ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №7

УДК: 621.372

Полосковый резонатор СВЧ С объемным кристаллом:

экспериментальные характеристики и определение

ЭФФЕКтИВНОЙ диэлектрической проницаемости

А.А. Арутюнян, Н.Д. Малютин

Томский государственный университет систем

управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

634050, г. Томск, пр. Ленина, 40

Статья поступила в редакцию 25 апреля 2024 г.

Аннотация. В работе приведены результаты экспериментальных исследований и моделирования частотных характеристик резонатора в виде двух полосковых вибраторов, разделенных большим зазором и перекрытых объемным кристаллом ниобата лития, на верхней поверхности которого установлен металлический электрод с плавающим потенциалом. При проведении эксперимента измерялись частотные зависимости коэффициентов матрицы рассеяния в диапазоне частот до 3 ГГц. Электродинамический анализ проводился в среде численного моделирования COMSOL Multiphysics. Проведено сравнение экспериментальных и численных результатов, показавших хорошее качественное совпадение коэффициентов передачи и коэффициентов отражения. Получены резонансные колебания на двух или трех частотах в зависимости от расположения и ориентации кристалла. Установлено, что на первой резонансной частоте электрод выполняет функцию экрана. Отсутствие электрода приводит к исчезновению добротных резонансов. Проведенное моделирование в COMSOL позволило оценить эффективную диэлектрическую проницаемость резонатора, соответствующую значениям резонансных частот. Расчет электромагнитных полей дал возможность установить типы волн, соответствующих резонансным частотам. Знание типа волн и оценка относительной диэлектрической проницаемости позволили построить алгоритм уточняющей итерационной процедуры расчета значений резонансных частот и эффективной диэлектрической проницаемости резонатора. Показана возможность использования резонаторов в качестве однозвенных полосно-пропускающих фильтров с полосой пропускания около 1%, вносимыми потерями –1,1 дБ и минимальными возвратными потерями –28 дБ на центральной частоте.

Ключевые слова: резонатор, полосковые линии, объемный кристалл, ниобат лития, частотные характеристики, полосно-пропускающий фильтр, экспериментальные характеристики, моделирование.

Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках проекта № FEWM-2023-0014 от 16.01.23.

Автор для переписки: Арутюнян Артуш Арсенович, arutyunyan18@mail.ru

Литература

1. Беляев Б.А., Дрокин Н.А., Шабанов В.Ф. Резонансные датчики для измерения диэлектрических спектров жидких кристаллов в широком диапазоне частот // Приборы и техника эксперимента. – 2006. – №. 5. – С. 111-118. DOI 10.21293/1818-0442-2023-26-1-41-47

2. Миненко Д.Е., Шеерман Ф.И., Федоров Е.А. Методы измерений диэлектрических свойств листовых диэлектриков в СВЧ диапазоне на основе полосковых резонаторов // Радиофизика, фотоника и исследование свойств вещества. – 2022. – С. 66-68.

3. Миненко, Д.Е. Шеерман Ф.И. Проектирование полосковых резонаторов для измерения εr и tgδ листовых диэлектрических материалов в СВЧ-диапазоне // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2023. – Т. 26, № 1. – С. 41-47. – DOI 10.21293/1818-0442-2023-26-1-41-47

4. Арутюнян А.А. и др. Частотные характеристики полосковых модулей формирования квазихаотических сигналов на основе объемных нелинейно-оптических кристаллов // Ural Radio Engineering Journal. – 2023. – Т. 7. – №. 3. – С. 227-249. DOI: 10.15826/urej.2023.7.3.001

5. Малютин Г.А., Арутюнян А.А. Особенности измерения фазовой задержки в полосковых структурах с диэлектрическим заполнением нелинейными объемными кристаллами // XIII Всероссийская научно-техническая конференция «Метрология в радиоэлектронике». – 2023.

6. Воробьев П.А., Малютин Н.Д., Федоров В.Н. Квази-Т-волны в устройствах на связанных полосковых линиях с неуравновешенной электромагнитной связью // Радиотехника и электроника. – 1982. – Т. 27. – №. 9. – С. 1711-1718.

7. Рез И.С, Поплавко Ю.М. Диэлектрики: основные свойства и применения в электронике. – Радио и Связь, 1989. ISBN 5-256-00235-Х.

8. Wong K.K. (ed.). Properties of lithium niobate. – IET, 2002. – №. 28.

9. Журавлев А.А. Разработка и исследование диэлектрических интегрально-оптических датчиков напряженности электрического поля: дис. канд. техн. наук. – Пермь. – 2020. – С. 142.

10. Лебедев В.В. Исследование высокочастотной и сверхвысокочастотной модуляции оптического излучения в волноводных структурах на основе ниобата лития: дис. – диссертация на соискание учёной степени к. ф.-м. н., СПб: Физико-технический институт им. АФ Иоффе РАН. – 2016. – C. 126.

11. Геворкян В., Кочемасов В. Объемные диэлектрические резонаторы-основные типы, характеристики, производители. Часть 1 // Электроника: наука, технология, бизнес. – 2016. – №. 4. – С. 62-77.

12. Диэлектрические резонаторы для ЭПР спектроскопии / И.С. Головина, И.Н. Гейфман, В.Е. Родионов – Национальная академия наук Украины, Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАН Украины. – Киев: НАН Украины. – 2015. – С. 158. ISBN 978-966-02-7675-8.

Для цитирования:

Арутюнян А.А., Малютин Н.Д. Полосковый резонатор СВЧ с объемным кристаллом: экспериментальные характеристики и определение эффективной диэлектрической проницаемости. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.7.8