КОЭФФИЦИЕНТЫ СВЯЗИ РЕЗОНАТОРОВ В МИКРОПОЛОСКОВОЙ МОДЕЛИ СВЕРХРЕШЕТКИ

April 2, 2012 by admin Комментировать »

Беляев Б. А., Сержантов А. М. Институт Физики им. Л. В. Киренского СО РАН Академгородок, Красноярск – 660036, Россия Тел.: 3912-494591, e-mail: belyaev@iph.krasn.ru

Аннотация – Исследованы частотно-зависимые коэффициенты связи резонаторов в микрополосковой модели сверхрешетки, которые вблизи собственных частот конструкции совпадают с соответствующими коэффициентами, вычисленными известными подходами. Расчет согласуется с результатами измерений на микрополосковых структурах.

I.  Введение

К сверхрешеткам относят мультислойные структуры из чередующихся пленок различных материалов, толщина которых соизмерима с постоянной кристаллической решетки. Такие структуры из диэлектрических слоев могут служить фильтрами и зеркалами не только в оптическом, но и в рентгеновском диапазоне. Однако из-за сложности изготовления сверхрешеток и их высокой стоимости нередко предварительные экспериментальные исследования проводят на объемных (не пленочных) аналогах, работающих в СВЧ диапазоне. Например, хорошими моделями сверхрешеток являются нерегулярные микрополосковые структуры [1], которые отличаются простотой и технологичностью в изготовлении. Учитывая, что особенности распространения электромагнитных волн в сверхрешетке связаны с резонансными явлениями, изучение взаимодействия диэлектрических слоев-резонаторов – важная и актуальная задача. Такие исследования не только позволяют создавать оптимальные конструкции с заданными характеристиками, но и способствуют более глубокому пониманию физики сверхрешеток.

II.   Основная часть

Здесь /_-] 2 и О-] 2 – погонные индуктивности и емкости для соответствующих отрезков линий, образующих крайние и средний резонаторы, Л.гМ и

–         распределения амплитуд высокочастотных токов и напряжений по длине соответствующих резонаторов, а /(/-О и 1/(/-|) значения этих амплитуд в точке х=/-|, где резонаторы соединяются. Очевидно, что в рамках рассматриваемой модели распределение амплитуд высокочастотных токов и напряжений несложно определить для любой выбранной частоты.

На нижней части рис. 2 сплошной линией показана частотная зависимость коэффициента связи первого и второго резонатора в рассматриваемой мик- рополосковой модели сверхрешетки, рассчитанная по формулам (1, 2). Видно, что максимумы значений к( f) попадают на полосы пропускания, а минимумы на полосы заграждения. Как и следовало ожидать, величина коэффициента связи в первой полосе пропускания в два раза больше, чем во второй. Здесь же штриховыми линиями отмечены уровни коэффициентов связи, полученные по Маттею [3]. Эти коэффициенты не зависят от частоты, но их значения совпадают с частотно-зависимыми коэффициентами, предложенными в настоящей работе, на центральных частотах полос пропускания. Эксперименты, проведенные на трех микрополосковых структурах, отличающихся относительной шириной первой полосы пропускания (Д£з//Ь«20, 30 и 40%) показали хорошее согласие с квазистатическим расчетом.

III.     Заключение

Таким образом, предложенный для микрополос- ковой модели диэлектрической сверхрешетки час- тотно-зависимый коэффициент связи МПР, адекватно описывает взаимодействие резонаторов в широкой области частот. Это подтверждается достаточно хорошим совпадением "резонансных" коэффициентов связи, полученных по измеренным характеристикам исследованных фильтров [3], с соответствующими значениями, вычисленными на центральных частотах полос пропускания по формулам (1, 2).

IV.    Список литературы

[1 ] Беляев Б. А., Волошин А. С., Шабанов В.Ф. II ДАН.

2004, Т. 395, № 6, С. 756-760.

[2]   Беляев Б. А., Тюрнев В. В. II Электронная техника.

Сер. СВЧ техника. – 1992, вып. 4 (448), С. 23-27.

[3]    Маттей Г. П., Янг П., Джонс Е. М. Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. Т. 1, М.: Связь, 1971.

COUPLING COEFFICIENTS OF RESONATORS IN MICROSTRIP MODEL OF SUPERLATTICE

Belyaev B. A., Serzhantov A. M.

Institute of Physics Akademgorodok, Krasnoyarsk – 660036, Russia e-mail: belyaev@iph.krasn.ru

Abstract – The frequency-dependent coupling coefficients of resonators in microstrip model of superlattice were investigated. These coefficients near to natural frequencies of structure coincide with coefficients that are calculated by known methods. The calculation corresponds with experimental results obtained for microstrip structures.

I.  Introduction

The superlattice is multilayer structure, which consists of alternating different material films whose thickness corresponds to crystal lattice constant. Such dielectric layer structures can be filters and mirrors not only in optical band but also in X-ray band. Due to difficulties in fabrication of superlattice the initial experimental investigations can be carried out in microwave band with the help of non-films structures. For example, irregular microstrip structure [1] is the good model of superlattice.

II.  Main part

The resonator’s interaction of superlattice was investigated with the help of one-dimensional microstrip model (Fig.1) which consists of two identical high refraction index layers and a low refraction index layer between them. In such model the analogues of layers are the sections of regular microstrip lines which have length /, and l2. The structure under investigation can be both as low-pass filter and as band-pass filter. Here evidently that the three regular sections of line are the microstrip resonators. The numerical analysis was carried out on one-dimensional models consisting of regular microstrip sections whose parameters were calculated in quasi-static approximation.

The frequency response of microstrip structure with the first pass-band central frequency f0= 1.38 GHz and bandwidth A/3=0.3 GHz is shown on top Fig.2. The curves are depicted at the next structure parameters: 8^30, s2=3, 1^=10 mm, w2=0.1 mm, li=22.7 mm, l2=74.6 mm and h=2 mm. Many pass-bands are observed in such filters, whose central frequencies are divisible to f0. It is important to denote that as against parallel-coupled resonator in this structure, absolute bandwidth A/3 of any pass-band is constant. This fact shows that resonator’s interaction, which is quantitatively described by coupling coefficient, must decrease with frequency increasing according to inverse-ratio rule.

To calculate frequently dependent coupling coefficient of microstrip resonators k(f) we used the energy approach (1,2) which was suggested in [2]. There L12 and C12 – are the per unit length parameters of microstrip lines forming the resonators, 11,2(x) и (Д2(х) – are the longitudinal distributions of microwave currents and voltages and 1(11), U(l^) – are the values of this distributions in resonators connection point x=lb

The foot of the Fig. 2 shows the coupling coefficient frequency dependence (solid line) of first and second resonator which was calculated using formulas (1, 2). It is seen that maxi- mums of k(f) correspond to pass-bands, but minimums corresponds to stop bands. As expected, the value of coupling coefficient in the first pass-band is two-times more than the value in the second pass-band. Besides, dashed lines here are coupling coefficient levels that were obtained from Matthaei [3]. The experiments showed a good agreement with quasi-static approximation.

III.  Conclusion

So, the frequently dependent coupling coefficient of microstrip resonators in microstrip model of superlattice is suggested. It adequately describes the interaction between resonators in wide frequency range. It is confirmed by good coincidence of frequently independent coupling coefficient [3], and coupling coefficient values at the pass-bands central frequencies, which were obtained by use of (1, 2).

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