Глибоке А А, Шелковников Б Н Київський Політехнічний Інститут (Національний Технічний Університет) КПІ Проспект Перемоги, д 37, м Київ, 03056, Україна тел: +38 (044) 441-11-31, e- mail: shelk@ukrpostnet, alglubokov@mailru

Рис 1 Структура волноводного фільтра Fig 1 Waveguide filter structure

Анотація – Представлена ​​конструкція смугового фільтра, що складається з прямокутного хвилеводу, заповненого діелектричної пластиною з нанесеними на неї металевими кільцевими резонаторами і смужками Наведено частотні характеристики отриманого фільтра Показано, що в частині смуги пропускання всередині хвилеводу створюються одночасно негативні діелектрична і магнітна проникності

I                                       Введення

freq, GHz

Fig 2 Waveguide filter S-parameters

в середині 60-х років минулого століття радянський вчений Веселаго опублікував роботу про речовини з негативними діелектричної та магнітної проникності [1] У ній була висловлена ​​гіпотеза про можливість існування таких речовин, теоретично обгрунтовувалися деякі особливості розповсюдження електромагнітних хвиль в них Веселаго показав, що при одночасно позитивних діелектричної ε та магнітної μ проникності, вектора електричної Е і магнітної Н напруженості разом з хвильовим вектором до створюють праву трійку векторів, а при ε <0 і μ <0 – ліву. Відповідні речовини було запропоновано називати «правими» і «лівими» (в англомовній літературі відповідно right-handed (RH) і left-handed (LH)).

Puc 2 АЧХ волноводного фільтра

Наприкінці XX століття англійські вчені запропонували для досягнення негативних ε і μ створювати решітки з тонких стрижнів і кільцевих резонаторів з періодом, малим в порівнянні з довжиною хвилі, що поширюється [2] Такі грати дозволяють синтезувати середовище, що володіє властивостями «лівої» в обмеженому частотному діапазоні Дослідженням властивостей кільцевих резонаторів також присвячена робота [3] Структури з кільцевих резонаторів, поміщених в хвилевід, досліджувалися в [4], [5]

У даній статті автори розглядають можливість використання структури, що з кільцевих резонаторів і стрижнів в якості смугового фільтра

II                              Основна частина

Розглянута структура базується на основі прямокутного хвилеводу перетином 23×10 Уздовж нього розташована діелектрична пластинка з матеріалу Rogers Duroid 5880 ™ з відносної діелектричної проникністю Ег = 2,2 і тангенсом втрат tg6 = Е Ю “^ Товщина цієї платівки складає d = 0,7 мм На пластинку з обох сторін нанесені розімкнуті мідні кільця, складові чотири пари повязаних кільцевих резонаторів Крім них, з одного боку на платівку нанесені три вертикальні смужки, що зєднують верхню і нижню стінки хвилеводу, а з іншого – горизонтальна смужка, що зєднує вхід з виходом, і що має декілька розривів Загальна довжина ділянки хвилеводу з діелектричною пластинкою становить L = 17,5 мм Вид описаної структури представлений на рис 1

У результаті моделювання поведінки структури методом кінцевих елементів в програмному пакеті CST Microwave Studio були отримані її амплітудно-частотні характеристики, одна з яких представлена ​​на рис 2 Як видно з рис 2, розглянута структура володіє частотно виборчими властивостями в діапазоні 7,85 – 8,22 ГГц

Для перевірки теорії про те, що в хвилеводі, заповненому кільцевими резонаторами і стрижнями, можна спостерігати негативні відносні діелектричну і магнітну проникності, ці величини були розраховані Для цього частина заповненого хвилеводу була представлена ​​як лінія передачі Згідно [5], матриця ABCD-параметрів ділянки лінії передачі довжини а може бути записана у вигляді (1):

В (1) Zc позначає характеристичний опір ділянки лінії, а γ = а + jp – постійна поширення При цьому матрицю ABCD-параметрів можна легко отримати стандартним перетворенням з Ζ-матриці або S-матриці

Враховуючи, що для у і Zc виконується (2), маємо вирази (3) і (4) для відносних діелектричної та магнітної проникності:

