ВОЛНОВОДНЫЕ БРЕГГОВСКИЕ СТРУКТУРЫ С ЗАПРЕЩЕННЫМИ ЗОНАМИ В К-ДИАПАЗОНЕ

February 18, 2013 by admin Комментировать »

Данилов В. В., Олейник В. В. Радиофизический факультет, Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко пр. Гпушкова, 2/5, г. Киев, 03022, Украина тел. +38(044) 566 0551, e-mail: oliynyk@univ.l<iev.ua

Аннотация – Исследованы параметры запрещенной зоны волноводной брэгговской структуры, которая является аналогом одномерного фотонного кристалла в оптике. Показана возможность управления параметрами запрещенной зоны при изменении периода подобной структуры. Предлагается использовать брэгговские структуры в качестве режекторных волноводных фильтров миллиметрового, субмиллиметрового и терагерцового диапазонов с различными частотными характеристиками.

I.                                       Введение

Исследование поведения фотонных кристаллов или структур с периодической диэлектрической проницаемостью является одним из перспективных направлений в современной физике оптических материалов. Наиболее простым объектом этого кпасса является одномерное распределенное диэлектрическое зеркало (брэгговский отражатель). Оно образовано чередованием слоев с различными показателями преломления и характерными толщинами, удовлетворяющими резонансному условию Брэгга. В спектре пропускания такой микроструктуры имеется частотная область, запрещенная для распространения электромагнитной волны – запрещенная зона (33). Изменение периода чередования диэлектрических слоев структуры приводит к изменению частотного положения 33 и ее ширины.

Целью настоящего доклада является обсуждения результатов экспериментального исследования подобных структур с различными периодами чередования диэлектрических слоев в СВЧ диапазоне.

II.                              Основная часть

На рис.1 схематически представлен вид исследуемой структуры.

Рис. 1. Исследуемая одномерная периодическая структура.

Fig. 1. One-dimension periodic structure under investigation

Стандартным аналитическим подходом для исследования особенностей распространения электромагнитного излучения в подобных периодических структурах является метод связанных волн, который позволяет рассчитать эффекты отражения и прохождения волн в среде с гармоническим модулированным показателем преломления n(z) = п^ +Аисоз(2Дг) [1]:  где г – относительный коэффициент отражения по амплитуде;

–   показатели преломления слоев сфук|уры фис. ι;; – коэффициент связи;

– период изменения показателя преломления;L – длина структуры.

Наиболее важным исходя из практического применения подобных периодических структур есть возможность получения 33 с последующим управлением ее параметрами.

Теория фотонных кристаллов показывает, что амплитудная и частотная характеристики 33 определяются количеством слоев, контрастом их диэлектрической проницаемости и периодом чередования. В работе [2] показано, что существует жесткая корреляция между параметрами 33 (шириной и положением ее центра) и величиной диэлектрической проницаемости одной из компонент структуры, например, при возрастании ει происходит уширение 33 и сдвиг ее в низкочастотную область.

Измерения АЧХ брэгговских периодических структур проводились при помощи измерителя КСВН и ослабления Р2-65, работающего в режиме ослабления в диапазоне частот от 25,8 до 37,5 ГГц.

Периодические структуры представляли собой

5  пар чередующихся слоев диэлектриков: пенопласта с ει = 1,1 и поликора (АЬОз) с £г = 9,8. Исследуемые структуры заполняли прямоугольный волновод сечением 7,2 х 3,4 мм^.

В работе исследовались параметры 33 при изменении / – периода диэлектрической структуры. Исследовались структуры с тремя различными периодами, равными длине волны в волноводе λ, λ/2 и 3λ/2, что соответственно было равно / = 13 мм;

6,5   мм; 19,5 мм. Изменение периода структуры происходило за счет изменения толщины ει (пенопласт), которое равнялось di = 12,5 мм; 6 мм; 19 мм. При этом толщина второго диэлектрика (поликор) оставалась постоянной и равнялась d2 = 0,5 мм.

III.                 Результаты эксперимента

На рис. 2 приведен график зависимости АЧХ трех брэгговских структур с различным периодом.

