ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОЛОСНО- ПРОПУСКАЮЩИЙ ФИЛЬТР НА ОСНОВЕ ДВУХМОДОВОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА

May 8, 2012 by admin Комментировать »

Буслов О. Ю., Кейс В. Н., Козырев А. Б., Котельников И. В., Кулик П. В. Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический Университет ул. Пр. Попова, д. 5, Санкт-Петербург – 197376, Россия Тел/факс: 812-234-4809, e-mail: mlp@eltech.ru Alford N. McN., Petrov P. К.

Centre for Physical Electronics and Materials, London South Bank University 103 Borough Road, London SE1 OAA, UK

Аннотация – Рассмотрен полосно-пропускающий перестраиваемый фильтр с эллиптической характеристикой на основе двухмодового диэлектрического резонатора. Перестройка фильтра обеспечивалась с помощью пьезоэлектрического актюатора. Основные параметры фильтра: центральная частота в середине диапазона перестройки – 2.35 ГГц, ширина полосы пропускания на уровне 1 дБ ~ 0.5%, вносимые потери в полосе пропускания во всём диапазоне перестройки менее 1.0 дБ, перестройка центральной частоты ~ 10%.

I.  Введение

Рис. 2. Диаметральный разрез макета двухмодового фильтра.

Создание узкополосных (с шириной полосы менее 1%) фильтров с электрической перестройкой частоты является одной из важнейших проблем современной электроники СВЧ. Базовым элементом фильтра на высоких частотах является резонатор, добротность которого определяет полосу пропускания фильтра и потери в ней. Для перестройки фильтра традиционно используют полупроводниковые и ферроэлектрические варакторы, микроэлек- тромеханические системы, ферриты, фотопроводни- ковые элементы [1,2]. Весьма перспективным направлением реализации узкополосных фильтров является использование в них диэлектрических резонаторов (ДР), так как добротность этих элементов может достигать десятков тысяч. Недавно предложен новый способ эффективной перестройки резонансной частоты ДР, связанный с внесением в поле ДР неоднородности, реализующей скачкообразное изменение диэлектрической проницаемости и приводящее к разрыву линии электрического поля [3]. Ниже рассмотрен один из вариантов двухмодового ДР фильтра, реализующего эту идею.

II.  Основная часть

Fig. 2. The side view of the schematic diagram of the filter body

Основным элементом фильтра является диэлектрический резонатор, помещённый на поликоровую подложку, металлизированную с нижней стороны (рис. 1). Диэлектрический резонатор был выполнен из керамики с диэлектрической проницаемостью в = 80, тангенсом угла диэлектрических потерь tg5 = 2.2-10′4 на частоте 3 ГГц и температурной нестабильностью резонансной частоты if = +3.0 х 10′6 К’1. Диаметр диэлектрического резонатора равен 16 мм, высота – 6,65 мм. Резонатор помещался в посеребрённую камеру диаметром 35 мм и высотой 20 мм. Сверху над резонатором с небольшим зазором располагался металлический диск, диаметр которого был меньше чем диаметр диэлектрического резонатора. Для описанного размещения резонатора, основной резонансной модой являлась гибридная вырожденная мода НЕц. Распределение электрического поля НЕц моды приведено на рис. 1. Первая паразитная частота резонатора выше частоты основной моды на ~ 1.0 ГГц.

Для перемещения металлического диска вдоль оси диэлектрического резонатора использовался дисковый PZT пьезоэлектрический биморфный ак- тюатор диаметром 25 мм и толщиной 0.7 мм. При подаче на пьезоэлектрический актюатор постоянного напряжения ~ 300 В смещение его центральной части составляло ~ 140 мкм.

Диаметральный разрез макета двухмодового фильтра представлен на рис. 2. Для возбуждения колебаний гибридной моды были использованы мик- рополосковые линии передачи, напылённые на металлизированную подложку. Степень связи между резонатором и линией передачи регулировалась глубиной погружения микрополоска под резонатор. Связь между вырожденными модами резонатора осуществлялась с помощью двух подстроечных винтов, расположенных под углами 45° и 135° по отношению микрополосковым линиям возбуждения. Степень связи между модами определялась расстояниями между боковой стенкой резонатора и торцом подстроечного винта. Фотография внутреннего размещения элементов и крышки фильтра приведены на рис. 3. На рис. 4 показаны экспериментальные зависимости коэффициента передачи фильтра при изменении зазора между верхней поверхностью резонатора и металлическим диском от 50 мкм до 180 мкм. Видно, что диапазон перестройки фильтра составил ~ 10%, полоса пропускания на уровне 1 дБ ~ 0.5%, потери в полосе пропускания во всём диапазоне перестройки менее 1 дБ.

