Данилов В В, Олійник В В Радіофізичний факультет, Київський національний університет імені Тараса Шевченка пр Гпушкова, 2/5, м Київ, 03022, Україна тел +38 (044) 566 0551, e-mail: oliynyk@univl

Анотація – Досліджено параметри забороненої зони хвилеводної бреггівського структури, яка є аналогом одновимірного фотонного кристала в оптиці Показана можливість управління параметрами забороненої зони при зміні періоду подібної структури Пропонується використовувати бреггівського структури в якості режекторних хвилеводних фільтрів міліметрового, субміліметрового та терагерцового діапазонів з різними частотними характеристиками

I                                       Введення

Дослідження поведінки фотонних кристалів або структур з періодичною діелектричної проникністю є одним з перспективних напрямів в сучасній фізиці оптичних матеріалів Найбільш простим обєктом цього кпасса є одновимірне розподілене діелектричне дзеркало (бреггівського відбивач) Воно утворене чергуванням шарів з різними показниками заломлення і характерними толщинами, задовольняють резонансній умові Брегга У спектрі пропускання такої мікроструктури мається частотна область, заборонена для розповсюдження електромагнітної хвилі – заборонена зона (33) Зміна періоду чергування діелектричних шарів структури призводить до зміни частотного положення 33 і її ширини

Метою цієї доповіді є обговорення результатів експериментального дослідження подібних структур з різними періодами чергування діелектричних шарів у НВЧ діапазоні

II                              Основна частина

На рис1 схематично представлений вид досліджуваної структури

Рис 1 Досліджувана одномірна періодична структура

Fig 1 One-dimension periodic structure under investigation

Стандартним аналітичним підходом для дослідження особливостей поширення електромагнітного випромінювання в подібних періодичних структурах є метод звязаних хвиль, який дозволяє розрахувати ефекти відбиття і проходження хвиль в середовищі з гармонійним модульованим показником заломлення n (z) = п ^ + Аісоз (2Дг) [1]: де г – відносний коефіцієнт відбиття за амплітудою

– показники заломлення шарів сфук | Урів фис ι; – Коефіцієнт звязку

– Період зміни показника заломленняL – довжина структури

Найбільш важливим виходячи з практичного застосування подібних періодичних структур є можливість отримання 33 з подальшим управлінням її параметрами

Теорія фотонних кристалів показує, що амплітудна і частотна характеристики 33 визначаються кількістю шарів, контрастом їх діелектричної проникності і періодом чергування В роботі [2] показано, що існує жорстка кореляція між параметрами 33 (шириною і положенням її центру) і величиною діелектричної проникності однією з компонент структури, наприклад, при зростанні ει відбувається уширение 33 і зрушення її в низькочастотну область

Вимірювання АЧХ брегговскіх періодичних структур проводилися за допомогою вимірювача КСХН та ослаблення Р2-65, що працює в режимі ослаблення в діапазоні частот від 25,8 до 37,5 ГГц

Періодичні структури представляли собою

5 пар шарів, що чергуються діелектриків: пінопласту з ει = 1,1 і поликор (АЬОз) з £ г = 9,8 Досліджувані структури заповнювали прямокутний хвилевід перетином 7,2 х 3,4 мм ^

У роботі досліджувалися параметри 33 при зміні / – періоду діелектричної структури Досліджувалися структури з трьома різними періодами, рівними довжині хвилі в хвилеводі λ, λ / 2 і 3λ / 2, що відповідно дорівнювало / = 13 мм

6,5 мм 19,5 мм Зміна періоду структури відбувалося за рахунок зміни товщини ει (пінопласт), яке дорівнювало di = 12,5 мм 6 мм 19 мм При цьому товщина другого діелектрика (поликор) залишалася постійною і дорівнювала d2 = 0,5 мм

III Результати експерименту

На рис 2 наведено графік залежності АЧХ трьох брегговскіх структур з різним періодом

З наведених графіків видно, що при збільшенні періоду структури за рахунок збільшення товщини ει відбувається, по-перше, звуження 33 і, по-друге, зміщення центральної частоти 33 в область менших частот При періоді 3λ / 2 в частотному діапазоні вимірювача Р2-65 зявляється друга 33 Це дає можливість збільшуючи і далі період структури отримувати кілька частотних смуг загородження при конструюванні режекторних фільтрів Як видно з графіків, величина ослаблення сигналу для всіх виміряних структур була практично однакова Дпя збільшення ослаблення, а значить прямоугольности характеристики подібних фільтрів, необхідно збільшувати кількість шарів діелектриків Так, при збільшенні шарів до 7 пар, величина ослаблення склала значення – 27 дБ, а при 9 пар -35 дБ

Рис 2 Експериментальні АЧХ брегговскіх структур з різними періодами

Fig 2 Experimental FRC Bragg structures with the various periods

Існує можливість електронної перебудови робочих частот подібних фільтрів при наявність в шарах структури феритових або сегнетоелектричних компонент [3]

При створенні в структурі локальних дефектів, в 33 зявляється вузький пік пропускання, частота якого може управлятися при використанні різних діелектриків [4]

Для субміліметрового і терагерцового діапазонів хвильове бреггівського структури можуть бути виконані в монолітному виконанні з використанням технології магнетронного напилення

IV                                  Висновок

в роботі досліджено поведінку забороненої зони бреггівського структури при зміні її періоду Показана можливість створення ефективних режекторних фільтрів з можливістю отримання декількох частотних смуг загородження за рахунок зміни періоду чергування діелектричних шарів Додавання кількості періодів структури призводить до збільшення ослаблення в забороненій зоні, тим самим покращуючи прямоугольность подібних режекторних фільтрів

[ЦАкіба С, Утака К Динамічні одночастотні напівпровідникові лазери – М: Світ, 1989

[2] Олійник В В, Макаров Д Г, Данилов В В Волноводная Брегговская структура міліметрового діапазону довжин хвиль Известия ВУЗів Радіоелектроніка, 2006,

№ 2, с 66-69

[3] Брітун Н В, В В Данилов Електронне управління параметрами структур з фотонної забороненої зоною Листи в ЖТФ, 2003, т29, Вип7, с 27-32

[4] Данилов В В, Макаров Д Г, Олійник В В Вимірювання діелектричної проникності з використанням хвилеводної бреггівського структури – В кн: 15-я Міжнар Кримська конф «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології »(КриМіКо05) Матеріали конф [Севастополь, 12-16 сент 2005 р] – 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@univkievua

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 258 – 375 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 72 x 34 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р