ИЗЛУЧАТЕЛЬ К-ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ ПЛАНАРНОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА

February 16, 2013 by admin Комментировать »

Буслов О. А., Головков А. А., Красильников С. В. Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет (ЛЭТИ) ул. Проф. Попова, г. Санкт-Петербург, 197378, Россия тел.: +7-812-3464516, e-mail: Iab16@vilan.spb.m

Аннотация – В работе рассматривается излучатель, на основе планарного диэлектрического резонатора (ПДР). Планарный диэлектрический резонатор обладает высокой добротностью, малыми размерами и прост в изготовлении. Возбуждение излучателя осуществляется при помощи микрополосковой линии. Приведены результаты численного моделирования и экспериментального исследования излучателя.

I.                                        Введение

Цилиндрические диэлектрические резонаторы широко используются как излучатели в антенных системах К-Ки диапазонов. Недостатком таких излучателей ЯВЛЯЮТСЯ СЛОЖНОСТЬ их монтажа на печатной плате, сильное влияние на характеристики излучателя окружающих его конструкций. Планарные диэлектрические резонаторы во многом свободны от указанных недостатков, компактны и могут быть изготовлены в ОДНОМ технологическом цикле с диаграммообразующей схемой антенны. В связи с этим в настоящей работе исследуются свойства излучателя К-диапазона на основе такого резонатора.

II.                                Основная часть

Планарные диэлектрические резонаторы (ПДР) широко используются при построении фильтров верхней части СВЧ диапазона [1] – [3]. Основными достоинствами данного типа резонаторов являются малые размеры, легкость в изготовлении и хорошие электрические параметры. Диэлектрическая проницаемость используемой подложки может быть небольшой (порядка 10), что позволяет использовать для изготовления ПДР широко применяемые материалы для подложек с небольшими потерями (например Alumina).

Рис. 1. Излучатель на основе ПДР.

Fig. 1. Schematic of PDR based radiator

ПДР выполняется на металлизированной с одной стороны диэлектрической подложке, заключённой в металлический корпус. В металлизации подложки выполнено круглое отверстие, диаметр которого определяет резонансную частоту.

Излучатель (рис.1) представляет собой ПДР без верхней крышки. Исходя из конфигурации поля для ОСНОВНОГО типа колебаний ПДР, в качестве элемента, возбуждения была выбрана микрополосковая линия (МПЛ), заканчивающаяся погруженным в резонатор штырем. Глубина проникновения штыря, которым заканчивается МПЛ, в резонатор и волновое сопротивление ЛИНИИ определяют коэффициент связи, и, следовательно, нагруженную добротность резонатора. Волновое сопротивление МПЛ на подложке из Alumina может изменяться в пределах 20-100 Ом и легко регулируется подбором ширины проводников. Зависимость коэффициента отражения на входном порту МПЛ, возбуждающей излучатель, при разных длинах погруженного в резонатор штыря с волновым сопротивлением 50 Ом показаны на рис.2.

Рис. 2. Частотная зависимость коэффициента отражения излучателя.

Fig. 2. Frequency dependence of reflection coefficient ofthe radiator

Диаграмма направленности излучателя представлена на рис. 3-4. Как видно рисунков, диаграмма направленности наклонена примерно на 18 градусов относительно нормали. Это обусловлено тем, что диаграмма направленности складывается из двух составляющих: из диаграммы направленности излучателя на ПДР и диаграммы штыревой антенны, которая образована МПЛ возбуждающей резонатор. Наклон диаграммы направленности можно уменьшить путем сокращения глубины проникновения МПЛ в резонатор, НО при этом уменьшается коэффициент связи МПЛ с ПДР, ухудшается согласование и полевые характеристики. Указанная проблема решается изменением положения МПЛ относительно ПДР.

Для коррекции формы диаграммы направленности излучателя возбуждающая резонатор МПЛ может быть расположена по касательной к ПДР. Этот и ряд других способов возбуждения ПДР рассмотрены в настоящей работе. Они позволяют получить симметричную форму диаграммы направленности излучателя.

