автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Расчет и исследование цилиндрических экранированных СВЧ и КВЧ колебательных систем на основе диэлектрических резонаторов

1

На правах рукописи

Бажилов Вячеслав Александрович

РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЭКРАНИРОВАННЫХ СВЧ И КВЧ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ

05 12 07- Антенны, СВЧ устройства и их технологии

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2007

003057851

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте измерительных систем (ФГУП «ФНПЦ НИИИС им Ю Е Седакова», г Н Новгород)

Научный руководитель - докт ор технических наук,

профессор Раевский Сергей Борисович

Официальные оппоненты доктор технических наук,

профессор Белов Юрий Георгиевич,

кандидат технических наук, с н с Чижов Александр Иванович

Ведущая организация - Нижегородский научно-исследовательский

приборостроительный институт (ФГУП ННИПИ "Кварц", г Н Новгород)

Защита состоится 23 мая 2007 г в 13 часов на заседании специализированного Совета Д 212 165 01 в Нижегородском государственном техническом университете по адресу 603600, г Н Новгород, ГСП-41, ул Минина, 24

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ

Автореферат разослан апреля 2007 г Ученый секретарь

диссертационного Совета Д 212 165 01 д т н , профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Одним из перспективных направлений развития современной техники микроволнового диапазона является разработка малогабаритных, высокодобротных компонент частотной селекции, составляющих элементную базу для конструирования СВЧ и КВЧ устройств различного назначения В число таких компонент входят диэлектрические резонаторы (ДР) [1,2] Использование ДР в высокочастотных трактах современной радиоэлектронной аппаратуры позволяет по-новому решать проблему миниатюризации устройств частотной фильтрации и генерирования СВЧ сигналов, а также в ряде случаев создавать устройства с характеристиками, недостижимыми ранее на основе традиционных резонансных структур объемных резонаторов [3], микрополоско-вых устройств [4]

В настоящее время благодаря своим малым габаритам, высоким электрическим характеристикам [1,2] и относительно низкой стоимости изготовления ДР находят широкое применение в разнообразных микроволновых устройствах телекоммуникационного, навигационного и измерительного оборудования В частности, полосовые фильтры, высокостабильные СВЧ и КВЧ генераторы и антенные устройства на диэлектрических резонаторах входят в состав приемопередающих модулей базовых станций систем сотовой связи [5, 6], СВЧ конвертеров установок для приема программ спутникового телевещания [7], а также аппаратуры мобильной радиосвязи (прежде всего спутниковой) [6, 8] и оборудования для организации беспроводных компьютерных сетей [9]

Среди многообразия конструктивных вариантов колебательных систем на диэлектрических резонаторах, применяемых на практике в радиоэлектронной аппаратуре дециметрового, сантиметрового, а также миллиметрового диапазонов длин волн, наиболее распространены экранированные цилиндрические колебательные системы (КС) с осесим-метричными ДР [1, 2] Они наиболее просты в изготовлении и позволяют достичь высоких значений собственной добротности как на низших типах симметричных и гибридных колебаний, так и на высших азимутальных колебаниях (АК) [1]

Несмотря на то, что к настоящему времени проведено уже достаточно много исследований [1, 2, 10-12] на предмет поиска эффективных методов моделирования, расчета и оптимизации колебательных систем на основе аксиально-симметричных диэлектрических резонаторов, эта задача по-прежнему представляет значительный интерес, ввиду многообразия их конструкций и сложности теоретического анализа Особое внимание уделяется разработке алгоритмов и программ, позволяющих без модификации вычислительного процесса анализировать в строгой электродинамической постановке задачи как можно большего числа реальных конструкций колебательных систем В литературе имеется некоторое количество публикаций, посвященных созданию подобных алгоритмов [10-12] Однако, в перечисленных работах целый ряд принципиальных вопросов, связан-

3

ных, например, со сходимостью разработанных алгоритмов, а также с особенностями их программной реализации, исследован недостаточно полно

В большинстве современных конструкций диапазонных колебательных систем на ДР перестройка частоты осуществляется посредством возмущения поля колебаний диэлектрического резонатора металлическим элементом (поршнем, винтом) [1,2] Обычно в таких системах ограничиваются малой полосой перестройки, порядка нескольких процентов от значения нижней частоты диапазона Перестройка частоты в более широких пределах приводит к существенному ухудшению добротности КС [1] и характеристик устройства, в котором она используется В данной диссертационной работе предлагается иной способ перестройки частоты - с помощью диэлектрических дисков, свободный от указанного недостатка Несмотря на практическую необходимость, исследование диапазонных свойств таких систем в строгой электродинамической постановке задачи до настоящего времени не проводилось

В настоящее время при построении узкополосных фильтров и малошумящих генераторов сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн применяются ДР, возбуждаемые на азимутальных колебаниях [1] Использование в качестве материалов таких ДР позволяет реализовывать КС с добротностью ~105 при комнатной температуре и не ниже 107 при криогенных температурах [13] Необходимо отметить, что в большинстве работ [13, 14], посвященных расчету АК в подобных резонансных структурах, рассматриваются открытые ДР без учета экрана В реальных конструкциях колебательных систем наличие экрана является принципиальным Он служит для защиты элементов КС от воздействия окружающей среды, не допускает собственного излучения и, как показано в [15], может оказывать существенное влияние на свойства азимутальных колебаний В связи с этим представляет значительный интерес исследование АК дискового ДР, помещенного в соосный цилиндрический металлический экран

