized in that the material is a single crystal, and in that the single crystal is oriented along a determined crystallographic axis such that the variation of the anisotropy field as a function of the temperature compensates for the variations of the saturation magnetization and of the applied magnetic field as a function of the temperature, allowing thus to maintain stably as a function of the temperature the resonance line width of the single crystal and the minimum frequency of said band. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le monocristal est dopé par des ions augmentant sa largeur de raie d'ondes de spin, permettant ainsi d'accroître la puissance de crête du dispositif.2. Device according to claim 1, characterized in that the single crystal is doped with ions increasing its width of the spin wave line, thus making it possible to increase the peak power of the device. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le monocristal est constitué par un ferrite.3. Device according to one of claims 1 and 2, characterized in that the single crystal consists of a ferrite. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le ferrite est un ferrite de Nickel dopé par des ions de Cobalt.4. Device according to claim 3, characterized in that the ferrite is a nickel ferrite doped with cobalt ions. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe cristallographique d'orientation du ferrite est l'axe [100].5. Device according to claim 4, characterized in that the crystallographic axis of orientation of the ferrite is the axis [100]. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le monocristal est réalisé sous forme d'un disque dont l'axe de symétrie est orienté par rapport aux axes cristallographiques.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the single crystal is produced in the form of a disc whose axis of symmetry is oriented relative to the crystallographic axes. 7. Utilisation d'un dispositif hyperfréquence selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif constitue un circulateur à jonction comprenant deux pièces en matériau ferrimagnétique.7. Use of a microwave device according to any one of the preceding claims, characterized in that the device constitutes a junction circulator comprising two parts made of ferrimagnetic material. 8. Utilisation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le circulateur est du type triplaque à jonction Y à trois portes.8. Use according to claim 7, characterized in that the circulator is of the Y-junction three-plate type with three doors. 9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circulateur comporte un conducteur central (15) à trois branches formant entre elles un angle sensiblement égal à 120°, le conducteur étant inséré entre deux disques (13, 14) en matériau ferrimagnétique, deux plans de masse (10, 11) disposés de part et d'autre des deux disques, respectivement, le champ magnétique de polarisation étant établi par des aimants permanents (21) logés dans des évidements pratiqués dans les plans de masse.9. Use according to claim 8, characterized in that the circulator comprises a central conductor (15) with three branches forming between them an angle substantially equal to 120 °, the conductor being inserted between two discs (13, 14) made of ferrimagnetic material , two ground planes (10, 11) arranged on either side of the two discs, respectively, the magnetic polarization field being established by permanent magnets (21) housed in recesses made in the ground planes. 10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux disques (13, 14) en matériau ferrimagnétique ont la même orientation cristallographique.10. Use according to claim 9, characterized in that the two discs (13, 14) made of ferrimagnetic material have the same crystallographic orientation.
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