МИКРОПОЛОСКОВЫЕ СВЧ ФИЛЬТРЫ НА ПАРАХ СВЯЗАННЫХ РЕЗОНАТОРОВ

July 22, 2012 by admin Комментировать »

Колмаков Я. А. Вендик И. Б. Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» ул. Проф. Попова, Санкт-Петербург 197376, Россия Тел.: (8 812) 346-08-67; e-mail: MWLab@eltech.ru

Аннотация Спроектированы и экспериментально исследованы микрополосковые полосно-пропускающие СВЧ фильтры 12-го порядка, материал проводников высокотемпературный сверхпроводник (ВТСП) и фильтр 4-го порядка, материал проводников медь. Особенностью фильтров является использование пар резонаторов.

I.  Введение

Микрополосковые устройства имеют множество преимуществ: миниатюрность, малый вес, технологичность производства. Существенными недостатками, которые ярко проявляются в полоснопропускающих фильтрах, являются значительные потери в полосе пропускания и наличие паразитных связей между не соседними резонаторами. Если уровень потерь можно радикально уменьшить, используя ВТСП для формирования микрополосковых линий, то проблема паразитных связей обычно решается увеличением расстояния между не соседними резонаторами [1], что приводит к увеличению размеров фильтра.

В данной статье рассмотрены топологии резонаторов и способ их расположения, которые минимизируют влияние паразитных связей на передаточную характеристику фильтра, не увеличивая размеров топологии.

II.  Основная часть

Первым фильтр, который был составлен в виде решетки не из отдельных резонаторов, а из пар резонаторов, был фильтр на полуволновых резонаторах в виде свернутой в меандр, состоящей из трех параллельных отрезков микрополосковой линии [2]. Пара таких резонаторов имела два нуля передачи симметрично расположенных относительно центральной частоты. Такой вид передаточной характеристики для пары стал критерием поиска других пар резонаторов.

Используя пару модифицированных резонаторов"шпилек" был спроектирован фильтр 12-го порядка.

Рис. 1. Топология фильтра 12-го порядка Fig. 1. Layout ofthe 12-pole filter

При проектировании фильтра для определения расстояния между резонаторами использовались коэффициенты связи для Чебышевского фильтра. Итоговая характеристика была получена путем корректировки расстояний между резонаторами с использованием пакета электромагнитного моделирования Sonnet.

На рис. 1 изображена разработанная топология фильтра 12-го порядка. Фильтр был сделан на подложке 1_аАЮз толщиной 0.52 мм с нанесенной на нее с двух сторон пленкой сверхпроводника YBCO толщиной 700 нм. Фильтр занимает площадь 17×22 мм2. Измерения фильтра проводились в корпусе размером 30x30x7 мм3. На рис. 2 показана расчетная характеристика и результаты измерений при температуре Т=50 К. Результаты измерений очень хорошо согласуются с результатами моделирования, при этом подстройки фильтра не производилось. Потери в середине полосы пропускания около -0.2 дБ, крутизна склонов фильтра соответствует крутизне Чебышевского фильтра 12-го порядка. Центральная частота 1.7475 ГГц, полоса пропускания 75 МГц, запирание вне полосы пропускания -60 дБ. С помощью программы [3] были получены параметры модели пленки ВТСП [4] по результатам измерения фильтра при нескольких температурах. Диэлектрическая проницаемость подложки 23.6 при Т = 300 К, поверхностное сопротивление пленки YBCO может быть описано следующими модельными параметрами: у=2.2, а=10, сп(Тс)=3-106 (Ом-м)’1, Тс=86.5 К.

На основе другой пары свернутых резонаторов был разработан фильтр 4-го порядка, имеющий два симметрично расположенных нуля передачи. Топология фильтра представлена на рис. 3. Было изготовлено четыре образца фильтров (материал проводников медь) на подложке из поликора

Рис. 2. АЧХ фильтра 12-го порядка (сплошная линия эксперимент, штриховая расчет)

Fig. 2. Performance of the 12-poie filter (firm line is measured, dashed is simulated)

Рис. 3. Фаза S^e функции приложенного напряжения

Fig. 3. Phase S12 measurement for different Vbias

устройств, в том для подложек антенн. Полученные результаты (например, коэффициент перестройки диэлектрической проницаемости, сдвиг фазы) показывают, что разработанный композитный материал из сегнетоэлектрика может быть использован при разработке новых типов управляемых антенн и СВЧ устройств.