Одним из способов построения СВЧ фильтров с разреженным спектром паразитных полос пропускания является использование резонаторов различных форм [16], изготовленных таким образом, что рабочие колебания их совпадают по частоте, формируя полосу пропускания фильтра, а частоты паразитных колебаний различаются Альтернативу традиционным дисковым и кольцевым диэлектрическим резонаторам составляют диэлектрические резонаторы в форме шара (ДРШ) [1, 16] Вообще говоря, задача о собственных колебаниях открытого ДРШ (или в сферическом экране) может быть решена аналитически [1] Однако, при построении СВЧ фильтров ДРШ обычно используются в сочетании с различными линиями передачи и другими элементами конструкции, нарушающими сферическую симметрию и возмущающими поля его колебаний В этом случае аналитический метод расчета оказывается неприменимым Поэтому весьма интерес-

ным оказывается строгое решение задачи о колебаниях ДРШ в экране несферической формы В настоящей работе представлены результаты исследования диэлектрического резонатора формы шара в цилиндрическом экране

Как известно, диэлектрические резонаторы широко используются в установках для измерения параметров диэлектриков в СВЧ и КВЧ диапазонах [17] В последнее время было показано [18], что они могут также использоваться дчя измерения микроволнового поверхностного сопротивления (ПС) металлов и пленок высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) Основная идея применяемого в настоящее время резонансного метода определения ПС состоит в следующем [18] К торцевым поверхностям дискового ДР плотно прижимаются исследуемые образцы проводящих поверхностей (например, пленки ВТСП) После решения соответствующей краевой задачи о колебаниях в такой структуре по измеренному значению собственной добротности вычисляется искомая характеристика потерь Данный метод измерения ПС обладает серьезным недостатком Дело в том, что измеренное в эксперименте значение добротности относится сразу к двум пленкам ВТСП (с обоих торцов) Для измерения значений ПС отдельных пленок необходимо произвести измерения как минимум с тремя пленками по принципу "каждая с каждой" Это представляет собой определенные неудобства Здесь необходим поиск такой геометрии диэлектрического резонатора, которая имела лишь одну торцевую стенку и допускала строгий электродинамический расчет В качестве такого ДР в диссертации предлагается экранированный диэлектрический резонатор в форме конуса с проводящим основанием (ДРК) Теоретические исследования подобной КС с коническим ДР (как и ДРШ в цилиндрическом экране) до настоящего времени ни разу не проводились

Стабильность частоты является одним из критических параметров многих радиоэлектронных систем измерительных, радиолокационных, а также систем радиосвязи Поэтому качественное улучшение характеристик этих систем, прежде всего, связано с повышением стабильности применяемых в них устройств частотной селекции и генерирования сигналов [19] Главным дестабилизирующим фактором, приводящим в большинстве случаев к смещению рабочей частоты (полосы частот) является изменение температуры окружающей среды и (или) отдельных частотозадающих элементов устройства Одним из подходов к решению проблемы стабильности частоты при создании СВЧ и КВЧ устройств является использование высокодобротных термостабильных диэлектрических резонаторов В связи с этим представляет большой практический интерес моделирование температурного дрейфа собственной частоты таких ДР и поиск путей его уменьшения В настоящей диссертационной работе предлагается эффективная методика расчета температурного коэффициента частоты (ТКЧ) СВЧ и КВЧ колебательных систем, содержащих диэлектрические резонаторы В отличие от представленных в [20, 21] подходов к расчету ТКЧ предлагаемый в диссертации основан на строгом решении зада-

5

чи о собственных колебаниях анализируемой КС и позволяет учесть вклад в температурную нестабильность теплового изменения параметров всех элементов конструкции резонатора

Принимая во внимание практическую важность вышеупомянутых вопросов, связанных с разработкой СВЧ и КВЧ устройств на диэлектрических резонаторах, можно утверждать, что настоящая диссертационная работа посвящена актуальной теме

Цель диссертации - разработка математических моделей экранированных цилиндрических резонансных структур СВЧ и КВЧ диапазонов на базе осесимметричных диэлектрических резонаторов различной формы, создание эффективных алгоритмов и программ для расчета таких структур, исследование их характеристик и оптимизация параметров с целью улучшения технических показателей создаваемых на их основе функциональных узлов и приборов

Методы исследования Основные результаты, представленные в диссертации, получены на основе строгого электродинамического метода — метода частичных областей (МЧО) [15, 22] с дискретным набором собственных функций В работе также использовались элементы теории специальных функций, линейных дифференциальных операторов, а также численные методы решения трансцендентных уравнений Все теоретические результаты получены с применением вычислительных алгоритмов, реализованных на ЭВМ на языке технического программирования MATLAB 6 5 (Release 13) и в среде программирования Visual С <-+ 6 О

Научная новизна В результате выполнения диссертационной работы

- на основе метода частичных областей разработан высокоэффективный алгоритм расчета цилиндрических экранированных СВЧ и КВЧ резонансных структур с неоднородным аксиально-симметричным диэлектрическим заполнением, позволяющий производить строгий электродинамический анализ практически неограниченного числа конструкций резонаторов, включающих в себя сколь угодно большое число дисковых или кольцевых диэлектрических элементов с общей осью симметрии,

- подробно исследованы диапазонные свойства оригинальных конструкций СВЧ колебательных систем на основе цилиндрических диэлектрических резонаторов, перестраиваемых диэлектрическими дисками,

- всестороннее изучен спектр азимутальных колебаний экранированного дискового лей-косапфирового резонатора при криогенной температуре, впервые детально исследована трансформация структуры полей и свойств колебаний при изменении соотношений геометрических размеров экрана и лейкосапфирового диска,