Fig 3 Relative permittivity real and imaginary parts

freq, GHz

Рис 3 Речова і уявна частини відносної діелектричної проникності

freq, GHz

Розраховані речова і уявна частини відносних ε і μ структури локазани на рис 3 і рис 4, відповідно

Puc 4 Речова і уявна частини відносної магнітної проникності

Fig 4 Relative permeability real and imaginary parts

8,7 Як видно з рис 3 і рис 4, в лолосе лролусканія фільтра лрісутствуют дві частотних області, в яких ε і μ мають однаковий знак: у діалазоне 7,85 ГГц ε і μ одночасно лоложітельни, а в діалазоне 8,07 – 8,22 ГГц – одночасно негативні У лоследнем частотному діалазоне розглянутій структурі лрісущі властивості «лівого» речовини

III                                  Висновок

Таким чином, розглянута можливість ис-лользованія структури з хвилеводу і ломещенной в нього лластіни з кільцевими резонаторами і стрижнями у вигляді лолосового фільтра Наведено одна з модельованих АЧХ Розраховані і лред-подані відносні діелектрична і магнітна лроніцаемості всередині хвилеводу Показано, що в діалазоне 8,07 – 8,22 ГГц усередині структури створюються одночасно негативні ε і μ

[1] в м Веселаго «Електродинаміка речовин з одночасно негативними значеннями ε і μ» Успіхи фізичних наук, тому 92, вип 3, 1967

[2] J В Pendry, А J ​​Holden, DJ Robbins and \ N J Stewart «Magnetism from Conductors and Enhanced Nonlinear Phenomena», IEEE Trans, on Microwave Theory and Tech, Vol 47, no 11, pp 2075 – 2084, 1999

[3] І Г Кондратьєв, A І Смирнов «Деякі особливості електродинаміки анізотропних композитних матеріалів», Матеріали конференції CriMiCo2003, с 578 – 579, 2003

[4] R І / Zlolkowskl «Design, Fabrication, and Testing of Double Negative Metamaterials», IEEE Trans, on Antennas and Propagation, vol 51, no 7, pp 1516 – 1529, 2003

[5]  T Decoopman, O Vanbeslen and D LIppens «Demonstration of a Backward Wave in a Single Split Ring Resonator and Wire Loaded Finline», IEEE Microwave and Wreless Components Letters, vol 14, no 11, pp 507 – 509, 2004

WAVEGUIDE FILTER USING RING RESONATORS

Glubokov A A, Sheikovnikov B N

Kyiv Polytechnical Institute (Technical University) KPI 37, Prospekt Pobedy, Kyiv, 03056, Ukraine Ph: +38(044)441-11-31, e-mail: shelk@ukrpostnet, alglubokov@mailru

Abstract – Presented in this paper in this paper is the design of band-pass waveguide filter based on ring resonators Its behavior in the frequency domain is shown Relative permittivity and permeability responses are presented

I                                         Introduction

In the middle of XX century soviet scientist Veselago has published the paper about media with negative relative permittivity and permeability [1] In 1999 split ring resonators (SRR) have been proposed in order to achieve negative values of ε and μ [2] Some features of SRRs are described in [3] Structures with ring resonators inside the waveguide are investigated in [4], [5]

Considered in this paper is potential of using SRRs in a rectangular waveguide as the band-pass filter

II                                        Main Part

The structure is based on rectangular waveguide with 23×10 mm cross-section SRRs and other striplines are etched on dielectric substrate (Sr = 22, tan5 = 00009) and placed along the main axis of the waveguide Total structure length is

175mm The structure is presented in Fig 1

The structure was parameterized and simulated using FEM The characteristic S-parameters simulated is shown in Fig 2 It displays nice frequency-selective behaviour within 785 – 822 GHz band

Relative permittivity and permeability of the media inside the waveguide is extracted by formulas (1)-(4) Corresponding responses of real and imaginary parts of ε and μ are shown in Fig 3 and Fig 4 There are two bands where ε and μ have the same sign: within 785 – 807 GHz they are both positive and within 807 – 822 GHz – both negative

III                                       Conclusion

Band-pass filter based on SRRs inside rectangular waveguide has been considered Its S-parameters are presented Relative permittivity and permeability are calculated and presented Simultaneously negative ε and μ are displayed within 807-822 GHz band

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