Характеристика шлейфового і кільцевого мікросмужкових резонаторів з мікромеханічним перелаштуванням. Розрахунок залежності резонансної частоти та діелектричних втрат резонаторів від величини повітряного проміжку між сигнальним електродом та підкладкою.
При низкой оригинальности работы "Прелаштування мікросмужкових резонаторів НВЧ без погіршення добротності", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
ПРЕЛАШТУВАННЯ МІКРОСМУЖКОВИХ РЕЗОНАТОРІВ НВЧ БЕЗ ПОГІРШЕННЯ ДОБРОТНОСТІ MICROWAVE MICROSTRIP RESONATORS TUNING WITHOUT QUALITY FACTOR DETERIORATIONОсновна ідея мікромеханічного перелаштування резонансної частоти мікросмужкових шлейфового і кільцевого резонаторів полягає в зміні ефективної діелектричної проникності мікросмужкової лінії внесенням Оскільки повітряний промі-ням резонансної частоти жок розташований перпендикулярно силовим лініям електричного поля, то виникає сильне збурення електромагнітного поля, що призводить до значної зміни ефективної діелектричної проникності [6] і призводить до перелаштування резонансної частоти резонаторів. Для керування резонансною частотою, сигнальний електрод розділено на дві частини, які зафіксовані на різних підкладках. Верхня межа відносної похибка вимірювання резонансної частоти ваних значень повітряного проміжку резонатора ?fексп може бути розрахована з урахуванням статистичної незалежності похибки прямого вимірювання частоти та похибок вимірювань геометричних розмірів і електрофізичних параметрів резонатора, визначаючих резонансну частоту: 1 Похибка вимірювання резонан-від величини повітряного проміжку сної частоти від величини повітряного S , котра також відображає ефек-f d тивність перелаштування резонанс-проміжку d для різних значень діелектричної проникності підкладки резонатора. ної частоти.Таким чином, розглянутий мікромеханічний метод дозволяє перелаштовувати резонансі частоти мікросмужкових шлейфового і кільцевого резонаторів на десятки відсотків при переміщеннях сигнального електроду на десятки мікрометрів, не погіршуючи власної добротності резонатора. На відміну від методів перелаштування резонансної частоти за допомогою зосереджених компонентів, мікромеханічний метод перелаштування не вносить додаткових втрат. При використанні повітря в якості керованої неоднорідності, між сигнальним електродом і підкладкою можливо не тільки зменшити дисипативні втрати у підкладці діелектрика та електродах, але й на декілька відсотків збільшити власну добротність резонаторів при перелаштуванні. Отримані асимптотичні дані для випадку нескінченно широких електродів, дозволяють оцінити значення ефективних параметрів без впливу крайових ефектів, коли нормовані діелектричні втрати будуть найбільшими, а нормовані втрати в металічних частинах резонаторів найменшими. З представленої залежності чутливості резонансної частоти до зміни повітряного проміжку видно, що найбільш ефективне перелаштування резонансної частоти досягається при повітряних проміжках, які відповідають десяткам відсотків від висоти підкладки резонатора.
Вывод
Таким чином, розглянутий мікромеханічний метод дозволяє перелаштовувати резонансі частоти мікросмужкових шлейфового і кільцевого резонаторів на десятки відсотків при переміщеннях сигнального електроду на десятки мікрометрів, не погіршуючи власної добротності резонатора. На відміну від методів перелаштування резонансної частоти за допомогою зосереджених компонентів, мікромеханічний метод перелаштування не вносить додаткових втрат. При використанні повітря в якості керованої неоднорідності, між сигнальним електродом і підкладкою можливо не тільки зменшити дисипативні втрати у підкладці діелектрика та електродах, але й на декілька відсотків збільшити власну добротність резонаторів при перелаштуванні. Отримані асимптотичні дані для випадку нескінченно широких електродів, дозволяють оцінити значення ефективних параметрів без впливу крайових ефектів, коли нормовані діелектричні втрати будуть найбільшими, а нормовані втрати в металічних частинах резонаторів найменшими. При відриві сигнального електроду від поверхні діелектричної підкладки відбувається перерозподіл енергії електромагнітного поля. При цьому зростає частка енергії, накопиченої в повітряному проміжку, що призводить до зниження дисипативних втрат у діелектрику. Збільшення власної добротності резонатора при перелаштуванні частоти підтверджено теоретичними розрахунками та експериментальними даними.
