Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2016, № 12 · ELECTRODYNAMICS

Локальное возбуждение дипольной резонансной моды в микрополосковом кольцевом резонаторе субтерагерцовых частот

A.V. Snezhko1, O.I. Volkov2, V.N. Gubankov2, I.I. Gundareva2, I.I. Divin2,3, V.V. Pavlovskii2, V.I. Pokaliakin2

1 Московский физико-технический институт (ГУ), Russia
2 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
3 Peter Grunberg Institute, PGI-5, Forschungszentrum Julich GmbH, 52425 Julich, Germany, Germany
Full text (PDF) EDN YFYPEH

Abstract

Here the results of subterahertz frequency closed ring resonator study are presented. Microstrip ring resonator was formed from cooper 400 mm film of 400 mm thickness on sapphire substrate by ultraviolet lithography and wet etching and covered by thin PMMA layer. It has a form of square with 111 mm external side length and 95 mm internal side length. Substrate with the resonator was attached to planar bicrystal Josephson junction from YBa2Cu3O7-x high temperature superconductor on NdGaO3 substrate. Resonator was excited by the electric field of Josephson junction in 200-650 GHz frequency range. A dependence of Josephson junction differential resistance on frequency has a peculiarity, related to resonance mode excitation. It is known that in ac Josephson effect dc voltage bias is proportional to the Josephson oscillation frequency. In our case peculiarity voltage corresponded to central resonance frequency of 321 GHz. To analyze resonance mode observed, 3D electromagnetic simulation was performed. A passive electrodynamic system was considered, which consisted of Josephson junction electrodes and a resonator. Real part of the electrodynamic system admittance vs. frequency dependence and current density distribution at the resonance frequency were calculated, It was shown that the resonance observed corresponded to excitation of an even dipole mode. Excitation of this mode was related to electrodynamic system symmetry. This result agreed with earlier experiments on electromagnetic radiation interaction with arrays of microstrip ring resonators.

  • Terahertz electronics
  • superconductivity
  • Josephson junction
Аннотация (на русском)

Локальное возбуждение дипольной резонансной моды в микрополосковом кольцевом резонаторе субтерагерцовых частот

В работе представлены результаты исследования дипольной резонансной моды в микрополосковом замкнутом кольцевом резонаторе. Резонатор возбуждался электрическим полем, создаваемым планарным бикристаллическим джозефсоновским переходом в полосе частот 200-650 ГГц, Методом джозефсоновской спектроскопии был обнаружен резонанс при частоте 321 ГГц. Из сравнения с данными математического моделирования следует, что возбуждаемая резонансная мода в силу симметрии является чётной относительно отражения в плоскости симметрии исследуемой электродинамической системы дипольной модой.

For citation

Snezhko A.V., Volkov O.I., Gubankov V.N., Gundareva I.I., Divin I.I., Pavlovskii V.V., Pokaliakin V.I. Локальное возбуждение дипольной резонансной моды в микрополосковом кольцевом резонаторе субтерагерцовых частот // Journal of Radio Electronics. – 2016. – No. 12.

References

  1. Troughton P. Measurement Techniques in Microstrip // Electron. Lett. 1969, V. 5, N 2, P. 25 -26.
  2. Wolff I., Koppik N., Microstrip ring resonator and dispersion measurement on microstrip lines. // Electron. Lett., 1971, V. 7, N. 26, P. 779-781.
  3. Edwards C. Microstrip measurements. // IEEE MTT-S Int.Microwave Symp. Dig., 338-341, Dallas, TX, 1982.
  4. Bernard P. A., Gautray J.M. Measurement of dielectric constant using a microstrip ring resonator // IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 1991, V. 39, P. 592-595
  5. Stephenson, I. M., Easter B. Resonant techniques for establishing the equivalent circuits of small discontinuities in microstrip. // Electron. Lett., 1071, N. 7, P. 582-584.
  6. Hoefer, W. J. R., Chattopadhyay A. Evaluation of the equivalent circuit parameters of microstrip discontinuities through perturbation of a resonant ring. // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 1975, V. 23, P. 1067-1071.
  7. Jovanovic, S., Nesic A. Microstrip bandpass filter with new type of capacitive coupled resonator. // Electron. Lett., 2005, V. 41, N. 1, P. 12-13.
  8. Prabhu S., Mandeep J.S. Microstrip bandpass filter at S-band using capacitive coupled resonator. // Prog. Electromagn. Res. PIER, 2007, V. 76, P. 223-228.
  9. Parker, E. A., Hamdy S. M. A. Rings as elements for frequency selective surface. // Electron. Lett., 1981, V. 17, N. 17, P. 612-614
  10. Nagel M., Richter F., Haring-Bolivar P., et al. A functionalized THz sensor for marker-free DNA analysis. // Phys. Med. Biol. 2003, V. 48 P. 3625-3636.
  11. Divin, Y., Snezhko, A., Poppe U., et al. Terahertz Applications of Hilbert-Transform Spectral Analysis // IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2014, V. 24, N. 4, P.1500807.
  12. Павловский В.В., Гундарева И.И., Волков О.Ю., и др. // Расширение частотного диапазона джозефсоновской импедансной спектроскопии. Радиотехника и электроника, 2013, Т. 58, №9, С. 977-988.
  13. Снежко А.В., Губанков В.Н. Взаимодействие бикристаллического джозефсоновского перехода с внешним планарным резонатором в субтерагерцевой области частот. // Нелинейный мир, 2015, Т. 13, №2, С. 46 - 48.
  14. Волков О.Ю., Губанков В.Н., Гундарева И.И. и др. Джозефсоновская спектрокопия для локальной диагностики планарных резонаторных систем в миллиметровом диапазоне длин волн. // Радиотехника и электроника, 2015, Т 60 №9 с 1-6.
  15. Snezhko A., Volkov O., Gubankov V., et al. Frequency Characterization of Planar Resonators by terahertz Josephson spectroscopy // Progress In Electromagnetics Research Symposium, July 6-9, 2015, Prague, Czech Republic.
  16. Snezhko A., Volkov O., Gubankov V., et al. Spectral Characterization of Planar Resonators by terahertz Josephson spectroscopy». // 40th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, August 23-28, 2015. Hong Kong, China.
  17. Snezhko A., Pavlovskiy V., Gubankov V., et al. Frequency-Selective Analysis Of THz Photonic Elements By The Ac Josephson Effect. // 41th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, September 25-30, 2016. Copenhagen, Denmark.
  18. Снежко А. В., Павловский В. В., Губанков В. Н. Эквивалентная схема планарного открытого резонатора, взаимодействующего с джозефсоновским переходом в терагерцовом диапазоне частот. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал 2015 № 11, URL: http://jre.cplire.ru/jre/nov15/9/text.pdf
  19. Дивин Ю.Я., Губанков В.Н., Котелянский И.М. Бикристаллические джозефсоновские переходы для терагерцовой гильберт-спектроскопии. // Радиотехника и электроника, 2003, Т.48, № 10, С. 1238-1249.
  20. Enkrich C., Wegener M., Linden S., et al. Magnetic Metamaterials at Telecommunication and Visible Frequencies. Phys. Rev. Lett. 2005, V.95, P. 203901.