Микрополосковые фильтры на основе электромагнитного кристалла с двумерным расположением резонаторов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Секция

«ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»

УДК 621.3.029.6

МИКРОПОЛОСКОВЫЕ ФИЛЬТРЫ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КРИСТАЛЛА С ДВУМЕРНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ РЕЗОНАТОРОВ

Б. А. Беляев1' 2, С. А. Ходенков1, Я. Ф. Бальва1, С. С. Аплеснин1, О. Н. Бандурина1

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2Институт физики имени. Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 38

Е-mail: [email protected]

Разработаны на основе электромагнитных кристаллов фильтры 6 порядка. Применение в структурах резонаторов со свернутыми и заземленными на основание полосковыми проводниками позволяет реализовать востребованные в ракетно-космической технике фильтры с высокими частотно-селективными свойствами.

Ключевые слова: полосно-пропускающий фильтр, электромагнитный кристалл, резонатор.

THE MICROSTRIP FILTERS BASED ON ELECTROMAGNETIC CRYSTAL OF RESONATORS 2D DISPOSITION

B. A. Belyaev1, 2, S. А. Khodenkov1, Ya. F. Balva1, S. S. Aplesnin1, O. N. Bandurina1

1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation Е-mail: [email protected]

Filters of the 6th order, based on 2D electromagnetic crystals were developed. Application in structures of resonators with convolved and earthed on its base with strip conductors enables the implementation of filters having high frequency-selective properties and demanded in the aerospace equipment.

Keywords: band-pass filter, electromagnetic crystal, resonator.

При разработках и исследованиях новых конструкций частотно-селективных СВЧ-устройств [1], применяемых в ракетно-космической технике, разработчики традиционно стараются увеличить их селективные свойства [2-3], повысить технологичность изготовления, уменьшить габариты, а также снизить себестоимость готовых изделий.

В настоящей работе приведены полосно-пропускающие фильтры с периодически расположенными по двум пространственным координатам перспективными микрополосковыми резонаторами, электромагнитно взаимодействующими друг с другом.

Отметим, что в таком резонаторе (рис. 1) с оригинально свернутыми отрезками полосковых проводников 2-1, соединенных вместе через общее заземление 4 на основание, за счет большого скачка волновых сопротивлений отрезков линий, частоты высших мод колебаний значительно повышаются.

Параметрический синтез фильтров на основе электромагнитного кристалла проводился с помощью численного электродинамического анализа 3D моделей, в которых порты с волновым сопро-

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

тивлением 50 Ом кондуктивно подключены к полосковым проводникам входного и выходного резонаторов. Для объективного сравнения характеристик устройств использовались одинаковые подложки с диэлектрической проницаемостью в = 9,8 и толщиной к = 1 мм (материала - поликор). Также были зафиксированы центральная частота полосы пропускания (IIII) /0 ~ 1,0 ГГц и относительная ширина ПП - А/7/0 ~ 20 %.

Рис. 1. Топология полосковых проводников (черный или темно-серый цвет) микрополоскового резонатора

Расположение шести резонаторов в конструкциях двух фильтров (рис. 2) подобрано таким образом, что между ними преобладает индуктивная связь. При этом сквозные отверстия 1 в подложке, заполнены проводником, заземленным с одного конца на основание.

Рис. 2. Топология полосковых проводников фильтров 6 порядка на основе двумерного

электромагнитного кристалла. а - с вертикальным смещением резонаторов; б - с дефектом в виде двух отсутствующих резонаторов

Видно (рис. 3), что на амплитудно-частотных характеристиках (АЧХ) синтезированных фильтров 6 порядка наблюдаются полюса затухания мощности, которые увеличивают крутизну склонов

Секция «Электронная техника и технологии»

полосы пропускания и усиливают подавление мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полос заграждения.

Рис. 3. АЧХ фильтров 6 порядка в широком и узком (на вставках) диапазоне частот. а - с использованием в расчетах топологии проводников, представленной на рис. 2, а;

б - на рис. 2, б

Таким образом, предложены новые конструкции полосно-пропускающих фильтров на основе двумерного электромагнитного кристалла. Показано, что необходимо так подобрать пространственную конфигурацию микрополосковых резонаторов со свернутыми и заземленными на основание по-лосковыми проводниками, чтобы распространение электромагнитных волн происходило последовательно от одного резонатора к другому. Это позволяет реализовать фильтры 6 порядка с высокими частотно-селективными свойствами.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, грант Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук, МК-9119.2016.8.

Библиографические ссылки

1. Микрополосковый диплексер / Д. В. Борисенков, С. А. Ходенков, А. О. Афонин и др. // Ре-шетневские чтения : XIX Междунар. науч.-практ. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск). 2015. С.222-223.

2. Belyaev B. A., Serzhantov A. M., Tyurnev V. V. A dual-mode split microstrip resonator and its application in frequency selective devices // Microwave and optical technology letters. 2013. № 9. P. 21862190.

3. СВЧ-фильтры на основе 2Б-фотонного кристалла / С. А. Ходенков, Д. В. Борисенков, А. О. Афонин и др. // Решетневские чтения : XIX Междунар. науч.-практ. конф. (10-14 ноября 2015, г. Красноярск). 2015. С. 260-262.

© Беляев Б. А., Ходенков С. А., Бальва Я. Ф., Аплеснин С. С., Бандурина О. Н., 2016