ТЕРМОКОМПЕНСАЦИЯ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ

March 24, 2012 by admin Комментировать »

Пашков В. М., Молчанов В. И., Поплавко Ю. М. Национальный технический университет Украины «КПИ» Проспект Победы, 37, Киев – 03056, Украина Тел.: +38 (044) 4548450; e-mail: poplavko@ieee.org

Аннотация – Предложен новый способ термокомпенсации диэлектрических резонаторов СВЧ, изготовленных из высокодобротных, но нетермостабильных диэлектриков с высокой проницаемостью. Проанализированы границы применимости предложенного метода.

I.  Введение

В настоящее время известен ряд термостабильных СВЧ диэлектриков с проницаемостью в > 80 для применений в дециметровом и метровом диапазоне длин волн, однако фактор добротности изготовленных из них диэлектрических резонаторов (ДР) не превышает величины QxF < 8000, причем с повышением величины в этот параметр снижается. В этом отношении такие материалы значительно уступают другой группе СВЧ диэлектриков с величиной в = 20-40.

Для ряда технических применений необходимы диэлектрические резонаторы, изготовленные из материалов с в > 80, но имеющие большую добротность. Высокодобротные диэлектрические материалы с большой в известны – это параэлектрики ТЮ2, СаТЮ3, КТа03, SrTi03, а также композиции на их основе. Однако без существенного снижения добротности параэлектрики не удается термостабилизировать до приемлемых для практического применения значений температурного коэффициента частоты (ТКч).

Рис. 2. Экспериментальная зависимость резонансной частоты Fr ЩДР от величины воздушного зазора (slot, jum).

Fig. 2. Experimental relation of resonant frequency Fr of SDR t/s. value of air-gap (slot, jum)

Показано, что в параэлектриках и композициях на основе можно существенно снизить величину ТКч без применения дорогих и дефицитных компонентов. При этом добротность ДР, изготовленных из этих материалов, не понижается, а в некоторых случаях и увеличивается. Ниже описывается возможность термостабилизации нового типа «щелевых ДР», изготовленных из параэлектрических материалов, без снижения их добротности и практически без увеличения их габаритов.

II.  Основная часть

Рис. 3. Температурные зависимости резонансной частоты ЩДР: 1 – исходный сплошной ДР с ТКч>0;

2  – полное закрепление половинок ЩДР на подложке;

3  – частичное закрепление с ТКЧ~ 0; 4 – частичное

закрепление с ТКч<0.

Fig. 3. Temperature relations of SDR resonant frequency: 1 – initial solid DR with frequency temperature coefficient (FTC)>0; 2 – complete fixing of SDR half-bats on a substrate, 3 – partial fixing with FTC ~0; 4 – partial fixing with FTC<0

III.  Заключение

Предложенный способ позволяет относительно просто термостабилизировать нетермостабильный ДР, причем добротность его превосходит известные добротности ДР с такой же проницаемостью, по крайней мере, в два раза и может быть еще существенно повышена, поскольку в экспериментах были использованы материалы, полученные из технических реактивов (невысокой чистоты).

IV. Список литературы

[1]  Poplavko У., Prokopenko У., Molchanov V. Frequency- tunable microwave dielectric resonator// IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques, 2001, Vol. 48, № 6, pp.

1020-1027.

TEMPERATURE COMPENSATION OF DIELECTRIC RESONATOR FREQUENCY

PashkovV. М., Molchanov V. I., Poplavko Y. M. National Technical University of Ukraine 37, Peremogi Ave., Kiev – 03056, Ukraine Tel.: +38 (044) 4548450, e-mail: poplavko@ieee.org

Abstract – A new way for dielectric resonators (DR) thermal compensation is proposed for the DR made of high-quality but non-thermal stable materials. The ranges of applications of proposed method are analyzed.

I.  Introduction

Dielectric materials with low-cost high-quality factor Q and very high dielectric constant s are important for some technical applications. High-s paraelectrics like Ti02, CaTi03, KTa03 or SrTi03 would be appropriate for technique but DR’s made on their basis are quite non-thermal stable. This work shows that thermal stability of such DR’s can be achieved in case when the DR is cut on two parts with a small air slot between them. High Q factor is preserved as well as a small-sized design.

II.  Main part

Thermal compensation is realized experimentally with cylindrical DR that is cut on two parts with a narrow slot between them. This slot has a strong influence onto DR resonant frequency. Electrodynamics model of this resonant system was studied previously. Very high sensitivity of DR frequency to the air slot is used in this case to design resonant frequency stabilization.

The idea is to compensate DR resonant frequency temperature change (that is due to strong dielectric permittivity temperature dependence) by the thermal expansion on the parts of composite DR (due to this the slot between them is changed with temperature). These both possible alterations in DR frequency occur in the opposite sides that is the reason of proposed compensation. Effective dielectric permittivity of new Slot-DR (SDR) is kept relatively constant.

Temperature relation of paraelectric SDR should be rather complicated function with some independent parameters such as thermal expansion coefficient (TCa) and dielectric permittivity temperature coefficient (TCs). Moreover, some influences of resonant frequency is expected from other parts of design (including distance from the shield, etc). That is why simple empirical formulas are proposed and verified for thermal stable SDR calculations.

III.  Conclusion

A new way of DR thermal stabilization for very high-s materials is proposed. The basic idea consists of a special design providing the use of the low cost non-thermal stable microwave material in DR’s. Slot dielectric resonator consists of two parts joined by a fused silica substrate. These parts can move due to their natural thermal expansion/constriction, and, correspondingly, the air slot between them is changed with the temperature. This alteration affects onto effective dielectric permittivity in the direction opposite to the material dielectric permittivity change with temperature.

Proposed method of DR thermal compensation is verified experimentally, and calculation formulas are proposed.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты