СОБСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ И КОЭФФИЦИЕНТЫ СВЯЗИ ТРЕХЗВЕННОЙ МИКРОПОЛОСКОВОЙ СЕКЦИИ

April 8, 2012 by admin Комментировать »

Ризуненко В. И., Ризуненко П. В. Красноярский государственный технический университет ул. Киренского, 26, Красноярск – 660074, Россия Лексиков А. А. Институт Физики им. Л. В. Киренского СО РАН Академгородок, Красноярск – 660036, Россия Тел.: (3912) 494591, e-mail: belyaev@iph.krasn.ru

Аннотация – Сравниваются теоретические и экспериментальные зависимости частот трех взаимодействующих микрополосковых резонаторов от длины их области связи. Расчет проводился в квазистатическом приближении на одномерных моделях, состоящих из одиночных и связанных линий. Обнаруженные закономерности хорошо согласуются с результатами, полученными на взаимодействующих контурах при наличии в них одновременно индуктивной и емкостной связи.

I.  Введение

Широкое распространение микрополосковых устройств в радиотехнике обусловлено, в первую очередь, их миниатюрностью, надежностью в работе и технологичностью в производстве, а также наличием эффективных систем для их автоматизированного проектирования. Такие системы, используя квазиста- тическое приближение, позволяют синтезировать различные СВЧ микрополосковые устройства [1], в том числе и фильтры [2], полученные параметры и характеристики которых хорошо согласуются с экспериментальными измерениями.

Хорошо известно, что в оптимально спроектированном полосно-пропускающем фильтре, представляющем собой, в частности, систему из взаимодействующих микрополосковых резонаторов (МПР), в рабочей полосе частот должен выполняться не только баланс связей всех звеньев друг с другом и с подводимыми линиями передачи, но и должны совпадать резонансные частоты МПР. В зависимости от величины и типа связи резонаторов их собственные частоты могут, как повышаться, так и понижаться [3], что приводит к необходимости коррекции длины полосковых проводников МПР при настройке фильтра

[4]     . Поэтому изучение закономерностей поведения резонансных частот МПР от характера и величины их взаимодействия друг с другом и с линиями передачи является актуальной и важной задачей.

II.  Основная часть

В настоящей работе исследована трехзвенная микрополосковая секция (рис. 1) на регулярных резонаторах, которые разделены зазорами величиной

S,   имеют одинаковые ширину W и длину 1Г и расположены на подложке толщиной h с относительной диэлектрической проницаемостью в. Соседние резонаторы смещены относительно друг друга на величину /а и имеют общую область связи длиной ls. А наружные резонаторы смещены относительно друг друга на величину 2/а и при /а < Ы2 имеют общую область связи длиной 1Г -21а. Они кондуктивно подключены к внешним линиям передачи с волновым сопротивлением 50 Ом по "диагонали" в точках на расстоянии /с от концов полосок.

Численный расчет рассматриваемой трехзвенной микрополосковой секции, также как и исследованной двухзвенной [3], проводился в квазистатическом

Рис. 1. Топология проводников трехзвенной секции.

Fig. 1. Conductor pattern of tree-resonator section

приближении на одномерной модели, представляющей собой соединенные отрезки из одиночных и связанных линий. Для простоты анализа диссипативные потери СВЧ мощности не учитывались.

Собственные частоты четных fe, смешанных fm и нечетных f0 типов колебаний резонаторов в секции определялись, также как и в [3], по АЧХ исследуемой структуры: либо по максимумам прямых потерь L(f), либо по минимумам обратных потерь R(f). На рис. 2 приведены зависимости собственных частот, нормированных на частоту полуволнового резонанса одиночного резонатора fi«1.566 GHz, от относительной длины области связи x=ls/lr, построенные для первой моды колебаний. Рассмотрена секция на подложке из керамики В-40 (в=40) с h=2 мм, И/=0,96 мм, S = 1,05 мм и 1Г= 18 мм. Кривые, отмеченные темными точками, соответствуют квазистатическому расчету, светлыми — экспериментальным измерениям, сплошные кривые — расчету из эквивалентной схемы (рис. 3). Эта схема справедлива в области частот

Рис. 2 Зависимости собственных частот от длины области связи х: 1 – fe/fi, 2 – fm/fi, 3 – fjfi

Рис. 3 Эквивалентная схема

Fig.3. Equivalent circuit

первой полосы пропускания микрополосковой структуры с максимальной длиной области связи резонаторов. В рассматриваемой эквивалентной схеме, в отличие от [3], приняты во внимание "перекрестные" емкостные взаимодействия концов полосковых проводников, где располагаются пучности высокочастотных электрических полей. Влияние длины области связи резонаторов в расчете по эквивалентной схеме учитывалось зависимостью соответствующих коэффициентов емкостного и индуктивного взаимодействия для рассмотренной трехзвенной секции от х, аналогично, как это было сделано при исследовании двухзвенной секции [3]. В целом, как видно из рис. 2, наблюдается неплохое соответствие квази- статического расчета с расчетом эквивалентной схемы и экспериментальных данных.