Из приведенных графиков видно, что при увеличении периода структуры за счет увеличения толщины ει происходит, во-первых, сужение 33 и, во- вторых, смещение центральной частоты 33 в область меньших частот. При периоде 3λ/2 в частотном диапазоне измерителя Р2-65 появляется вторая 33. Это дает возможность увеличивая и дальше период структуры получать несколько частотных полос заграждения при конструировании режекторных фильтров. Как видно из графиков, величина ослабления сигнала для всех измеренных структур была практически одинакова. Дпя увеличения ослабления, а значит прямоугольности характеристики подобных фильтров, необходимо увеличивать количество слоев диэлектриков. Так, при увеличении слоев до 7 пар, величина ослабления составила значение – 27 дБ, а при 9 пар -35 дБ.

Рис. 2. Экспериментальные АЧХ брэгговских структур с различными периодами.

Fig. 2. Experimental FRC Bragg structures with the various periods

Существует возможность электронной перестройки рабочих частот подобных фильтров при наличие в слоях структуры ферритовых или сегнетоэлектрических компонент [3].

При создании в структуре локальных дефектов, в 33 появляется узкий пик пропускания, частота которого может управляться при использовании различных диэлектриков [4].

Для субмиллиметрового и терагерцового диапазонов волноводные брэгговские структуры могут быть исполнены в монолитном исполнении с использованием технологии магнетронного напыления.

IV.                                  Заключение

в работе исследовано поведение запрещенной зоны брэгговской структуры при изменении ее периода. Показана возможность создания эффективных режекторных фильтров с возможностью получения нескольких частотных полос заграждения за счет изменения периода чередования диэлектрических слоев. Добавление количества периодов структуры приводит к увеличению ослабления в запрещенной зоне, тем самым улучшая прямоугольность подобных режекторных фильтров.

[ЦАкиба С., Утака К. Динамические одночастотные полупроводниковые лазеры. – М.: Мир, 1989.

[2]  Олейник В. В., Макаров Д. Г., Данилов В. В. Волноводная Брегговская структура миллиметрового диапазона длин волн. Известия ВУЗов. Радиоэлектроника, 2006,

№ 2, с. 66-69.

[3]  Бритун Н. В., В. В. Данилов. Электронное управление параметрами структур с фотонной запрещенной зоной. Письма в ЖТФ, 2003, т.29, вып.7, с. 27-32.

[4]  Данилов В. В., Макаров Д. Г., Олейник В. В. Измерение диэлектрической проницаемости с использованием волноводной брэгговской структуры. – В кн.: 15-я Междунар. Крымская конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’05). Материалы конф. [Севастополь, 12-16 сент. 2005 г.]. – Севастополь: Вебер, 2005, с. 785-786.

K-BAND WAVEGUIDE BRAGG STRUCTURES

V. Danilov, V. Oliynik National Taras Shevchenko University of Kyiv Acad. Glushkov Av., 2/5, Kyiv, 03127, Ukraine Ph.: +38 (044), 526 0551, e-mail: oliynyk@univ.kiev.ua

Abstract – The possibility for controlling band-gap parameters of Bragg structure at variation of its period has been shown. Periodic dielectric structures have been proposed to be used as waveguide filters of mm, sub-mm and THz ranges with different frequency characteristics.

I.                                         Introduction

In the transmission spectrum of Bragg structure there is frequency domain which is forbidden for electromagnetic wave propagation – band gap. Bragg structure period variation leads to variation of band gap frequency position and its width, and therefore gives the possibility to control its parameters.

II.                                        Main Part

Measurement of FRC of one-dimensional periodic structures has been carried out within 25.8 – 37.5 GHz bandwidth.

Periodic structures are represented as 5 pairs of alternate dielectric layers with ει = 1,1 and AbOsWith Z2 = 9,8. The structures under study have completely filled up rectangular waveguide with 7.2 x 3.4 mm^cross section.

III.                                       Conclusion

Band gap behavior in periodic dielectric structure at variation of its period has been investigated in this paper. It is possible to design effective rejector filters with several attenuation frequency bands. The increase in number of periods in Bragg structure leads to the attenuation increase in the band gap.

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