Микрополосковый диплексер Текст научной статьи по специальности «Физика»

Решетнеескцие чтения. 2015

УДК: 621.3.029.6

МИКРОПОЛОСКОВЫЙ ДИПЛЕКСЕР

Д. В. Борисенков12, С. А. Ходенков1, А. О. Афонин1, А. В. Угрюмов1

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38. E-mail: [email protected]

На основе двухмерного фотонного кристалла разработан СВЧ-диплексер. Микрополосковая конструкция имеет высокие частотно-селективные свойства благодаря расположенным в два ряда четвертьволновым резонаторам и может быть использована в радиотехнических узлах различных космических систем.

Ключевые слова: микрополосковый диплексер, СВЧ, фотонный кристалл.

THE MICROSTRIP DIPLEXER D. V. Borisenkov12, S. A. Khodenkov1, A. O. Afonin1, A. V. Ugrjumov1

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

The microwave diplexer based on two-dimensional photonic crystal is developed. The microstrip construction has high frequency selective properties because of the quarter wave resonators located in two ranks and it can be used in radio engineering centers of various space systems.

Keywords: microstrip diplexer, microwave, photonic crystal.

Как известно, фотонные кристаллы представляют собой особый тип естественных и искусственных структурно организованных сред, неоднородности в которых меняются периодически в одном (Ш), двух (2Б) или трех (3Б) измерениях с характерным пространственным масштабом периодичности порядка оптической длины волны [1]. В настоящее время широко исследуются свойства не только естественных и искусственных фотонных кристаллов, но и перспективных устройств на их основе, в том числе и СВЧ [2; 3].

В настоящей работе представлена разработанная конструкция микрополоскового диплексера (см. рисунок, а) на основе двумерного фотонного кристалла. Устройство спроектировано с использованием подложки, имеющей диэлектрическую проницаемость е = 80 и толщину h = 1 мм. При этом полосковые проводники 2-5 заземлены на основание со стороны краев подложки и являются четвертьволновыми резонаторами. Расчет амплитудно-частотной характеристики диплексера (см. рисунок, б) произведен с помощью электродинамического численного анализа 3Б-моде-лей, который хорошо согласуется с данными, снятыми с экспериментально изготовленных микрополос-ковых конструкций.

Принцип действия микрополоскового диплексера заключается в следующем: сигнал поступает на вход устройства, представляющий собой точку кондуктив-ного подключения, расположенную на свернутом проводнике связи 1, электромагнитно связанным с резонаторами 2-5, расположенными в два ряда. В этих рядах шесть полосковых проводников пред-

ставляют собой аналоги пространственно-периодических изменений диэлектрической проницаемости в структуре 2Б фотонных кристаллов. Более короткие полосковые проводники-резонаторы 2, 3 первого ряда формируют тремя резонансами полосу пропускания I, при этом обработанный сигнал снимается с последнего проводника в этом ряду (выход 1). Более длинные резонаторы 4, 5 второго ряда аналогично формируют полосу пропускания II, а сигнал, соответственно, снимается с последнего проводника второго ряда (выход 2).

Высокие частотно-селективные свойства СВЧ конструкции (см. рисунок, б) обусловлены сильной крутизной склонов полос пропускания, значительным подавлением мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полос заграждения. Относительная ширина как первой (I), так и второй (II) полосы пропускания диплексера составила 4/7/0 ~ 9,5 %, измеренные по уровню -3 дБ от уровня минимальных потерь (£тш ~ -1,4 дБ) на центральной частоте низкочастотной полосы пропускания /0 ~ 0,93 ГГц и высокочастотной -/ ~ 1,03 ГГц.

Важно отметить, что количество одномодовых четвертьволновых резонаторов в таких рядах может быть значительно увеличено. При этом простота настройки микрополоскового диплексера с улучшенными частотно-селективными свойствами обусловлена тем, что настройка ручным параметрическим синтезом полос пропускания I и II по частоте и относительной ширине осуществляется практически независимо.

