Пашков В. М., Молчанов В. І., Поплавко Ю. М. Національний технічний університет України «КПІ» Проспект Перемоги, 37, Київ – 03056, Україна Тел.: +38 (044) 4548450; e-mail: poplavko @ ieee.org

Анотація – Запропоновано новий спосіб термокомпенсации діелектричних резонаторів НВЧ, виготовлених з високодобротних, але нетермостабільних діелектриків з високою проникністю. Проаналізовано кордону застосовності запропонованого методу.

I. Вступ

В даний час відомий ряд термостабільних СВЧ діелектриків з проникністю в> 80 для застосувань в дециметровому і метровому діапазоні довжин хвиль, однак фактор добротності виготовлених з них діелектричних резонаторів (ДР) не перевищує величини QxF <8000, причому з підвищенням величини в цей параметр знижується. У цьому відношенні такі матеріали значно поступаються іншій групі СВЧ діелектриків з величиною в = 20-40.

Для ряду технічних застосувань необхідні діелектричні резонатори, виготовлені з матеріалів з в> 80, але мають велику добротність. Високодобротні діелектричні матеріали з великою в відомі – Це параелектрікі ТЮ2, САТЮ3, КТа03, SrTi03, А також композиції на їх основі. Однак без істотного зниження добротності параелектрікі не вдається термостабілізовані до прийнятних для практичного застосування значень температурного коефіцієнта частоти (ткч).

Рис. 2. Експериментальна залежність резонансної частоти Fr ЩДР від величини повітряного зазору (slot, jum).

Fig. 2. Experimental relation of resonant frequency Fr of SDR t/s. value of air-gap (slot, jum)

Показано, що в параелектріках і композиціях на основі можна істотно знизити величину ткч без застосування дорогих і дефіцитних компонентів. При цьому добротність ДР, виготовлених з цих матеріалів, не знижується, а в деяких випадках і збільшується. Нижче описується можливість термостабілізації нового типу «щілинних ДР», виготовлених з параелектріческіх матеріалів, без зниження їх добротності і практично без збільшення їх габаритів.

II. Основна частина

Рис. 3. Температурні залежності резонансної частоти ЩДР: 1 – вихідний суцільний ДР з ткч> 0;

2 – повне закріплення половинок ЩДР на підкладці;

3 – часткове закріплення з ткч ~ 0, 4 – часткове

закріплення з ткч <0.

Fig. 3. Temperature relations of SDR resonant frequency: 1 – initial solid DR with frequency temperature coefficient (FTC)>0; 2 – complete fixing of SDR half-bats on a substrate, 3 – partial fixing with FTC ~0; 4 – partial fixing with FTC<0

III. Висновок

Запропонований спосіб дозволяє відносно просто термостабілізовані нетермостабільний ДР, причому добротність його перевершує відомі добротності ДР з такою ж проникністю, по крайней мере, в два рази і може бути ще суттєво підвищена, оскільки в експериментах були використані матеріали, отримані з технічних реактивів (невисокою чистоти).

IV. Список літератури

[1] Poplavko У., Prokopenko У., Molchanov V. Frequency-tunable microwave dielectric resonator / / IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques, 2001, Vol. 48, № 6, pp.

1020-1027.

TEMPERATURE COMPENSATION OF DIELECTRIC RESONATOR FREQUENCY

PashkovV. М., Molchanov V. I., Poplavko Y. M. National Technical University of Ukraine 37, Peremogi Ave., Kiev – 03056, Ukraine Tel.: +38 (044) 4548450, e-mail: poplavko@ieee.org

Abstract – A new way for dielectric resonators (DR) thermal compensation is proposed for the DR made of high-quality but non-thermal stable materials. The ranges of applications of proposed method are analyzed.

I.  Introduction

Dielectric materials with low-cost high-quality factor Q and very high dielectric constant s are important for some technical applications. High-s paraelectrics like Ti02, CaTi03, KTa03 or SrTi03 would be appropriate for technique but DR’s made on their basis are quite non-thermal stable. This work shows that thermal stability of such DR’s can be achieved in case when the DR is cut on two parts with a small air slot between them. High Q factor is preserved as well as a small-sized design.

II.  Main part

Thermal compensation is realized experimentally with cylindrical DR that is cut on two parts with a narrow slot between them. This slot has a strong influence onto DR resonant frequency. Electrodynamics model of this resonant system was studied previously. Very high sensitivity of DR frequency to the air slot is used in this case to design resonant frequency stabilization.

The idea is to compensate DR resonant frequency temperature change (that is due to strong dielectric permittivity temperature dependence) by the thermal expansion on the parts of composite DR (due to this the slot between them is changed with temperature). These both possible alterations in DR frequency occur in the opposite sides that is the reason of proposed compensation. Effective dielectric permittivity of new Slot-DR (SDR) is kept relatively constant.

Temperature relation of paraelectric SDR should be rather complicated function with some independent parameters such as thermal expansion coefficient (TCa) and dielectric permittivity temperature coefficient (TCs). Moreover, some influences of resonant frequency is expected from other parts of design (including distance from the shield, etc). That is why simple empirical formulas are proposed and verified for thermal stable SDR calculations.

III.  Conclusion

A new way of DR thermal stabilization for very high-s materials is proposed. The basic idea consists of a special design providing the use of the low cost non-thermal stable microwave material in DR’s. Slot dielectric resonator consists of two parts joined by a fused silica substrate. These parts can move due to their natural thermal expansion/constriction, and, correspondingly, the air slot between them is changed with the temperature. This alteration affects onto effective dielectric permittivity in the direction opposite to the material dielectric permittivity change with temperature.

Proposed method of DR thermal compensation is verified experimentally, and calculation formulas are proposed.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»