Рис. 3. Трехмерная диаграмма направленности излучателя по усилению.

Fig. 3. А 3D Radiation gain pattern of radiator

Puc. 4. Диаграмма направленности излучателя (φ=90, θ=0…360).

Fig. 4. Radiation gain pattern of radiator (φ=90, θ=0…360)

III.                                   Заключение

Исследованный в настоящей работе излучатель на основе ПДР К-Ки диалазонов имеет ряд важных преимуществ ло сравнению с излучателями на основе традиционных цилиндрических диэлектрических резонаторов. Такие излучатели имеют полосу пропускания порядка 1ГГц по уровню КСВ=2 на частоте 15ГГц и легко интегрируются с диаграммообразующей схемой антенной решетки.

[1] S. Maraud, S. Verdeyme, P. Guillon, P. Lilian, B. Theron, «А New Planar Type Dielectric Resonator for Microwave Filtering»//IEEE, MTT-S, 1998.

[2] /-/. Blondeaux, D. Baillargeat, S. Verdeyme, P. Guillon,

A.       earlier, Y. Cailloce, E. Rogeaux, «Radiant microwave filter for telecommunications using high Q dielectric resonator» // 30"’ European Microwave Conference – Paris 2000.

[3] Krasilnikovs. V, TUNABLE MICROWAVE FILTER FOR LMDS. XI International Conference on Electromagnetic Disturbances», 19-21 September 2001 Bialystok.

K-BAND RADIATOR BASED ON PLANAR DIELECTRIC RESONATOR

Buslov O. A., Golovkov A. A., Krasilnikov S. V. Electrotechnical University (LETI) Saint-Petersburg, 197376, Russia Ph.: +7-812-3464516, e-mail: lab16@vHan.spb.ru

Abstract-This paper describe the K-band radiator, based on planar dielectric resonator (PDR). The PDR provides high quality factor, the small sizes and is simple in manufacturing. Excitation of a radiator is carried out by means of a microstrip line.

I.                                         Introduction

Cylindrical dielectric resonators are widely used as radiators in K-Ku band antenna systems. Lack of such radiators is complexity of their installation on the printed-circuit-board, strong dependence of characteristics on surrounding. PDR in many respects are free from the specified lacks, compact and can be easily produced.

II.                                        Main Part

The structure of the PDR is composed of back side metallized dielectric substrate enclosed in rectangular cavity. Thin- film metallization on the back side of dielectric substrate has a hole with diameter which determines the resonant frequency.

The radiator (Fig.1) is the PDR itself without the top cover. Excitation of radiator is carried out by microstrip line, as shown in Fig.1. Penetration depth of microstrip line depends on coupling coefficient, and therefore, loaded quality factor. Wave impedance of microstrip line on Alumina substrate can be changed within of 20-100 Ohms and is easily adjusted by selection of conductor widths. Frequency dependences of reflection coefficient for different lengths of the microstrip line (50 Ohm) are shown in Fig.2.

The radiation pattern of the radiator is presented in Fig.3-4. As shown in the figures, radiation pattern is inclined approximately 18 degrees from substrate normal. It is caused by the fact that radiation pattern is the sum of two components: 1) radiation pattern of a radiator on PDR and 2) radiation pattern of the monopole formed by microstrip line exciting resonator. Radiation pattern inclination can be reduced by decrease the penetration depth of the microstrip line in the resonator, but this worsens time coupling of microstrip line with PD, matching and field characteristics. These problems can be solved by changing the mutual position of the microstrip line and PDR.

III.                                       Conclusion

The K-Ku band radiator based on planar dielectric resonator has a number of the important advantages compared with radiators with traditional cylindrical dielectric resonators. Radiators considered have 1GHz passband (VSWR=2) at 15GHz and are easily integrated in beamforming networks of phased antenna arrays.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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