- разработан алгоритм строгого электродинамического расчета полного спектра собственных колебаний диэлектрических резонаторов в виде произвольных тел вращения в общем случае из одноосно-анизотропного диэлектрика в соосном цилиндрическом металлическом экране, Г,

- впервые теоретически исследованы низшие колебания изотропного диэтектрического шара в цилиндрическом экране и азимутальные колебания экранированного конического лейкосапфирового резонатора с проводящим основанием,

- предложена обладающая высокой точностью методика косвенного измерения величины микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок высокотемпературных сверхпроводников,

- разработана методика теоретического анализа температурной стабильности частоты СВЧ колебательных систем на диэлектрических резонаторах

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается

- использованием при составлении дисперсионных уравнений направляющих структур и характеристических уравнений резонаторов теоретически обоснованного метода частичных областей,

- использованием строгих электродинамических моделей, адекватно отражающих особенности рассматриваемых резонансных структур,

- контролем внутренней сходимости результатов расчета интегральных характеристик резонансных структур и численной проверкой выполнения условия "сшиваемости" тангенциальных компонентэлектрического и магнитного полей на границах частичных областей,

- соответствием полученных теоретических результатов известным тестовым, ранее опубликованным в научно-технической литературе,

- сравнением теоретических результатов с экспериментальными и с результатами расчетов, полученными с использованием лицензионной версии современной САПР СВЧ устройств CST Microwave Studio 5 О

Практическая значимость диссертационной работы заключается в

- разработке адекватных математических моделей целого ряда конструкций экранированных аксиально-симметричных колебательных систем на основе ДР, как известных (широко используемых), так и принципиально новых, весомо пополняющих современную функциональную базу для конструирования СВЧ и КВЧ устройств различного назначения,

- создании методики электродинамического анализа диэлектрических резонаторов в виде тел вращения с произвольной формой образующей в соосном цилиндрическом экране, открывающих перспективы создания новых устройств СВЧ и КВЧ диапазонов с улучшенными характеристиками (в частности, полосовых фильтров с разреженным спектром паразитных полос пропускания),

- создании эффективных алгоритмов и программ, пригодных для инженерно-конструкторского проектирования экранированных СВЧ и КВЧ колебательных систем с осесимметричными диэлектрическими резонаторами и устройств на их основе,

- предложении и теоретическом обосновании оригинальной методики "неразрушающих" измерений микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок ВТСП,

- определении путей улучшения показателей термостабильности СВЧ колебательных систем на диэлектрических резонаторах,

- разработке конструкции диапазонной КС с плавной подстройкой величины температурного коэффициента частоты, позволяющей реализовывать СВЧ генераторные и фильтрующие устройства с минимальным температурным дрейфом рабочей частоты (полосы частот), несмотря на существующий технологический разброс температурных характеристик материалов, применяемых для их изготовления,

- оптимизации параметров широкого класса конструкций СВЧ и КВЧ колебательных систем на диэлектрических резонаторах

В диссертации представлено большое количество численных данных, полученных с использованием разработанных алгоритмов и программ, позволяющих с достаточной для практических целей точностью производить инженерный расчет целого ряда экранированных колебательных систем с диэлектрическими резонаторами по заданным характеристикам, минуя трудоемкий процесс составления и решения характеристических уравнений этих резонансных структур Методика подобных расчетов проиллюстрирована соответствующими примерами

Реализация и внедрение результатов Алгоритмы расчета и программные комплексы разработанные в процессе выполнения диссертационной работы, нашли применение при создании стандартных библиотек системы автоматизированного проектирования СВЧ и КВЧ узлов на основе диэлектрических резонаторов (в особенности высокостабильных спектрально-чистых малошумящих источников СВЧ сигнала и малогабаритных узкополосных фильтров с высоким затуханием в полосе непрозрачности) в научно-исследовательском институте измерительных систем им Ю Е Седакова (ФГУП "ФНПЦ НИИИС Н Новгород)

Апробация работы и публикации Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-технических конференциях факультета информационных систем и технологий ФИСТ (Н Новгород, 2003, 2004, 2005), Седьмой научной конференции по радиофизике, посвященной 90-летию со дня рождения В С Троицкого (Н Новгород, 2003), Восьмой научной конференции по радиофизике, посвященной 80-летию со дня рождения Б Н Гершмана (Н Новгород, 2004), IX Научно-технической сессии молодых ученых технические науки (Дзержинск, 2004), Девятой научной конференции по радиофизике "Факультет - ровесник победы" (Н Новгород, 2005), IV Международной молодежной научно-технической конференции "Будущее технической науки" (Н Новгород, 2005), II, III, IV и V Международных науч-

но-технических конференциях "Физика и технические приложения волновых процессов" (Самара, 2003, Волгоград 2004, Н Новгород, 2005, Самара, 2006)

По результатам диссертационной работы имеются 26 публикаций, в том числе 4 статьи в научно-технических журналах, включенных выписок ВАК РФ Положения, выносимые на защиту

1 Обобщенная модель и высокоэффективный, алгоритм расчета спектра собственных колебаний цилиндрической экранированной резонансной структуры с неоднородным акси-алыю-симметричным диэлектрическим заполнением

2 Результаты исследования диапазонных свойств экранированных КС на основе дисковых и кольцевых диэлектрических резонаторов, перестраиваемых диэлектрическими дисками, применяемых при построении малогабаритных узкополосных фильтров и высокостабильных твердотельных генераторов

3 Результаты исследования и оптимизации параметров экранированного дискового ДР с осевой анизотропией, возбуждаемого на азимутальных колебаниях

4 Электродинамические модели и алгоритм расчета диэлектрических резонаторов в виде тел вращения произвольной формы в соосном цилиндрическом экране

5 Результаты исследований изотропного диэлектрического шара в цилиндрическом экране и экранированного конического лейкосапфирового резонатора с проводящим основанием, позволяющие судить об особенностях собственных колебаний рассмотренных резонансных структур и перспективах использования этих структур в технике микроволнового диапазона

6 Высокоточный резонансный метод измерения величины микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок высокотемпературных сверхпроводников

7 Методика расчета температурного коэффициента частоты СВЧ резонаторов и результаты разработки термостабильных колебательных систем на диэлектрических резонаторах

8 Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие высокую точность расчета резонансных частот и собственной добротности колебательных систем на ДР по разработанным алгоритмам и программам

Объем и структура диссертации Работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 315 страниц основного текста, 17 страниц списка литературы (160 наименований), 92 рисунка, 19 таблиц, 8 страниц приложений, содержащих акт внедрения результатов диссертации

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из пяти глав, введения и заключения

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, кратко изложено содержание диссертации,

определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, обоснована их достоверность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту

В первой главе диссертации предлагается обобщенная модель экранированной цилиндрической резонансной структуры с неоднородным слоистым аксиально-симметричным одноосно-анизотропным диэлектрическим заполнением (рис 1) Представлен алгоритм расчета полного спектра собственных колебаний, их структуры полей и добротности Введен принцип классификации колебаний

Процедура составления характеристического уравнения рассматриваемой колебательной системы базируется на МЧО с разбиением резонансного объема на частичные области (40) в виде отрезков радиальных слоистых волноводов (вопросу расчета дисперсионных характеристик волноведущих структур данного типа в главе уделено особое внимание) Электрическое и магнитное поля в каждой 40 записываются в виде суперпозиции полей стоячих 1,М- и ЬЕ-волн соответствующих радиальных волноводов с неизвестными амплитудными коэффициентами Использование условий непрерывности тангенциальных компонент полей на границах частичных областей позволяет получить систему функциональных уравнений относительно этих коэффициентов В результате проецирования данной системы на базис собственных функций краевых задач для выделенных частичных областей получается бесконечная система линейных однородных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно неизвестных амплитудных коэффициентов в разложениях полей Искомое характеристическое уравнения для нахождения собственных частот рассматриваемой резонансной структуры получается из условия равенства нулю главного определителя редуцированной СЛАУ Поиск корней характеристического уравнения производился с использованием численного метода решения трансцендентных уравнений - метода половинного деления [23] При расчете спектра резонансных частот

потери в диэлектрическом заполнении и металлических стенках экрана полагались пренебрежимо малыми, т е экранирующие поверхности рассматривались как идеально проводящие, а диэлектрические проницаемости сред, заполняющих резонатор, считались чисто действительными величинами После нахождения частоты каждого колебания один из амплитудных коэффициентов полагался известным, и решалась соответствующая сопряженная нелинейная система, в результате чего находились значения остальных коэффициентов, и определялась структура полей этого колебания Расчет собственной добротности колебаний производился методом возмущений [24] с учетом диэлектрических потерь в заполнении резонатора и омических потерь в стенках экрана

Первая глава является постановочной Разработанные в ней математические модели и методы расчета спектра резонансных частот и собственной добротности использовались для анализа и оптимизации конкретных резонансных структур, рассмотренных в последующих четырех главах

Вторая глава посвящена численному исследованию спектров собственных колебаний некоторых перспективных конструкций колебательных систем СВЧ и КВЧ диапазонов на основе цилиндрических диэлектрических резонаторов В частности, рассмотрены экранированные дисковый и кольцевой диэлектрические резонаторы (ДЦР и КДР), перестраиваемые диэлектрическими дисками, работающие на низшем симметричном магнитном колебании (Н01), а также дисковый лейкосапфировый резонатор в цилиндрическом экране при криогенной температуре, возбуждаемый на азимутальных колебаниях Для диапазонных КС с ДЦР и КДР были рассчитаны зависимости ширины полосы перестройки и частотного интервала, свободного от паразитных типов колебаний (интервала одномодовости), от величины диэлектрической проницаемости подстроечного диска (ПД), соотношения радиуса и высоты диэлектрического резонатора, а также соотношения высот ДР и ПД Для колебательной системы с кольцевым диэлектрическим резонатором также исследовалась зависимость диапазона перестройки от соотношения внешнего и внутреннего диаметров КДР Представлены результаты, свидетельствующие о том, что перестройка ДЦР диэлектрическим диском возможна в полосе А///„ < 24% (/"„ - нижнее значение частоты), а максимальный диапазон перестройки в системе с КДР составляет почти половину октавы (в обоих случаях рассматривались ДР и ПД из наиболее распространенного отечественного материала АЛТК с с= 40, 10-4) Показано, что в процессе перестройки частоты рабочего колебания рассматриваемых резонаторов его собственная добротность меняется незначительно

'"" Для резонайсйой структуры с дисковым лейкосапфировым резонатором в цилиндрическом1 металлическом экране, рассчитаны зависимости характеристик азимутальных "колебаний (резонансных частот и парциальных добротностей, обусловленных потерями в