Системы управления, космическая навигация и связь

а)

вход

выход 1 §0

S11, S21, S31, дБ 0

б)

выход 2

Ш

-20 -40 -60 -80

Я

0

1.0

2.0 f ГГц

а б

Топология полосковых проводников диплексера (а) и его АЧХ (б)

Таким образом, предложен на основе двумерного фотонного кристалла микрополосковый диплексер. Использование в конструкции внутренних расположенных в два ряда четвертьволновых одномодовых резонаторов и крайнего свернутого позволяет реализовать ей высокие частотно-селективные свойства, обусловленные наблюдаемыми на амплитудно-частотной характеристике полюсами затухания мощности, которые приводят к существенному росту крутизны склонов полос пропускания и усилению подавления мощности на частотах низкочастотной и расширенной высокочастотной полос заграждения.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ, грант Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук, МК-5942.2014.8.

Библиографические ссылки

1. Шабанов В. Ф., Ветров С. Я., Шабанов А. В. Оптика реальных фотонных кристаллов. Жидкокристаллические дефекты, неоднородности. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 2005. 240 с.

2. Исследование полосно-пропускающих фильтров на микрополосковом двумерном фотонном кристалле / Б. А. Беляев, А. А. Лексиков, С. А. Ходенков, В. Ф. Шабанов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии : 17-я Междунар. Крымская конф. Севастополь, 2007. С. 469-470.

3. Полосно-пропускающие фильтры на двумерных микрополосковых фотонных кристаллах / Б. А. Беляев, А. А. Лексиков, С. А. Ходенков, В. Ф. Шабанов // Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития : докл. Междунар. науч.-практ. конф. Ч. 1. Томск : ТУСУР, 2007. С. 66-69.

References

1. Shabanov V. F., Vetrov S. Ja., Shabanov A. V.

Optika real'nyh fotonnyh kristallov. Zhidkokristallicheskie defekty, neodnorodnosti. Novosibirsk : Izd-vo SO RAN, 2005. 240 p.

2. Issledovanie polosno-propuskajushhih fil'trov na mikropoloskovom dvumernom fotonnom kristalle / B. A. Beljaev, A. A. Leksikov, S. A. Hodenkov, V. F. Shabanov // 17-ja Mezhdunarodnaja Krymskaja konferencija «SVCh-tehnika i telekommunikacionnye tehnologii». Sevastopol', 2007. p. 469-470.

3. Polosno-propuskajushhie fil'try na dvumernyh mikropoloskovyh fotonnyh kristallah / B. A. Beljaev, A. A. Leksikov, S. A. Hodenkov, V. F. Shabanov // Jelektronnye sredstva i sistemy upravlenija. Opyt innovacionnogo razvitija: dokl. Mezhdunar. nauch. -prakt. konf.: Ch. 1. Tomsk: TUSUR, 2007. p. 66-69.

© Борисенков Д. В., Ходенков С. А.,

Афонин А. О., Угрюмов А. В., 2015

I

4

УДК 629.78

ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ЛИТОГРАФИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КОДОВЫХ И СЧИТЫВАЮЩИХ ЛИМБОВ

А. М. Буквин, Н. А. Абрамов, А. В. Бобков, А. В. Крикунов, И. С. Кружилов

АО «НПП «Геофизика-Космос» Российская Федерация, 107497, г. Москва, ул. Иркутская, 11-1. Е-шаП: [email protected]

Кодовые лимбы широко используются в системах ориентации и стабилизации летательных аппаратов. В связи с физическими ограничениями оптического метода фотолитографии для создания высокоточных кодовых лимбов рассматривается вопрос о применении методов электронно-лучевой литографии (ЭЛЛ). В части изготовления кодовых и считывающих лимбов для датчиков угла оптико-электронных преобразователей процесс электронно-лучевой литографии не имеет ограничений и представляется наиболее перспективным.

Ключевые слова: электронно-лучевая литография, кодовые лимбы, датчик угла.