Нечаєв О Г, Скресанов В Н Інститут радіофізики та електроніки ім А Я Усикова НАН України вул Ак Проскури, 12, Харків, 61085, Україна тел: (057) 720-34-55, e-mail: valery@irekharkovua

Анотація – Експериментально досліджено закономірності звязку квазіоптичного діелектричного резонатора (КДР) з лейкосапфіра з мікрополоскової лінією (МПЛ) з армованого фторопласту-4 в Кі діапазоні Запропоновано організовувати звязок у просторі «МПЛ під КДР», що відрізняється від відомого способу звязку «ЬЗДР на підкладці МПЛ» Показано, що при звязку способом «МПЛ під КДР» втрати енергії резонансного поля в підкладці пренебрежимо малі в порівнянні з власними втратами в КДР Встановлено наявність декількох зон звязку, розділених зонами відсутності звязку як для квазі-Е, так і для квазі-Н типів коливань

I                                       Введення

Відомим способом звязку мікрополоскової лінії (МПЛ) з КДР є установка резонатора безпосередньо на діелектричну підкладку поруч з смужкою [1] Точно також надходять, повязуючи МПЛ з діелектричними резонаторами, порушуваними на нижчих типах коливань [2] Цілком очевидно, що при такому способі звязку неминучі втрати Ss на розсіювання запасеної в резонаторі енергії в діелектрику і в металевому екрані МПЛ

Втрати Sl навантаженого КДР складатимуться з власних втрат дов матеріалі резонатора і на випромінювання, зовнішніх втрат на збудження хвилі в МПЛ (втрати в навантаженні), а так само втрат Ss в матеріалі МПЛ відмінних від Дех Внесені втрати ds погіршують показники якості будь-яких пристроїв, що використовують КДР, і, тому, слід прагнути до їх зниження Для сапфірових КДР, що мають рекордно низький тангенс діелектричних втрат і, отже, низький рівень до ~ tg5, пошук нових способів звязку з меншим рівнем внесених втрат особливо актуальне

У даному повідомленні експериментально показана можливість реалізації розподіленої звязку сапфірового КДР з МПЛ при виконанні умови Ss «(5одаже в режимі сильного звязку, якщо розташувати МПЛ в просторі так, що площина діелектричної підкладки буде нижче площини підстави КДР

II                              Основна частина

Дане експериментальне дослідження виконано на циліндричному КДР з лейкосапфіра виробництва НВО «Монокристалл» Резонатор мав діаметр-40, 11 мм і висоту-12,18 мм Було виміряно спектр КДР і для дослідження звязку з МПЛ обрані два основних типи коливань EHi2ii і нець ^ ^ з переважними поляризациями поперек і вздовж осі циліндра Резонансні частоти коливань виявилися рівними 13244 МГц і 13348 МГц, а власна добротність склала 82×10 * і 91×1 про *, відповідно

Вивчалася звязок з МПЛ, виготовленими з армованого фторопласту-4 (ФАФ-4) з матеріалу двох товщин: fi = 10 мм і = 05 мм Ширина смужок І / розраховувалася так, щоб хвильовий опір

МПЛ було рівним 50 Ом {W = 3mm і 1,4 мм, відповідно) Досліджувалася залежність резонансних значень модулів елементів (d, h) \, ]     =

1,2,3,4 матриці розсіювання КДР, повязаного з двома МПЛ, від відстані h між площиною основи КДР і підкладкою МПЛ, а також від відстані d між смужкою і краєм КДР Сімейства залежностей Si3 (d, h) і S24 (d, h) також як і сімейства залежностей S34 (d, h) і Si2 (d, h) (див приклад на малюнку) мають яскраво виражений зонний характер У просторі «під КДР» виділяються дві зони, в яких може бути реалізована ефективна звязок КДР з МПЛ, розділені граничної областю, в якій коливання в КДР не порушуються за допомогою МПЛ Коефіцієнт спрямованості 201д (S23/S13) становить не менше мінус 20 дБ, що побічно вказує на порушення в КДР переважно біжать хвиль

Рис 1 Залежність 812 (d) для різних h і двох товщин підкладки ФАФ

Fig 1 Dependence 812(d) for different h and two values of a substrate thickness

Якісно залежності для квазі-Е і квазі-Н поляризованих типів коливань схожі між собою, однак повна режекция, або, навпаки, відсутність порушення коливань в КДР досягається для значно розрізняються взаємних положень МПЛ і КДР в просторі

Просторове розташування зон збудження або, навпаки, відсутність збудження КДР залежить також від параметрів МПЛ навіть у разі однакового матеріалу діелектричної підкладки Залежності, представлені на малюнку ілюструють сказане Зокрема, якщо краї смужки і КДР мають однакову координату (d = 0), то для МПЛ з матеріалу 1 мм товщини може бути досягнута повна режекция сигналу, тоді як для МПЛ з матеріалу 0,5 мм товщини – збудження КДР практично відсутня

Теоретичне пояснення встановлених закономірностей (наявність просторових зон збудження, залежність меж зон від типу коливань КДР і параметрів МПЛ) можна зробити, скориставшись методикою розрахунку звязку, наведеної в [3] Суть розрахунків полягає в просторовому інтегруванні компонент поля КДР, які топологічно відповідають полю МПЛ, тобто можуть «звязуватися» між собою