лейкосапфире и металлических стенках) от соотношения размеров ДР и экрана Отмечено, что влияние экрана на частоты и добротность АК при разных соотношениях радиусов и высот экрана и лейкосапфирового диска выражено в разной степени В одних случаях добротность азимутальных колебаний велика ()ая(1 5 2 5) 107 и определяется в основном тепловыми потерями в лейкосапфире, а в других случаях эта добротность на 2-3 порядка ниже и сравнима с добротностью полого металлического резонатора Показано, что частоты высокодобротных АК наиболее чувствительны к изменению параметров лейкосапфирового резонатора, а частоты низкодобротных колебаний - к изменению размеров экрана

В ходе детального анализа структуры полей азимутальных колебаний при разных соотношениях вышеуказанных размеров установлено, что все колебания в такой структуре могут быть условно разделены на колебания диэлектрического и экранного типов Первые характеризуются высокой концентрацией электромагнитного поля непосредственно в объеме диэлектрического резонатора, вторые отличаются относительно слабой концентрацией поля в ДР Показано, что, изменяя один из параметров колебательной КС, можно наблюдать преобразование диэлектрических типов колебаний в экранные и наоборот, причем эффект преобразования происходит в довольно узком интервале изменения варьируемого параметра - в окрестности точки обмена Приведенные численные данные свидетельствуют о том, что вблизи точек обмена происходит преобразование типов сразу двух колебаний (одно - из экранного в диэлектрическое, а другое - из диэлектрического в экранное) В этом процессе упомянутые колебания "обмениваются" асимптотами, к которым стремятся их частоты, а также структурами полей и, как следствие, всеми остальными свойствами колебаний, в частности, величинами парциальных добротностей Заметим, что данный эффект преобразования типов колебаний в экранированном лейко-сапфировом резонаторе ранее в литературе не рассматривался

Учет рассмотренных в данной главе особенностей АК лейкосапфирового резонатора в условиях его экранировки оказывается чрезвычайно важным при проектировании различных устройств, включающих в себя подобные резонансные структуры В связи с этим большое внимание было уделено оптимизации параметров данной КС с целью уменьшения тепловых потерь в экране при наименьших ее габаритах Даны практические рекомендации по оптимальному выбору соотношений геометрических размеров структуры и типу рабочего колебания Кроме того, проведены исследования влияния элемента крепления ДР в экране на спектр резонансных частот и добротность азимутальных колебаний

В третьей главе диссертации представлена методика строгого электродинамического расчета диэлектрических резонаторов в виде тел вращения произвольной формы из одноосно анизотропного диэлектрика, помещенных в соосный цилиндриче-

скнй металлический экран (рис. 2). Основная идея предложенного метода расчета состоит в аппроксимации ДР набором достаточно большого числа сооспых кольцевых диэлектрических фрагментов (рис 3). Отдельный фрагмент представлен на рис. 4.

ъ®

Ь

/

Не

\ \ у

а

....... "о

о п г> Рисунок 3

Рисунок 4

Рисунок 2

Указанный подход позволяет свести исходную задачу расчета характеристик ДР в виде тела вращения к задаче анализа слоистой цилиндрической структуры, методика расчета которой предложена в первой главе. Для понижения порядка соответствующей СЛАУ разработана специальная процедура, основанная на выражений коэффициентов в разложениях полей в каждой (Ж)-ой 40 через коэффициенты 1-ой области.

С использованием разработанного на основе данного подхода алгоритма впервые были проведены теоретические исследования низших симметричных и гибридных колебаний диэлектрического резонатора в виде шара в цилиндрическом экране, а также спектра азимутальных колебаний экранированного конического лейкосапфирового резонатора с проводящим Основанием, Для данных резонансных структур исследованы особенности структуры полей собственных колебаний, рассчитаны зависимости резонансных частот и собственной добротности от соотношения геометрических размеров ДР и экрана. Для ДРК также исследованы зависимости характеристик азимутальных колебаний от угла а при вершине лейкосапфирового конуса.

Теоретически показана возможность использования лейкосапфирового КДР в качестве датчика для измерения величины микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок ВТСП. Получены выражения, позволяющие определять значения указанной характеристики непосредственно по измеренному значению собственной добротности ДРК, установленного основанием на исследуемую поверхность. Проанализированы факторы, влияющие на погрешность измеряемой величины.

Четвертая глава диссертации посвящена разрабогке термостабильных СВЧ колебательных систем на базе дисковых ДР. Исследована температурная стабильность частоты рабочего колебания (Нщ) следующих конструкций резонансных структур: дискового диэлекфического резонатора и составного дискового ДР (СДР), размещенных на подложке и подставке в соосегом металлическом экране, а также экранированного дискового

13

диэлектрического резонатора, перестраиваемого по частоте путем изменения расстояния между ним и торцевой стенкой металлического экрана

Расчет основного показателя температурной стабильности упомянутых резонансных структур - температурного коэффициента частоты осуществлялся по следующему принципу Значения всех параметров анализируемой КС (геометрических размеров, диэлектрических проницаемостей) подставлялись как функции температуры в программу для расчета частоты интересующего нас колебания В результате строилась зависимость частоты непосредственно от температуры Величина ТКЧ определялась путем численного дифференцирования полученной зависимости

Для всех трех конструкций колебательных систем получены соотношения (условия термокомпенсации), позволяющие производить оптимизацию параметров этих систем с целью минимизации температурного ухода частоты рабочего колебания в заданном интервале рабочих температур

Показана принципиальная возможность создания диапазонной КС на ДР с плавной подстройкой величины температурного коэффициента частоты, осуществляемой посредством изменения взаимного расположения элементов резонансной структуры (без необходимости их механической обработки)