Використовуючи чутливості резонансної частоти до того чи іншого параметра резонатора, можна якісно і кількісно оцінити вплив кожного параметра резонатора на перелаштування резонансної частоти. З представленої залежності чутливості резонансної частоти до зміни повітряного проміжку видно, що найбільш ефективне перелаштування резонансної частоти досягається при повітряних проміжках, які відповідають десяткам відсотків від висоти підкладки резонатора. Такі мікроскопічні переміщення дозволяють реалізувати запропонований метод на МЕМС та пєзоелектричних актюа-тора.
Перелік посилань
1. Boutejdar A. A new design of a tunable WLAN-band pass filter using a combination of varactor device, RF-choke and Hairpin-Defected Ground Structure / A. Boutejdar, A. Omar, M. Senst, E.P. Burte, A. Batmanov, R. Mikuta // 41st European Microwave Conference (EUMC). — 2011. — pp. 1067—1070.
2. Lan Yao Tunable Microstrip Ring Bandpass Filter / Yao Lan, Hong Wei, Wu Ke // China-Japan Joint Microwave Conference Proceedings (CJMW). — 2011. — pp. 1—3.
3. Сергиенко П. Ю. Кольцевой микрополосковый резонатор с микромеханической перестройкой частоты / П.Ю. Сергиенко, Ю.В. прокопенко // Электроника и связь.— 2012. — № 4. — С. 23 — 27.
Вісник Національного технічного університету України «КПІ» 85 Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування. — 2014. — №56
4. Sergienko P. Y. Novel Concept for Microstrip Stub Resonant Frequency Control / P.Y. Sergienko, Y. V. Prokopenko, G. Vandenbosch // ELNANO’2013. — 2013. — pp. 94— 98.
5. Pillans B. W. A Family of MEMS Tunable Filters for Advanced RF Applications / B. W. Pillans, A. Malczewski, F.J. Morris, R.A. Newstrom // IEEE MTT-S International Microwave Digest Symposium. — 2011.
6. Прокопенко Ю. В. Пределы управляемости диэлектрической неоднородности, расположенной между металлическими плоскостями / Ю. В. Прокопенко // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2012. — № 6. — С. 16 — 20.
7. Sergienko P. Y. Tunable band-stop and bandpass filters based on microstrip stub resonators / P. Y. Sergienko, Y. V. Prokopenko, Y. M. Poplavko, G. Vandenbosch // 23rd International Crimean Conference Microwave and Telecommunication Technology (CRIMICO) 2013. — 2013. — pp. 649—651.
8. Gupta K. C., Garg Ramesh, Bahl inder, Bhartia Prakash. Microstrip lines and slotlines, Boston/London.: Artech House, 1996. — 535p.
Список литературы
1. Boutejdar A. A new design of a tunable WLAN-band pass filter using a combination of varactor device, RF-choke and Hairpin-Defected Ground Structure / A. Boutejdar, A. Omar, M. Senst, E.P. Burte, A. Batmanov, R. Mikuta // 41st European Microwave Conference (EUMC). — 2011. — pp. 1067—1070.
2. Lan Yao Tunable Microstrip Ring Bandpass Filter / Yao Lan, Hong Wei, Wu Ke // China-Japan Joint Microwave Conference Proceedings (CJMW). — 2011. — pp. 1—3.
3. Sergienko P.Y. Kolcevoj mikropoloskovyj rezonator s mikromehanicheskoj perestrojkoj chastoty / P.Y. Sergienko, Y.V. prokopenko // Elektronika i svjaz". — 2012. — № 4. — S. 23—27.