Аналіз результатів вимірювання навантаженої добротності Ql (h), а також добротності Qso (h) КДР з урахуванням підкладки МПЛ над підставою КДР дозволяє зробити висновок про перевагу зон звязку «під КДР» порівняно із зоною звязку «на підкладці МПЛ» Власна добротність з урахуванням розсіювання в підкладці Qso визначалася таким чином Вимірювалася залежність добротності КДР, до основи якого зі свідомо більшого відстані h підносилася пластина ФАФ-4 площиною, з якою була знята металізація Потім, обчислювалася зворотна величина добротності розсіювання Qs (h) як різниця зворотної величини добротності КДР з пластиною ФАФ-4 і добротності КДР при нескінченному віддаленні пластини Нарешті, власна добротність з урахуванням розсіювання в підкладці обчислювалася за формулою:де

00 = 91×10 * – власна добротність КДР Дані розрахунків зведені в таблицю

Таблиця 1

Table 1

h

40 MM

20 MM

10 MM

05 MM

00 MM

Ql

5,5-10^

1,2-10^

0,6-10′

0,2-10&quot

Qs

2,7-10®

1,5-10®

7,2-10®

4,9-10®

2,2-10®

Qso

8,8-10′

8,5-10&quot

7,9-10′

7,6-10′

6,4-10′

З даних, представлених в таблиці можна зробити висновок, що при видаленні КДР від підкладки МПЛ менш, ніж на 2 мм, рівень внесених втрат Ss вузлом звязку помітно знижує добротність КДР і його необхідно враховувати

III                                     Висновок

Запропоновано порушувати КДР за допомогою МПЛ, що розміщується в «просторі під КДР» Показано, що при такому способі збудження вносяться втрати в КДР через розсіяння в підкладці можуть бути зроблені пренебрежимо малими Експериментально встановлено закономірності звязку Отримані результати були використані при розробці транзисторного автогенератора Кі діапазону з низьким рівнем фазових шумів

IV                              Список літератури

[1]     CrosD, Guillon P Whispering Gallary Dielectric Resonator Mode forW-Band Devices // IEEE Tras Microwave Theory Tech, 1990, Vol MTT-38, No 11, pp 1667-1674

[2] Гольдберг Л Б Теоретичне дослідження звязку діелектричного резонатора з мікрополоскової лінією передачі / / Електронна техніка Сер Електроніка СВЧ, 1983, Вип7, С 41-47

[3] Khairuddin IU, Hunter I С Computation of coupling between whispering gallery mode dielectric resonators and a microstrip transmission line / / IEEE Pros Microw Antennas Propag, 1995 Vol 142, No 3, pp 265-268

COUPLED CHARACTERISTICS OF A SAPPHIRE QUASIOPTICAL DIELECTRIC RESONATOR TO THE MICROSTRIP LINE

O                        G Nechaev, V N Skresanov A Usikov institute of Radio Physics and Eiectronics Nationai Academy of Sciences of Ukraine 12, Akademika Proskury Str, Kharkiv, 61085, Ukraine

Abstract – Experimental regularities of coupling a quasioptical dielectric resonator (QDR) to a microstrip line are discussed in Kj- band It is offered to organize coupling in «a microstrip line placed under QDR» space, which differs from a known mode of «QDR placed on a microstrip substrate» connection It is shown, that at connection by «a microstrip line placed under QDR» mode a resonance field energy losses in a substrate are negligibly small as contrasted to natural energy losses in QDR Presence of several coupling areas, disjointed by zones of lack of coupling both for quasi-E, and for quasi-H oscillation modes is revealed

I                                            Introduction

Known method of coupling microstrip line to QDR is installation of the resonator immediately on a dielectric substrate near to a strip [1] Abundantly clearly, that at such mode of coupling losses Ss on scattering the energy accumulated in dielectric substrate and in metal shield of a microstrip is imminent Insertion losses Ss aggravate merit numbers of any arrangements using QDR, and, therefore, it is necessary to be aimed to their decrease For sapphire QDR, dielectric losses having record low tangent and, therefore, a low level So – tg5, search of new modes of connection with a smaller level of insertion losses is especially actual

The possibility of realization of the distributed coupling sapphire QDR to microstrip line at realization of a requirement Ss « *is shown experimentally even in a condition ofthe strong coupling if one arrange the microstrip line in space so, that the plane of a dielectric substrate will be lower than base plane QDR

II                                           Main Part

The investigated resonator had a diameter of 40,11 mm and height of 12,18 mm QDR spectrum has been metered and for research of coupling QDR to microstrip line two basic oscillation modes EHi2,i,iand HEn i i Resonance frequencies of oscillations appeared equal 13244 MHz and 13348 MHz, and unloaded Q-factor was 82×104 and 91×104, accordingly Resonance meanings of modules of S, (d, h) \, \ = 1,2,3,4 of scattering matrixes QDR, coupled to two microstrip lines, was examined Dependencies upon distance h between base plane of QDR and a substrate ofthe microstrip line, and also upon distance d between a strip and edge QDR were investigated Sets of dependencies h) and S24(d, h) as well as Ss/d, h) and Si2(d, h) (see figure) have zonal character

The analysis of outcomes of measuring of Q-loaded Ql (h)), and also Q-factor Qso(h) of QDR with substrate of microstrip above QDR basis allows drawing an output on advantage of coupling areas «under QDR» as contrasted to a coupling area «QDR on microstrip substrate«

h

40 mm

20 mm

10 mm

05 mm

00 mm

Ql

55-10′

12-10′

06-10′

02-10′

Qs

27-10®

15-10®

72-10®

49-10®

22-10®

Qso

88-10′

85-10′

79-10′

76-10′

64-10′

III                                          Conclusion

It is offered to excite QDR with the help of microstrip line placed in space under QDR It is shown, that at such mode of excitation insertion losses in QDR because of scattering in a substrate can be made negligible small Experimentally regularities of connection are established

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