III.  Заключение

В результате проведенных работ был изготовлен двухзвенный перестраиваемый полосно-пропускаю- щий фильтр с эллиптической характеристикой, созданный на одном диэлектрическом резонаторе, ра-

Рис. 3. Фотография фильтра.

Fig. 3. The photograph of the filter ботающем в двухмодовом режиме и перестраиваемый с помощью пьезоэлектрического актюатора. Диапазон перестройки может быть увеличен до 20% подачей биполярного напряжения на актюатор.

Рис. 4. АЧХ фильтра при изменении величины воздушного зазора между ДР и металлическим диском.

Fig. 4. The frequency response of the filter on the air gap d between DR surface and metal disk

IV. Список литературы

[1]    KaijfezD., Guillon P. Dielectric Resonators, Dedham, MA: Artech House, 1986.

[2]    BuerK. V., El-Sharawy E. B. A Novel Technique foe Tuning Dielectric Resonators. IEEE Trans, on MTT. 1995; 43(1), pp. 36-41.

[3]    Poplavko Yu. М., Prokopenko Yu. V., Molchanov V. /., Dogan A. Frequence-Tunable Microwave Dielectric Resonator. – IEEE Trans, on MTT, 2001, 49, N6, pp.

1020 – 1026.

TUNEABLE PIEZOELECTRIC FILTER BASED ON A DUAL-MODE DIELECTRIC RESONATOR

Buslov O. Yu., Keys V. N., Kozyrev A. B., Kotelnikov I. V., Kulik P. V.

St. Petersburg National Electrotechnical University

5,        Prof. Popov St., St. Petersburg – 197376, Russia Tel/fax: 812-2344809, e-mail: mlp@eltech.ru Alford N. McN., Petrov P. K.

Centre for Physical Electronics and Materials London South Bank University 103, Borough Road, London SE1 0AA, UK

Abstract – A frequency tuneable microwave filter based on a dual mode dielectric resonator is presented. Tuning of the filter was realised by using piezoelectric bimorph. The main parameters of the filter were: central frequency in the middle of the range of tuning – 2.35 GHz, bandwidth for 1 dB level – ~0.5%, range of tuning – ~10%. The insertion losses in the whole tuning range were below ~ 1 dB.

I.  Introduction

The development of narrow-band (bandwidth ~ 1 %) electronically tuneable filters is a challenging problem for microwave electronics. The base element of the filter is the resonator. Its quality factor defines the bandwidth and insertion losses of the filter. The use of dielectric resonators for the development of narrow-band filters is a technology that allows one to obtain compact filters with high Q-factor. A new variant of a piezoelectric tuning dual mode dielectric resonator filter is presented below.

II.  Main part

The dielectric resonator made of a Ba-La-Ti-0 ceramic (dielectric constant s = 80, unloaded Q-factor ~ 4500 for H0i mode at 3 GHz and temperature coefficient of the resonance frequency if = +3.0 ppm/K) was placed on the one-side-metal- plated alumina substrate. A metal disk with a diameter smaller than diameter of the dielectric resonator was located over the resonator with a small air gap. The resonator fundamental resonance mode for this construction was the dual degenerate mode НЕц. The distribution of the electric field НЕц is shown in Figure 1. The resonator was placed in a silver-plated cavity.

A circular piezoelectric bimorph with diameter 25 mm and thickness 0.7 mm was used for driving the metal disk along axis of the dielectric resonator. The displacement at the centre of the bimorph was ~ 140 |jm under 300 V bias voltage.

The side view is presented in the Figure 2. Coupling between the input and output ports and the dielectric resonator was maintained by microstrip lines patterned on the other side of the metallized substrate. The penetration length of the microstrip line under the dielectric resonator define the coupling of the resonator with input and output ports. The internal coupling between the pair of resonator modes was due to two adjustable screws positioned at angles 45° and 135° of input and output excited lines (see Fig. 3).

Figure 4 shows the experimentally measured frequency response of the filter for different bias voltages applied to the bimorph. The bandwidth for 1 dB level was ~ 0.5%. The insertion losses in the whole tuning range were below ~ 1 dB. A central frequency tuning of ~ 10% was achieved applying bias voltage 300 V.

III.  Conclusion

A new type of tunable 2-pole filter with elliptic characteristics based on a dual mode dielectric resonator with piezoelectric bimorph was designed and tested. The tunable range might be increasing up to 20% by applying the bipolar control bias.

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