Шмигін Д. А., Єременко А. В. Пашков В. М., Молчанов В. І. Національний технічний університет України «КПІ» Проспект Перемоги, 37, Київ – 03056, Україна Тел.: +38 (044) 4549836; e -mail: eremenko.andrey @ mail.ru

Анотація – Розроблено методику розрахунку температурностабільной коливальної системи, заснованої на використанні складеного діелектричного резонатора з поперечними діелектричними включеннями. Наводяться результати моделювання системи та методики розрахунку таких структур.

I. Вступ

Одним з можливих рішень підвищення термостабільності коливальних систем на основі ДР є використання в якості компенсуючого елемента складеного діелектричного резонатора (СДР) з поперечним до електричного поля діелектричним включенням. Раніше було показано, що використання в СДР регульованого по товщині повітряного зазору дозволяє отримати перебудову резонансних частот СДР в широких межах при збереженні високої добротності коливальної системи [1]. Перевагою описаної нижче конструкції є термостабільність (забезпечена без зовнішніх термокомпенсирующих систем), простота конструкції і технологічність.

II. Основна частина

Суть запропонованого методу термокомпенсации полягає в наступному: високодобротних СДР з поперечним діелектричним включенням у вигляді повітряного зазору шириною d поміщається на підкладку з матеріалу з малим коефіцієнтом лінійного розширення а “, наприклад, плавлений кварц (рис. 1). При цьому краю СДР жорстко закріплені на підкладці. Зміна температури навколишнього середовища буде приводити до зміни ширини повітряного зазору d, а відповідно і до зміни резонансної годину-

де– Чутливість величини у к з

трансформаційних змін параметра /?. Чутливість Sf визначається чутливістю резонансної частоти до кожного з геометричних параметрів СДР. В рамках нашої математичної моделі (затиснутий СДР з £ г = 1) чутливість визначається в основному тільки чутливістю резонансної частоти до зміни ширини області включення

Чутливість резонансної частоти до зміни відповідного параметра знаходилося шляхом чисельного диференціювання раніше отриманих залежностей власних частот резонаторів від його параметрів. Застосування описаного вище методу термокомпенсации дозволяє мінімізувати ткч системи (рис. 4).

Рис. 4. Температурно-частотна залежність суцільного (а) і складеного ДР (с – вільний, b – закріплений) з параметрами £ = 85,

ТКЕ = 660×106До1, А = 8х10 ~6 КГ1.

Fig. 4. Temperature vs. frequency relation of continuous (a) and compound (b) DR (c is free, b is fixed) with the following parameters £ = 85, TKs = 660x1G6K1, А = 8×1 U6 До1

III. Висновок

Наведений розрахунок підтверджується експериментальними результатами, що доводить ефективність описаного методу термокомпенсации. Застосування різних способів закріплення зразка з підкладкою дозволяє створити СДР з низьким ткч, а також розширити межі застосування даного методу термокомпенсации.

IV. Список літератури

[1] Poplavko У, Prokopenko У, Molchanov V., Dogan I. Fre-quency-tunable microwave dielectric resonator, 2001.

[2] Гоігоровіч А. Д., Янкевич В. Б. Резонатори і сповільнюють системи НВЧ: Чисельні методи розрахунку та проектування.

DIELECTRIC RESONATOR WITH INHOMOGENEITY-SIMULATION METHOD

Shmigin D., Eremenko A., PashkovV., Molchanov V.

National Technical University of Ukraine 37, Peremogi Ave., Kiev – 03056, Ukraine Tel.: +38 (044) 4549836 e-mail: eremenko. andrey@mail. ru

Abstract – Method of computations for temperature stable resonant system based on the use of constituent dielectric resonator (CDR) dielectric inclusions is proposed. System de­sign and method of computation are discussed.

I.  Introduction

One of possible decisions of resonant DR system thermal stability increase represents the use of constituent dielectric resonator (CDR) with the dielectric inclusion transversal to the electric field, as a compensating element. As it is published before [1], the use in the CDR dielectric inclusion in a form of air-gap allows getting alteration of resonance frequency in wide limits with the saving of high quality of the resonant system. The advantages of such design are the absence of complicated temperature compensation system, the simplicity and techno­logical effectiveness.

II.  Main part

The essence of the proposed method of temperature com­pensation is as follows. High-Q CDR with the transversal dielec­tric inclusion (that is an air-gap with width cf) is placed onto a low s substrate made of temperature stable dielectric with small losses, for example fused silica (Fig. 1). At that, the CDR edges are hardly fastened to the substrate. The change in ambient temperature will cause the change in the width of air-gap to compensate the change in DR s and keep stable the resonance frequency of the system.

Computation of structures on the basis of CDR with the transversal dielectric inclusions presents considerable difficulty because existent methods of the CDR computation are based on the approaching of ordinary DR, and are unacceptable for resonators with the inhomogeneity in transversal section. The presence of non-coordinate surfaces of section does not allow finding the own functions of sub-regions by the method of divi­sion of variables, that considerably complicates the decision of task about own vibrations of such resonators.

However, cylindrical symmetry of considered systems allows simplifying the task. Therefore the decision is found on the basis of combination of “partial regions” methods and collocations.

The nomographic chart of CDR parameters dependence from different system parameters are collected as a result of numerical solution of equations (Fig. 3).

III.  Conclusion

Mentioned results of computation are verified by the ex­perimental results, and prove the efficiency of the proposed method of temperature compensated DR based system. The use of different ways in the pattern fixing as well as materials selection for DR and substrate, allows creating CDR with low thermal frequency coefficient (TCf), and also facilitating tuning of resonator on the required frequency.

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