В пятой главе диссертации с использованием большого объема теоретических и экспериментальных данных, взятых из соответствующей научно-технической литературы, результатов собственных экспериментальных исследований, а также численных данных, полученных с применением лицензионной версии пакета CST Microwave Studio v 5 0 [25], производится тщательная проверка всех алгоритмов и программ, разработанных при выполнении диссертационной работы

В заключении перечислены основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы

Основные выводы и результаты

1 Созданы адекватные реальным устройствам математические модели целого ряда как известных практически важных, так и принципиально новых перспективных конструкций колебательных систем СВЧ и КВЧ диапазонов

2 На базе метода частичных областей разработан высокоэффективный, обладающий быстрой сходимостью, алгоритм расчета частот, структуры полей и добротности собственных колебаний экранированного цилиндрического резонатора с неоднородным осесим-метричным диэлектрическим заполнением и аксиальным металлическим стержнем

3 Разработана методика строгого электродинамического расчета диэлектрических резонаторов в виде тел вращения с произвольной формой образующей из одноосно-анизотропного диэлектрика в цилиндрическом металлическом экране Показана возмож-

ность эффективного моделирования ДР подобного типа наборами достаточно большого числа соосных кольцевых диэлектрических фрагментов

4 Исследованы диапазонные свойства экранированных СВЧ колебательных систем на основе дисковых и кольцевых ДР, перестраиваемых диэлектрическими дисками Рассчитаны зависимости диапазона перестройки частоты рабочего колебания (Hoi) от параметров КС Рассмотрены ближайшие по частоте паразитные колебания

5 Подробно исследованы азимутальные колебания охлажденного до температуры жидкого азота (Г=77К) дискового диэлектрического резонатора из монокристаллического лейкосапфира в соосном цилиндрическом экране Показано, что все колебания в такой резонансной структуре могут быть условно разделены на колебания диэлектрического типа, характеризующиеся высокой (более 90%) концентрацией электромагнитной энергии непосредственно в объеме ДР, и колебания экранного типа, отличающиеся слабой (менее 50%) концентрацией энергии в диэлектрике Обнаружено, что при изменении соотношения размеров лейкосапфирового резонатора и экрана высокодобротные диэлектрические колебания преобразуются в низкодобротные экранные колебания и наоборот Определены оптимальные соотношения размеров ДР и экрана, при которых собственные добротности АК максимальны и близки к своему теоретическому пределу, определяемому тепловой добротностью лейкосапфира Q„t = 2 5 1 07 при данной температуре

6 Исследованы низшие симметричные и гибридные колебания диэлектрического резонатора в форме шара в цилиндрическом экране Показано, что при изменении соотношения размеров ДРШ и экрана также наблюдается эффект преобразования диэлектрических типов колебаний в экранные

7 Теоретически исследован новый тип ДР-экранированный конический диэлектрический резонатор с проводящим основанием Рассчитаны зависимости частот и собственной добротности его азимутальных колебаний от угла между образующими при вершине конуса и от соотношения размеров ДРК и экрана Установлено, что поля АК концентрируются в относительно малом кольцевом объеме в периферийной области основания конуса

8 Предложен новый высокоточный вариант резонансного метода измерения ПС металлов и пленок ВТСП в СВЧ и КВЧ диапазонах, основанный на использовании особенностей структуры полей азимутальных колебаний конического лейкосапфирового резонатора, устанавливаемого основанием на исследуемую импедансную поверхность

9 Предложена методика, позволяющая производить строгий теоретический расчет температурного коэффициента частоты СВЧ КС на диэлектрических резонаторах и оптимизацию параметров этих КС с целью улучшения данного показателя ихтермостабильности

10 Для экранированных дискового и составного дискового диэлектрических резонаторов на подложке и диэлектрической подставке с фиксированной рабочей частотой получены

соотношения (условия термокомпенсации), позволяющие путем соответствующего подбора параметров материалов ДР реализовывать колебательные системы с собственным ТКЧ<1 1<Г7/°С в диапазоне температур -50°С<Т<90°С Теоретически показана возможность реализации термостабильных диапазонных колебательных систем на ДР с полосой перестройки Д///„ > 4 5% и ТКЧ а 1(Г7 1 (Г6/°С

11 Предложена оригинальная конструкция резонатора, позволяющая независимо производить перестройку по частоте и плавную подстройку по величине ТКЧ Использование такого резонатора дает возможность изготавливать в условиях серийного производства СВЧ генераторы и фильтры с минимальным температурным дрейфом рабочей частоты (полосы частот), несмотря на имеющийся технологический разброс характеристик материалов, применяемых для их изготовления

12 Разработанные в диссертационной работе алгоритмы расчета были реализованы в виде программного комплекса, обеспечивающего возможность компьютерного проектирования (включая оптимизацию) широкого круга колебательных систем на основе диэлектрических резонаторов

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ

1 Бажилов В А , Бударагин Р В , Титаренко А А Расчет собственных частот резонатора на основе плавного перехода в круглом двухслойном диэлектрическом экранированном волноводе // Тезисы докладов Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии- 2003",-Н Новгород НГТУ, 2003, с 38

2 Бажилов В А Расчет собственных частот симметричных колебаний в экранированных диэлектрических цилиндрических резонаторах методом частичных областей // Тезисы докладов Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии - 2003", -Н Новгород НГТУ, 2003, с 30