IV. Список литературы

[1] F. De Flaviis, N. G. Alexopoulos, О. M. Stafsudd. Planar microwave integrated phase-shifter design with high purity ferroelectric material. IEEE Trans. MTT, Vol. 45, NO. 6, June 1997, pp. 963-969.

[2]  Yu Liu, A. S. Nagra, E. G. Erker, P. Periaswamy, T. R. Taylor, J. Speck, R. A. York. BaSrTi03lnterdigitated Capacitors for Distributed Phase Shifter Applications. IEEE Microwave and wave letters, Vol. 10, N0.11, November 2000

[3] B. J. Kim, S. Baik, Y. Poplavko, Y. Prokopenko. Epitaxial BST thin film as microwave phase shifter. ISIF 2000 Abstracts, Aachen, p. 180.

[4] E. Jaszczyszyn, M. Szafran, J. Modelski, E. Bobryk. Badanie wtasciwosci materiatow ferroelektrycznych w zakresie mikrofal. Kwartalnik elektroniki i telekomunikacji PAN. 2003. 49. z.2. str. 245 -254.

PHASE SHIFTER ON COMPOSITE FERROELECTRIC SUBSTRATE

Modelski J., Yashchyshyn Y.

Institute of Radioelectronics,

Warsaw University of Technology Nowowiejska 15/19, 00-665 Warsaw, Poland e-mail: e.jaszczyszyn@ire.pw.edu.pl; j. modelski@ire.pw. edu.pl

Abstract Tunable phase shifter on ceramic-polymer composite (with modified ferroelectric powder and appropriate polymer) substrate is realized and tested. This composite ferroelectric material has been synthesized and investigated for microwave applications.

I.  Introduction

The main reason why ferroelectric materials have not been used at microwave range had been high losses. The familiar ferroelectric phase shifters (e.g., [1], [2] and [3]) use paraelectric thin film technology for decreasing losses. In this paper the new ferroelectric materials in ceramic-polymer form for the realization of phase shifter operating at microwave range have been presented. Ceramic-polymer composite with modified ferroelectric powder Ba0,65Sr0,35TiO3 and appropriate polymer (grains of the powder have been sprayed into polymer with specific method) have been synthesized and investigated.

II.  Main part

As an example of possible use of ceramic-polymer ferroelectric material a tunable phase shifter operating in the frequency range between 2 GHz and 3 GHz is realized and tested. The photograph of ferroelectric tunable phase shifter is shown in Fig. 1. There is two filter band-pass in the picture. They ensure isolation of the bias from the microwave signal within a reasonably wide bandwidth.

The microstrip transmission line is printed on 200|jm ceramic-polymer ferroelectric substrate and has a width of 200|jm. The length ofthe strip will determine the maximum phase shift, which can be obtained for a fixed change of the propagation constant, associated with the maximum bias voltage applied. This means that longer strips will give larger phase shift for a fixed change in the propagation constant. In our case the length of the strip has been 55mm. The bias of the substrate is achieved using special DC-block. Measurement results of the correspondence between the effective permittivities and bias voltage for some sample are reported in Fig. 2. It can be seen that maximum tunability is about 37%. Obtained losses (tanS) have been 0.05. Time-domain method (TDM) allows to determine ferroelectric permittivity by measuring the time delay of signal propagating through the microstrip transmission line printed on ferroelectric sheets [4].

The results of measurement of S12 parameter phase is shown in Fig. 3. More than 70° phase shift is achieved with bias voltage below 800V. The insertion loss at 2.4 GHz is about

0.         7dB with no bias field, and increases to 2.8dB when a bias field of 800V is applied. The maximum total change of insertion loss is about 2.1dB.

III.  Conclusion

A novel technique for production of low-cost ferroelectric ceramic-polymeric material for microwave applications has been introduced. New design for a low-loss broad-band planar phase-shifter operating at 2.4 GHz has been discussed. Obtained results (e.g. tuning ability coefficient of the effective permittivity and phase shift) show that ferroelectric ceramicpolymer material can be utilized in designing new type of antennas and microwave devices.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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