полосковый ДВУХПРОВОДНЫЙ РЕЗОНАТОР НА ПОДВЕШЕННОЙ ПОДЛОЖКЕ

February 11, 2013 by admin Комментировать »

Лексиков А. А., Сухин Ф. Г. *

Институт Физики им. Л. В. Киренского г. Красноярск, СО РАН, Академгородок, 660036, Россия *Красноярский Государственный Технический Университет тел. сл.:3912-494591, e-mail: leksikov@iph.krasn.ru

Аннотация – Приводятся результаты исследования собственной добротности и поведения первых двух мод собственных колебаний полоскового резонатора на подвешенной подложке в зависимости от его конструктивных параметров.

I.                                       Введение

Фильтры промежуточной частоты диапазона

50..           .500 MHz конструируются, как правило, на основе взаимодействующих LC-контуров. Такие фильтры имеют невысокую технологичность и низкую устойчивость к вибрационным воздействиям. Этих недостатков лишены полосковые фильтры на подвешенной подложке [1,2]. При разработке фильтра для достижения оптимальной конструкции важно знать, как ведут себя собственная добротность и спектр собственных частот используемого резонатора от его конструктивных параметров. Исследованию этих вопросов посвящена настоящая работа.

II.                              Основная часть

Предварительные исследования показали, что исследуемый резонатор очень хорошо моделируется с помощью программы MicroWave Office, поэтому излагаемые ниже результаты исследований были получены с его помощью.

Рис. 1.

Fig. 1.

На рис.1 изображена в двух проекциях конструкция резонатора в разрезе. Он представляет собой корпус из проводящего материала, в котором смонтирована диэлектрическая подложка резонатора. Полосковые проводники резонатора сформированы на обеих сторонах подложки так, что значительной частью они перекрываются по своей длине, а одним концом выходят на противоположные края подложки и припаиваются к стенкам корпуса.

Было исследовано поведение собственной добротности резонатора ОоИ отношения частот /ϊ/^ι двух первых мод колебаний в зависимости от следующих конструктивных параметров резонатора: На – расстояния от подложки до верхней и нижней стенок корпуса (высоты экрана). И/ – ширины полосковых проводников, Lh/Lr – отношения величины однопроводной части резонатора к полной длине полоскового проводника, Hd – толщины подложки, и ее относительной диэлектрической проницаемости ε. Следует отметить, что собственная добротность резонаторов зависит от частоты. Поэтому для искпючения этого фактора при исследовании добротности частота всегда настраивалась на одно и то же значение, 200 MHz, длиной полосковых проводников.

Рис. 2.

Fig. 2.

Как оказалось, собственная добротность исследуемого резонатора не зависит от величины относительной диэлектрической проницаемости подложки при постоянной величине тангенса угла диэлектрических потерь. Поэтому исследования зависимости добротности от других конструктивных параметров резонатора проводились для ε=80 и tg6=10"’, что соответствует керамике ТБНС, широко используемой в микрополосковой технике.

Рис. 3.

Fig. 3.

На рис. 2, 3 и 4 приведены результаты исследования собственной добротности QqB зависимости от высоты На, ширины ПОЛОСКОВЫХ проводников и/ и от толщины подложки Hd соответственно. Во вставках указаны значения других конструктивных параметров резонатора, остающихся постоянными. Толщина медных полосковых проводников 0.02 mm.

Как видно из рис. 2, собственная добротность резонатора растет с увеличением На до 4 mm и не из-

меняется далее. Такое же ловедение добротности характерно и лри экранировании микрололосковых фильтров – лри снижении высоты экрана лотери резонатора увеличиваются благодаря взаимодействию генерируемых им лолей с экраном. Также добротность растет с увеличением ширины лолоскового проводника W, рис. 3. Подобное ловедение также сходно с поведением микрополосковых резонаторов. Оно обусловлено тем очевидным фактом, что с увеличением ширины полоскового проводника уменьшается джоулевы потери в нем. Кардинальным образом отличается поведение собственной добротности исследуемого резонатора от микрополоскового при изменении толщины подложки. В то время как добротность микрополоскового резонатора падает с уменьшением толщины подложки, в нашем случае она, наоборот, растет, рис. 4.

Рис. 4.

Fig. 4.