3 Бажилов В А , Титаренко А А Расчет собственных частот круглых диэлектрических резонаторов в цилиндрическом экране // Труды 7-й научн конф по радиофизике, посвященной 90-летию со дня рождения В С Троицкого / Ред Якимов А В , - Н Новгород ТАЛАМ, 2003, с с 124-125

4 Бажилов В А , Титаренко А А Расчет коэффициента температурной нестабильности частоты для круглого диэлектрического резонатора в цилиндрическом экране // Труды 7-й научн конф по радиофизике, посвященной 90-летию со дня рождения В С Троицкого / Ред Якимов А В,-Н Новгород ТАЛАМ, 2003, с с 126-127

5 Бажилов В А Диэлектрический резонатор с компенсацией температурного ухода часто-ты//Тезисы докладов исообщений II Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов"/Ред НегановВ А ,Яровой Г П ,-Самара,2003,с с 189-190

6 Бажилов В А Дифракционная модель круглого слоистого диэлектрического резонатора в цилиндрическом экране // Тезисы докладов и сообщений II Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов" / Ред Неганов В А, Яровой Г П , - Самара, 2003, с 238

7 Бажилов В А Перестройка частоты диэлектрического резонатора диэлектрическим поршнем Ц Тезисы докладов и сообщений II Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов" / Ред Неганов В А, Яровой Г П ,- Самара, 2003, с 242

8 Бажилов В А Расчет резонансных частот цилиндрической колебательной системы с диэлектрическими резонаторами // Антенны, 2004, №1, с с 54-59

9 Бажилов В А , Титаренко А А Обобщенный подход к задаче о расчете спектра резонансных частот цилиндрической экранированной колебательной системы с неоднородным диэлектрическим заполнением // Тезисы докладов Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии - 2004", - Н Новгород НГТУ, 2004, с с 33-34

10 Бажилов В А , Титаренко А А Расчет температурного коэффициента частоты для цилиндрической экранированной колебательной системы с неоднородным диэлектрическим заполнением // Тезисы докладов Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии - 2004", - Н Новгород НГТУ, 2004, с 34

11 Бажилов В А , Титаренко А А Расчет параметров цилиндрических экранированных колебательных систем с неоднородным диэлектрическим заполнением // IX Нижегородская сессия молодых ученых (технические науки) Тезисы докладов,-Н Новгород изд-во Гладкова О В , 2004, с с 88-89

12 Бажилов В А , Титаренко А А Применение метода частичных областей для расчета КВЧ и оптических направляющих структур сложного поперечного сечения // IX Нижегородская сессия молодых ученых (технические науки) Тезисы докладов, -Н Новгород изд-во Гладкова О В , 2004, с с 105-106

13 Бажилов В А , Титаренко А А Применение аппарата ЬМ и Г В волн для расчета составных диэлектрических резонаторов // Труды 8-й научн конф по радиофизике, посвященной 80-летию со дня рождения Б Н Гершмана 7 мая 2004 г / Ред Якимов А В,-Н Новгород ТАЛАМ, 2004, с с 94-95

14 Бажилов В А, Титаренко А А О термостабильности цилиндрических резонаторов с неоднородным диэлектрическим заполнением // Труды 8-й научн конф по радиофизике, посвященной 80-летию со дня рождения Б Н Гершмана 7 мая 2004 г / Ред Якимов А В , - Н Новгород ТАЛАМ, 2004, с с 96-97

15 Бажилов В А , Титаренко А А Методика расчета температурного коэффициента частоты цилиндрических резонаторов с неоднородным диэлектрическим заполнением // Тезисы докладов и сообщений III Международной НТК "Физика и технические при-

17

ложения волновых процессов" / Ред Неганов В А, Яровой Г П , - Волгоград НП ИПД "Авторское перо", 2004, с 241

16 Бажилов В А , Титаренко А А Спектр собственных частот цилиндрических неоднородно заполненных резонаторов // Тезисы докладов и сообщений III Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов" / Ред Неганов В А , Яровой Г П , - Волгоград НП ИПД "Авторское перо", 2004, с 268

17 Бажилов В А Аксиально-симметричные колебания цилиндрических неоднородно заполненных резонаторов // Информационно-измерительные и управляющие системы, 2004, №6, т 2, с с 20-26

18 Титаренко А А , Бажилов В А Методика электродинамического анализа экранированных волноведущих структур с плоскопараллельным слоистым диэлектрическим заполнением //Информационно-измерительные и управляющие системы, 2005, №1, т 3, с с 63-69

19 Бажилов В А Алгоритм расчета полного спектра собственных колебаний цилиндрических неоднородно заполненных резонаторов // Антенны, 2005, №5, с с 52-57

20 Бажилов В А Термостабильный диэлектрический резонатор с возможностью подстройки ТКЧ // Тезисы докладов Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии - 2005", - Н Новгород НГТУ, 2005, с 33

21 Бажилов В А Особенности экранированных резонаторов с азимутальными колебаниями // Тезисы докладов Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии - 2005", - Н Новгород НГТУ, 2005, с 32

22 Бажилов В А Азимутальные колебания в экранированном лейкосапфировом резонаторе // Труды 9-й научн конф по радиофизике "Факультет - ровесник Победы" / Ред Якимов А В , - Н Новгород ТАЛАМ, 2005, с с 87-89

23 Бажилов В А , Титаренко А А Моделирование цилиндрических экранированных колебательных систем с диэлектрическими резонаторами в виде тел вращения // Тезисы докладов Всероссийской НТК "Информационные системы и технологии - 2005",-Н Новгород НГТУ, 2005, с 32

