Синтез устройств СВЧ диапазона на основе микроволнового кольцевого эллиптического резонатора

Актуальность. Исследования кольцевых резонирующих структур вызывает интерес у разработчиков СВЧ устройств, некоторые особенности кольцевых эллиптических резонаторов приводят к возникновению уникальных свойств передаточных характеристик. Особое значение при использовании данных резонаторов имеет способ их возбуждения. При определенных условиях в этих структурах возможно получение режима бегущей волны. Синтезу микроволновых устройств, а также исследованию способов возбуждения и оценки режима волнового процесса в структуре посвящена данная работа.

Цель исследования ‒ проанализировать и систематизировать информацию о создании микроволновых устройств с использованием кольцевых эллиптических резонаторов (КЭР), а также апробировать результаты применения сдвоенного КЭР.

Методы: в этой работе был проведен аналитический обзор актуальных научных публикаций, а также выполнено компьютерное моделирование полосковых кольцевых эллиптических резонаторов, работающих в сверхвысокочастотном диапазоне. В работе также представлены результаты экспериментов, апробированные разными исследователями, в том числе поддержанные грантами РФФИ.

Решение. В статье рассматриваются особенности использования шлейфных полосковых фильтров и описываются ограничения, возникающие при использовании полосковых резонаторов. Представлена конструкция КЭР и предлагается его применение в качестве альтернативы полосковым резонаторам. Приводятся результаты многочисленных экспериментов по синтезу микроволновых устройств на основе КЭР, включая: одинарный; двойной резонаторы; преселективные фильтры; усилители и генераторы, построенные на основе кольца и активных двухполюсниках. Также рассматривается проблема коммутации резонатора с основной линией передачи. Приводятся результаты макетирования нескольких устройств, ограничивающих направление распространения электромагнитной волны в кольцевом резонаторе. 

Научная новизна. Впервые представлена конструкция двойного эллиптического резонатора, выполненного на основе микрополосковой линии. В статье приводятся результаты эксперимента, которые демонстрируют достижение уровня режекции фильтра более 70 дБ исключительно за счет топологии резонатора. Обсуждается проблема выбора способа питания и обеспечения режима распространения волны в КЭР.

Практическая значимость: результаты, полученные в ходе работы, могут быть применены для создания резонатора бегущей волны на микрополосковой линии или в других планарных или объемных конфигурациях. Также результаты исследования служат основой для создания обобщенной теории  синтеза кольцевых резонаторов микроволнового диапазона длин волн.

1. Сазоненко Н.Ю., Седышев Э.Ю. Устройства частотной селекции на основе кольцевых эллиптических резонаторов на микрополосковой линии // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2019. Т. 1. С. 409‒411. EDN:NVXLXX

2. Кондрашова М. А., Сазоненко Н. Ю., Селиверстов Л. А., Улитина А. С., Седышев Э. Ю. Частотно-селективные устройства на кольцевых эллиптических резонаторах // Проектирование и технология электронных средств.2019. № 2. С. 13-20. EDN:XCNOKU

3. Леонтьев А.С., Седышев Э.Ю. Синтез устройства частотной селекции на кольцевых эллиптических резонаторах в объёмном интегральном исполнении // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2022. Т. 1 С. 382‒386. EDN:SYGCBG

4. Коркина А.Р. Микроволновый датчик для анализа примесей в оливковом масле // Международная молодёжная научная конференция, посвященная 60-летию со дня осуществления Первого полета человека в космическое пространство и 90-летию Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева-КАИ «XXV Туполевские чтения (школа молодых ученых)» (Казань, Российская Федерация, 10–11 ноября 2021 г.). Т. VI. Казань: ИП Сагиева А.Р., 2021. С. 166‒171. EDN:GRUMXI

5. Lobekin V., Tatarenko A., Belyshev A., Bichurin M. Resonator for micro-wave magnetoelectric effect // Proceedings of the 29th International Crimean Conference “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2019, Sevastopol, Rus-sian Federation, 8‒14 September 2019). 2019. Vol. 30. DOI:10.1051/itmconf/20193007012

6. Коркина А.Р., Насыбуллина А.Р., Фархутдинов Р.В. Объемные кольцевые резонаторы в копланарном исполнении в качестве СВЧ датчиков для определения диэлектрической проницаемости жидкостей // XXIV Международная научно-техническая конференция и материалы XX Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций. Оптические технологии в телекоммуникациях» (Уфа, Российская Федерация, 23–25 ноября 2022 г.). Уфа: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий", 2023. Т. 1. С. 345‒347. EDN:COSIKS

7. Иванищева Е.Ф., Леонтьев А.С., Седышев Э.Ю., Федоров С.И. Особенности распространения волны в кольцевом эллиптическом резонаторе // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2024. № 1. С. 521‒525. EDN:EZOWXQ

8. Бочаров Е.И., Подольская М.О., Седышев Э.Ю. Усилитель на активном двухполюснике, интегрированный в кольцевой эллиптический резонатор // IX Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (АПИНО-2020, Санкт-Петербург, Российская Федерация, 26–27 февраля 2020 г.). СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2020. Т. 3. С. 408‒412. EDN:TSNVZG

9. Седышев Э.Ю., Шомин А.Ю., Исследование возможности одновременного использования нескольких активных двухполюсников при создании СВЧ генераторов // IX Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (АПИНО-2020, Санкт-Петербург, Российская Федерация, 26–27 февраля 2020 г.). СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2020. Т. 3. С. 514‒519. EDN:NNESFL

10. Шомин А.Ю., Седышев Э.Ю. Генератор СВЧ в интегральном исполнении на кольцевом резонаторе // Региональная научно-методическая конференция магистрантов и их руководителей (Санкт-Петербург, Российская Федерация, 01–03 декабря 2020 г.). Подготовка профессиональных кадров в магистратуре для цифровой экономики (ПКМ-2020). Сборник лучших докладов конференции. СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, 2021. С. 339‒343. EDN:HEOMTO

11. Каткова Т.О., Седышев Э.Ю., Генератор СВЧ на кольцевом эллиптическом резонаторе в объемном интегральном исполнении // Электроника и микроэлектроника СВЧ. 2021. Т. 1. С. 430‒433. EDN:SWJDTM