ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР С НЕОДНОРОДНОСТЬЮ – ПОСТРОЕНИЕ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ

April 7, 2012 by admin Комментировать »

Шмыгин Д. А., Ерёменко А. В. Пашков В. М., Молчанов В. И. Национальный технический университет Украины «КПИ» Проспект Победы, 37, Киев – 03056, Украина Тел.: +38 (044) 4549836; e-mail: eremenko.andrey@mail.ru

Аннотация – Разработана методика расчета температурностабильной колебательной системы, основанной на использовании составного диэлектрического резонатора с поперечными диэлектрическими включениями. Приводятся результаты моделирования системы и методики расчета таких структур.

I.  Введение

Одним из возможных решений повышения термостабильности колебательных систем на основе ДР является использование в качестве компенсирующего элемента составного диэлектрического резонатора (СДР) с поперечным к электрическому полю диэлектрическим включением. Ранее было показано, что использование в СДР регулируемого по толщине воздушного зазора позволяет получить перестройку резонансных частот СДР в широких пределах при сохранении высокой добротности колебательной системы [1]. Преимуществом описанной ниже конструкции является термостабильность (обеспеченная без внешних термокомпенсирующих систем), простота конструкции и технологичность.

II.  Основная часть

Суть предложенного метода термокомпенсации состоит в следующем: высокодобротный СДР с поперечным диэлектрическим включением в виде воздушного зазора шириной d помещается на подложку из материала с малым коэффициентом линейного расширения а„, например, плавленый кварц (рис. 1). При этом края СДР жестко закреплены на подложке. Изменение температуры окружающей среды будет приводить к изменению ширины воздушного зазора d, а соответственно и к изменению резонансной час-

где– чувствительность величины у к из­

менению параметра/?. Чувствительность Sf опре­деляется чувствительностью резонансной частоты к каждому из геометрических параметров СДР. В рам­ках нашей математической модели (зажатый СДР с £г=1) чувствительность определяется в основном только чувствительностью резонансной частоты к изменению ширины области включения

Чувствительность резонансной частоты к изме­нению соответствующего параметра находилось пу­тем численного дифференцирования ранее полу­ченных зависимостей собственных частот резонато­ров от его параметров. Применение описанного вы­ше метода термокомпенсации позволяет минимизи­ровать ТКЧ системы (рис. 4).

Рис. 4. Температурно-частотная зависимость сплошного (а) и составного ДР (с – свободный, b – закреплен) с параметрами £ = 85,

ТКе = 660×106К1, а = 8х10~6 КГ1.

Fig. 4. Temperature vs. frequency relation of continuous (a) and compound (b) DR (c is free, b is fixed) with the following parameters £ = 85, TKs = 660x1G6K1, а = 8×1 U6 К1

III.  Заключение

Приведенный расчет подтверждается экспери­ментальными результатами, что доказывает эффек­тивность описанного метода термокомпенсации. Применение различных способов закрепления об­разца с подложкой позволяет создать СДР с низким ТКЧ, а также расширить границы применимости дан­ного метода термокомпенсации.

IV.  Список литературы

[1]  Poplavko У, Prokopenko У, Molchanov V., Dogan I. Fre- quency-tunable microwave dielectric resonator, 2001.

[2]  Гоигорович А. Д., Янкевич В. Б. Резонаторы и замедляющие системы СВЧ: Численные методы расчета и проектирование.

DIELECTRIC RESONATOR WITH INHOMOGENEITY-SIMULATION METHOD

Shmigin D., Eremenko A., PashkovV., Molchanov V.

National Technical University of Ukraine 37, Peremogi Ave., Kiev – 03056, Ukraine Tel.: +38 (044) 4549836 e-mail: eremenko. andrey@mail. ru

Abstract – Method of computations for temperature stable resonant system based on the use of constituent dielectric resonator (CDR) dielectric inclusions is proposed. System de­sign and method of computation are discussed.

I.  Introduction

One of possible decisions of resonant DR system thermal stability increase represents the use of constituent dielectric resonator (CDR) with the dielectric inclusion transversal to the electric field, as a compensating element. As it is published before [1], the use in the CDR dielectric inclusion in a form of air-gap allows getting alteration of resonance frequency in wide limits with the saving of high quality of the resonant system. The advantages of such design are the absence of complicated temperature compensation system, the simplicity and techno­logical effectiveness.

II.  Main part

The essence of the proposed method of temperature com­pensation is as follows. High-Q CDR with the transversal dielec­tric inclusion (that is an air-gap with width cf) is placed onto a low s substrate made of temperature stable dielectric with small losses, for example fused silica (Fig. 1). At that, the CDR edges are hardly fastened to the substrate. The change in ambient temperature will cause the change in the width of air-gap to compensate the change in DR s and keep stable the resonance frequency of the system.

Computation of structures on the basis of CDR with the transversal dielectric inclusions presents considerable difficulty because existent methods of the CDR computation are based on the approaching of ordinary DR, and are unacceptable for resonators with the inhomogeneity in transversal section. The presence of non-coordinate surfaces of section does not allow finding the own functions of sub-regions by the method of divi­sion of variables, that considerably complicates the decision of task about own vibrations of such resonators.

However, cylindrical symmetry of considered systems allows simplifying the task. Therefore the decision is found on the basis of combination of “partial regions” methods and collocations.

The nomographic chart of CDR parameters dependence from different system parameters are collected as a result of numerical solution of equations (Fig. 3).

III.  Conclusion

Mentioned results of computation are verified by the ex­perimental results, and prove the efficiency of the proposed method of temperature compensated DR based system. The use of different ways in the pattern fixing as well as materials selection for DR and substrate, allows creating CDR with low thermal frequency coefficient (TCf), and also facilitating tuning of resonator on the required frequency.

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