III.  Заключение

Таким образом, в настоящей работе исследованы зависимости собственных частот трехзвенной микрополосковой секции от длины области связи резонаторов. Не смотря на то, что предложенная эквивалентная схема микрополосковой структуры справедлива лишь для первой полосы пропускания, она адекватно описывает взаимодействие МПР в области частот полуволнового резонанса и может быть полезна при проектировании полосовых фильтров.

IV. Список литературы

[1]    Гупта К., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и связь, 1987.

[2]    Беляев Б. А., Никитина М. И., Ноженкова П. Ф., Тюр- нев В.В. II Известия Академии наук. Теория и системы управления . 2000. № 2. С. 96.

[3]    Беляев Б. А., Ризуненко В. И., Ризуненко П. В. Собственные частоты и коэффициенты связи микрополосковых резонаторов – В кн. “Электронные средства и системы управления”. Материалы Всероссийской на- учно-практической конференции [Томск, 21-23 октября 2003 г.], Томск, 2003. С. 80-84.

[4]    Беляев Б. А., Никитина М. И., Тюрнев В. В. II Электронная техника. Сер. СВЧ-техника. 1993. Вып. 5-6. С. 11.

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

Сер. Электроника СВЧ. 1990. Вып. 4(428). С. 25.

OWN FREQUENCIES AND FACTORS OF COUPLING IN TREE-RESONATOR MICROSTRIP SECTION

Rizunenko V. I., Rizunenko P. V.

Krasnoyarsk State Technical University 26, Kirensky St., Krasnoyarsk – 660074, Russia Leksikov A. A.

Institute of Physics,

Akademgorodok, Krasnoyarsk – 660036, Russia

Tel.: (3912) 494591, e-mail: belyaev@iph.krasn.ru

Abstract – Calculated and experimental results of own frequencies as functions of coupling length of three microstrip resonators are compared. The calculations were carried out in quasi-TEM approach. The found out behavior of own frequencies agrees well with the results obtained for interacting contours at presence between them simultaneously inductive and capacitive coupling.

I.  Introduction

Wide application of microstrip devices in MW radio- electronic equipment is caused first of all by their diminutiveness, safety in operation and adaptability to manufacture, and also by the existence of effective systems for their computer- aided design. Such systems using quasi-TEM approach allow synthesizing various microstrip devices [1] including filters [2], whose parameters and characteristics have good agreement with experimental measurements.

In optimally designed band-pass filter being, in particular, a set of interacting microstrip resonators (MSR), in the working band of frequencies it should fulfill not only balance of couplings between all resonators and filter with input and output transmission lines, but also MSR resonant frequencies should coincide. Depending on value and kind of coupling between resonators their own frequencies can both to raise and to go down [3], that results in necessity of correcting MSR strip conductors length to tune up the filter [4].

II.  Main part

In the work the microstrip section (Fig. 1) consisting of three regular resonators is investigated. External resonators are connected to transmission lines, having wave impedance 50 Ohm, on "diagonal" in points at the distance lc from the ends.

Own frequencies of even fe, mixed fm and odd f0 modes of resonators in the section were defined, as well as in work [3], by maxima of direct losses.

On Fig. 2 dependences of own frequencies normed to the half-wave resonance frequency of the single resonator fi «1.566 GHz, on relative length of coupling x for the first mode are shown. The sections made on substrates of ceramics B-40 (£ = 40) of h=2 mm thickness, with W = 0.96 mm, S = 1,05 mm and /,=18 mm are considered. The curves marked by dark points correspond to quasi-TEM calculation, empty circles are the experimental measurements, and solid curves are the calculations carried out for equivalent circuit (Fig. 3). This circuit is true only on frequencies of half-wave resonance in microstrip section and does not take into account change of coupling length x between resonators at their displacement. In the calculation this change was taken into account by dependence of factors of capacitive and inductive interaction between resonators in section on x, in similar to work [3] way, where two-resonator section was researched. In a whole, apparently from Fig. 2 quite good correspondence between all data is observed.

III.  Conclusion

Thus, in the present work dependences of own frequencies of three-resonator microstrip section on the length of coupling between resonators are investigated.

In spite of the suggested equivalent circuit of the section is true for the first passband only, in view of introducing the dependences of capacitive and inductive interaction factors on the coupling length between resonators, it can be used in designing microstrip filters.

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