При проектировании фильтра важно знать, как ведет себя спектр собственных частот образующих его резонаторов от конструктивных параметров, т. к. высшие моды формируют паразитные полосы пропускания. На практике, как правило, достаточно знать, как ведет себя вторая мода относительно первой, т. е. отношение f2/f-\. Как оказалось, это отношение растет с увеличением относительной диэлектрической проницаемости подложки ε. Это также отличает исследуемый резонатор от микрополосковых, у которых это отношение практически не зависит от ε. Такое различие связано с тем, что в микрополосковом резонаторе эти моды имеют общую природу. В резонаторе же на подвешенной подложке эти моды различны по своей природе. Первая мода в данном случае – это скорее резонанс колебательного контура на квази-сосредоточенных элементах. А прототипом второй моды является первая мода четвертьволнового микрополоскового резонатора, заземляемая плоскость которого «заземлена» через сравнительно большую индуктивность.

По своему характеру зависимости f2/f-\ от На, \N и Hd оказались подобны таким же зависимостям добротности (рис. 2-4). При тех же значениях конструктивных параметров, указанных во вставках, сама величина отношения изменялась от 3.3 до 4.2 в первом случае, от 2.1 до 4.5 во втором и от 8.8 до 2 в третьем. В этом снова проявляется кардинальное отличие от микрополосковых резонаторов, у которых величина h!h практически не зависит от вышеназванных конструктивных параметров [3].

Относительную раздвижку собственных частот f2/fi можно еще более увеличить, уменьшая перекрытие полосковых проводников резонатора, т. е. увеличивая параметр L/,/Lr. Однако такое поведение наблюдается лишь до значений ии~0.3, далее частоты f2U fi начинают снова сближаться.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что на основе полосковых резонаторов на подвешенной подложке можно конструировать фильтры метрового и дециметрового диапазона длин волн с высокими электрическими характеристиками.

IV.                           Список литературы

[1]  Б. А. Беляев, А. А. Лексиков, В. В. Тюрнев, А. В. Казаков, Патент РФ № 2237320, Бюл. Из. № 27, 2004.

[2]  Б. А. Беляев, А. А. Лексиков, В. В. Тюрнев, А. В. Казаков, CriMiCo’2005, р. 506-507

[3]  Б. А. Беляев, В. В. Тюрнев, А. К. Елисеев, Г. М. Рагзин, Препринт № 415Ф, ИФ СО РАН, 1987.

STRIPLINE DOUBLE-WIRE RESONATOR ON SUSPENDED SUBSTRATE

A. A. Leksikov, F. G. Sukhin Institute of Physics Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russia

Abstract – Qo-factor and frequency ratio of the first two modes in the stripline resonator on suspended substrate are investigated as a function of the structure parameters.

I.                                         Introduction

A novel filter based on resonators formed by strip conductors on the suspended substrate demonstrates good performance in 50…500 MHz frequencies band [1,2]. To obtain optimal construction in filter designing it is useful to know how the structure parameters of the resonator influence its Qo-factor and natural frequencies.

II.                                        Main Part

The preliminary investigation has shown that the resonator is good modeled by MicroWave Office, so the data were obtained with a help of this software.

Fig. 1 shows the structure of the resonator. It is a housing made from conducting material and containing dielectric substrate. On the substrate faces strip conductors are formed in such manner that these overlap and come out to the opposite edges of the substrate and are soldered there to the housing walls.

Qo-factor appeared to be independent on substrate dielectric constant ε with dielectric loss tangent to be constant, so it was investigated for s = 80and tg5 = 10”’. Fig. 2 depicts Qo-factor vs. the distance Hg between the substrate and top and bottom walls of the resonator housing. Fig. 3 shows the Qo-factor vs. the width \N of stripline conductors forming the resonator. Fig. 4 demonstrates Qo-factor as a function of substrate thickness Hd. Shown in the insets are the parameters remaining constant. The first two dependencies are typical for microstrip resonators, whereas the latter has a contrary behavior. It should be noted, Qo-factor is a value dependent on the frequency, and therefore in the investigation the frequency of the first mode was tuned to the constant value 200 MHz by the strip conductors’ length changing.

Ratio of the first two modes frequencies /i/^i showed a behavior significantly differing from that in microstrip resonators. Firstly, this value grows with increasing the dielectric constant ε of the substrate. Secondly, the curves of f2/^ivs. Ha, \N and Hd were similar to those of Qo-factor, and the ratio values drop in the interval from 2 to 8.8. In a microstrip resonator value /ί/ίι does not depend on ε, Ha, И/and Hd[3]. Such difference is due to the fact of these modes having different nature. The first one is actually a resonance of oscillation circuit formed by quasi-lumped elements. The second one originates from the first mode of quarter-wave microstrip resonator whose earthed plane is «earthed» through an inductance.

Relative shift of frequencies /ί/ίι still may be more increased by decreasing the value of strip conductors overlapping LnlLr down to 0.3, then fi and /icome close again.

III.                                       Conclusion

The obtained data demonstrate an ability of designing filters of meter and decimeter wave band with good performance on the base of stripline double-wire resonators on suspended substrate.

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