Фільтри НВЧ на складених діелектричних резонаторах
DSpace at NTB NTUU KPI
Переглянути архів Інформація| Поле | Співвідношення | |
| Title |
Фільтри НВЧ на складених діелектричних резонаторах
|
|
| Creator |
Працюк, Борис Борисович
|
|
| Description |
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.01 – твердотільна електроніка. – Національний технічний університет України «КПІ», Київ, 2012. Дисертація присвячена дослідженню впливу геометричних та електрофізичних параметрів СДР на його резонансну частоту, власну добротність та коефіцієнт зв’язку резонатора з прямокутним хвилеводом, а також розробці принципів створення фільтрів НВЧ діапазону на їх основі. У роботі було вирішено електродинамічне завдання визначення резонансних частот СДР різної геометричної форми з допомогою МСЕ та проведена верифікація отриманих результатів з експериментальними даними та строгим аналітичним рішенням для сферичного ДР. Запропоновано методику розрахунку значень коефіцієнта зв'язку СДР з прямокутним хвилеводом, особливістю якої є апроксимація матриці розсіяння, розрахованої МСЕ, що дає змогу визначити чисельні значення коефіцієнта зв'язку, необхідні для розрахунку АЧХ фільтра на етапі проектування селективних каскадів приймально-передавальних НВЧ ланцюгів. Наведено методики компенсації розстроювання АЧХ фільтра при перелаштуванні центральної частоти СДР шляхом вибору параметрів резонатору, зміною взаємних відстаней між резонаторами та наближення вузької стінки хвилевода до СДР. Показано, що фільтри побудовані на основі СДР мають більш широку смугу пропускання, ніж фільтри на ДР, за однакової кількості резонаторів і використання СДР замість цілісних ДР дає можливість зменшити кількість необхідних резонаторів для створення багаторезонаторного фільтра із заданою робочою смугою частот. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 – твердотельная электроника. – Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев, 2012. Диссертация посвящена исследованию влияния геометрических и электрофизических параметров СДР на его резонансную частоту, собственную добротность и коэффициент связи резонатора с прямоугольным волноводом, а также разработке принципов создания фильтров СВЧ диапазона на их основе. Решена электродинамическая задача определения резонансных частот СДР различной геометрической формы с помощью МКЭ и проведена верификация полученных результатов с экспериментальными данными и строгим аналитическим решением для сферического ДР. Впервые показана возможность перестройки резонансной частоты СДР, выполненного в форме полушаров и прямоугольных параллелепипедов с цилиндрическим отверстием, что позволяет применять данные резонаторы для построения фильтров СВЧ с перестраиваемыми АЧХ. Показана высокая эффективность перестройки резонансной частоты СДР при внесении диэлектрической неоднородности перпендикулярно линиям электрического поля основного типа колебаний, позволяющая получить смещение резонансной частоты резонатора более чем на 40 % при перемещении составных частей резонатора на единицы процентов от величины поперечного размера СДР. Столь малые перемещения дают возможность применить электромеханический способ управления резонансной частотой и в качестве электромеханических движителей использовать пьезоактюаторы или МЭМС, обеспечивающие необходимые перемещения. Показано, что увеличение диэлектрической проницаемости материала СДР и отношения геометрических размеров ширины и внутреннего диаметра к поперечному размеру резонатора приводит к увеличению эффективности изменения резонансной частоты при изменении взаимного расстояния между частями СДР, что позволяет уменьшить абсолютную величину необходимого перемещения между частями. Впервые предложенный в работе СДР, выполненный в форме прямоугольных параллелепипедов с цилиндрическим отверстием, отличается от ранее исследованного прямоугольного СДР более разряженным спектром резонансных частот и более широким диапазоном перестройки низшего типа колебаний, что дает возможность расширить диапазон перестройки фильтров СВЧ на его основе и увеличить отстройку паразитных полос фильтра от центральной частоты. Предложена методика расчета значений собственной добротности и коэффициента связи СДР с прямоугольным волноводом, особенностью которой