4. Sergienko P.Y. Novel Concept for Microstrip Stub Resonant Frequency Control / P.Y. Sergienko, Y.V. Prokopenko, G. Vandenbosch // ELNANO’2013. — 2013. — pp. 94— 98.
5. Pillans B.W. A Family of MEMS Tunable Filters for Advanced RF Applications / B.W. Pillans, A. Malczewski, F.J. Morris, R.A. Newstrom // IEEE MTT-S International Microwave Digest Symposium. — 2011.
Сергієнко П. Ю. Прокопенко Ю. В., Поплавко Ю. М. Перелаштування мікросмужкових резонаторів НВЧ без погіршення добротності
Розглянуто шлейфовий і кільцевий мікросмужні резонатори з мікромеханічним перелаштуванням. Показані основні відмінності мікромеханічного методу перелаштування резонансної частоти від інших існуючих методів, а також їх недоліки і переваги. Приведені розрахункові та експериментальні залежності резонансної частоти резонато-
86 Вісник Національного технічного університету України «КПІ» Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування. — 2014. — №56
Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону. Антенна техніка рів від величини повітряного проміжку між сигнальним електродом та підкладкою, а також експериментальні та теоретичні залежності для власної добротності шлейфового резонатора. Розглянуті залежності діелектричних втрат та втрат у металічних частинах мікромужкового резонатора від величини нормованого повітряного проміжку. Розглянута оцінка похибки вимірювань для приведених експериментальних даних.
Сергиенко П. Ю. Прокопенко Ю. В., Поплавко Ю. М. Перестройка микрополосковых резонаторов СВЧ без ухудшения добротности
Представлены шлейфовый и кольцевой резонаторы с микромеханическим управлением. Показаны основные отличия микромеханического метода перестройки резонансной частоты от других существующих методов, а так же их недостатки и преимущества. Приведены расчетные и экспериментальные зависимости резонансной частоты резонаторов от величины воздушного зазора между сигнальным электродом и подложкой, а также экспериментальные зависимости для собственной добротности шлейфового резонатора. Рассмотрены зависимости диэлектрических потерь и потерь в металлических частях микрополоскового резонатора от величины нормированного воздушного зазора. Представлена оценка погрешности измерений для приведенных экспериментальных данных.
Serhiienko P. Y., Prokopenko Y. V., Poplavko Y. M. Microwave microstrip resonators tuning without quality factor deterioration
Stub and ring resonators with resonance frequency micromechanical tuning are presented. Benefits and main differences of micromechanical resonance frequency tuning method from other methods are shown. Normalized dependences of effective permittivity on normalized air gap values for various microstrip line electrode width to substrate height ratios are obtained. Effective permittivity analytical formulas for the case of infinitely wide electrodes are derived. Calculated and experimental dependences of resonance frequency on air gap value and stub experimental unloaded quality factor dependences are given. Air gap influence on resonance frequency value depending on substrate permittivity is shown in terms of the resonance frequency sensitivity. Error estimation for measured experimental data is presented.
Adding tunable heterogeneity between the microstrip resonator signal electrode and the substrate provides not only the resonance frequency tuning but preserves unloaded quality factor. The preservation of the unloaded quality factor during the resonance frequency tuning achieved due to the metal and dielectric loss reduction. Air gap doesnt have dissipative losses and has permittivity of one, which makes it the best solution for unloaded quality factor preservation. Another important conclusion is that insertion of the air heterogeneity reduces values of dielectric and metal losses arising when substrates with high permittivity are used. For dielectric loss reduction, it is important to maintain low ratio of microstrip line width to substrate height. In contrast to dielectric losses for metal loss reduction the ratio of microstrip line width to substrate height should be high. However, that ratio is limited by impedance permissible range.
Keywords: resonance frequency micromechanical tuning, microstrip resonators, stub resonator, ring resonator.
Вісник Національного технічного університету України «КПІ» 87 Серія — Радіотехніка. Радіоапаратобудування. — 2014. — №56
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