является аппроксимация матрицы рассеяния, рассчитанной МКЭ, что позволяет определить численные значения коэффициента связи, необходимые для расчета АЧХ фильтра на этапе проектирования селективных каскадов приемо-передающих СВЧ цепей. На основе использования предложенной методики рассчитаны и проанализированы зависимости коэффициента связи СДР с прямоугольным волноводом от взаимного расстояния составных частей резонатора, электрофизических параметров материала, геометрических размеров резонатора и прямоугольного волновода. Показано, что с возрастанием взаимного расстояния между частями СДР наблюдается увеличение коэффициента связи СДР с прямоугольным волноводом, что приводит к уменьшению потерь в полосе пропускания полосно-пропускающих фильтров и увеличению уровня режекции полосно-заграждающих фильтров. Отмечено, что увеличение ширины и высоты волновода, диэлектрической проницаемости материала резонатора приводит к уменьшению значения коэффициента связи СДР с волноводом, что так же справедливо и для цельных ДР, в то время как увеличение отношения ширины и внутреннего диаметра к поперечному размеру резонатора увеличивает коэффициент связи СДР с прямоугольным волноводом для любого соотношения величины воздушного зазора к поперечному размеру резонатора. Предложены методики компенсации расстройки АЧХ фильтра при перестроении центральной частоты СДР путем выбора параметров резонатора, изменения взаимных расстояний между резонаторами и приближения узкой стенки волновода к СДР. Получила дальнейшее развитие методика термостабилизации резонансной частоты СДР, особенностью которой является расчет смещения частоты при вариации электрофизических параметров резонатора, что позволяет уменьшить влияние температуры на значение резонансной частоты СДР. Установлено, что наличие диэлектрической неоднородности между составными частями резонатора уменьшает значение температурного коэффициента частоты, что дает возможность увеличить термостабильность АЧХ фильтра на основе СДР. Показано, что фильтры, построенные на основе СДР, обладают более широкой полосой пропускания чем, фильтры на ДР при одинаковом количестве резонаторов и применение СДР вместо цельных ДР позволяет уменьшить количество необходимых резонаторов для создания многорезонаторного фильтра с заданной рабочей полосой частот. Ph.D. thesis on speciality 05.27.01 – solid-state electronics. – National technical university of Ukraine «KPI», Kiev, 2012. Ph.D. thesis is devoted to investigation of the influence of geometrical and electrophysical parameters of composite dielectric resonators (CDR) on its resonant frequency, its quality factor and coupling coefficient between resonator and rectangular waveguides. The design principles of microwave filters based on CDR are proposed. The electromagnetic field problem of resonance frequencies determination for the different CDR geometries with the help of FEM is solved. The results of verification with experimental data and rigorous analytical equation for sphere resonator are performed. The method of coupling coefficient calculation between CDR and a rectangular waveguide, based on the approximation of the scattering matrix calculated by FEM is elaborated. Knowledge about those coefficients is necessary for tunable filter design at the development stage of selective transmitter-receiver of microwave circuits. The method of compensation of detuning response of tunable filter based on CDR, by choosing the parameters of the resonator, the change of the mutual distances between the resonators and waveguide’s metal wall tuning technique are developed. The filters constructed on the base of the СDR have wider bandwidth than the filters based on the DR with the same number of resonators. Application of СDR instead of solid- DR can reduce the number of resonators required for a multiresonator filter with a given frequency band. The high-Q tunable filters based on CDR with micro-electromechanical tuning (piezoelectric actuator and MEMS perturber) are proposed. |
|
| Publisher |
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
|
|
| Date |
2012-06-25T15:30:20Z
2012-06-25T15:30:20Z 2012 |
|
| Type |
Thesis
|
|
| Identifier |
http://library.kpi.ua:8080/handle/123456789/1752
|
|
| Language |
uk
|
|