24 Бажилов В А Спектр собственных колебаний экранированного диэлектрического резонатора формы тела вращения // Тезисы докладов IV Международной молодежной НТК "Будущее технической науки", - Н Новгород НГТУ, 2005, с 14

25 Бажилов В А , Титаренко А А Моделирование экранированных диэлектрических резонаторов в вйде тел вращения // Тезисы докладов и сообщений IV Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов" / Ред Неганов В А, Яровой Г П,-Н Новгород, 2005, с 143

26 Бажилов В А , Козлов В А Диэлектрические резонаторы для измерения поверхностного сопротивления высокотемпературных сверхпроводников // Тезисы докладов и

сообщений V Международной НТК "Физика и технические приложения волновых процессов" / Ред Неганов В А, Яровой Г П, - Самара, 2006, с 230

ЛИТЕРАТУРА

[1] Диэлектрические резонаторы / Ильченко M Е , Взятышев В Ф , Гассанов Л Г и др , Ред Ильченко ME - M Радио и связь, 1989 -328с

[2] KajfezD ,GuillonP Dielectric resonators -Atlanta Noble Publishing Corporation, 1998 -571p

[3] Воинов Б С Широкодиапазонные колебательные системы - M Советское радио, 1973 -304с

[4] Конструирование и расчет полосковых устройств / Ред Ковалев И С - M Советское радио, 1974 -296с

[5] Liang X F, Blair W D High Q TE0i mode DR cavity filters for wireless base stations // MTT-S International microwave symposium digest, 1998, vol 98, p p 825-828

[6] Fiedziuszko S J , Hunter IС , Itoh T , Kobayashi Y , Nishikawa T , Stitzer S N , Wakino К Dielectric materials, devices and circuits // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, vol MTT-50,№3,pp 706-720

[7] Лукашев И , Каржавин P Принципы построения спутниковых конвертеров // Телеспутник, 1997, №3, с с 50-55

[8] Hunter I С , Billonet L , Jarry В , Guillon Р Microwave filters - application and technology II IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, vol MTT-50,№3,p p 794-805

[9] Ohata К , Inoue T, Funabashi M, Inoue A , Takimoto Y , Kuwabara T, Shinozaki S , Maruhashi К , Hosaya К , Nagai H Sixty-GHz-band ultra-miniature monolithic T/R modules for multimedia wireless communication systems // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1996, vol MTT-44, №12, p p 2354-2360

[10] Добромыслов В С , Калиничев В И , Крюков А В Расчет спектра собственных колебаний экранированных диэлектрических резонаторов // Изв вузов Сер Радиофизика, 1990, т 33, №9, с с 1068-1076

[11] Wang С, Zaki К A Generalized multilayer anisotropic dielectric resonators// IEEE International microwave symposium digest, 1998, vol MWSYM-l,pp 233-236

[12]Monsonu J A, Andres M V , Silvestre E , Ferrando A , Gimeno В Analysis of dielectric-loaded cavities using an orthonormal-basis method // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, vol MTT-50, №11, p p 2545-2552

[13] Буньков С H, Вторушин Б А , Егоров В H , Константинов В И , Масалов В Л , Смирнов П В Охлаждаемые диэлектрические резонаторы для стабилизации частоты // Радиотехника и электроника, 1987,т 32,№5,сс 1071-1080

[14]Tobar ME, Mann AG Resonant frequencies of higher order modes in cylindrical anisotropic dielectric resonators // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1991, vol MTT-39, №12, p p 2077-2082

[15] Белов Ю Г Разработка и применение метода частичных областей для расчета функциональных узлов СВЧ и КВЧ диапазонов -Докт дисс -Н Новгород НГТУ, 2004 -381с

[16] Ильченко М Е , Трубин А А Электродинамика диэлектрических резонаторов - Киев Наукова думка, 2004 - 266с

[17] Брандт А А Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах - М Физматгиз, 1963 -403с

[18] Баранник А А , Прокопенко Ю В , Филиппов Ю Ф , Черпак Н Т, Короташ И В Добротность сапфирового дискового резонатора с проводящими торцевыми стенками в миллимет-ровомдиапазонедлинволн//Журналтехническойфизики,2003, т 73, вып 5, с с 99-103

[19] Голант М Б , Бобровский Ю JI Генераторы СВЧ малой мощности Вопросы оптимизации параметров Подред ДевятковаНД -М Советское радио, 1977 -336с

[20] Алексейчик Л В , Геворкян В М , Казанцев Ю А , Краюшкин В В , Плохих Н А Термостабильные диэлектрические СВЧ резонаторы // Электронная техника Сер Электроника СВЧ, 1977, вып 7, с с 40-50

[21] Черний Б С , Ильченко М Е , Матусов Ю П Теория термокомпенсироваиных составных диэлектрических СВЧ резонаторов // Радиотехника и электроника, 1979, т 24, №2, с с 242-247

[22] Неганов В А , Раевский С Б , Яровой Г П Линейная макроскопическая электродинамика, т 2 -М Радио и связь, 2001 -575 с

[23] Демидович Б П, Марон И А Основы вычислительной математики - М Наука, 1966-664с

[24] Никольский В В , Никольская Т И Электродинамика и распространение радиоволн -М Наука, 1989 -544с

[25] Потапов Ю CST Microwave Studio 5 0// Chip News, 2004, №4 с с 36-41

Подписано в печать 18 04 07 Формат 60 х 84 '/16 Бумага офсетная Печать офсетная Уч -изд л 1,0 Тираж! 00 экз Заказ 323

Нижегородский государственный технический университет им Р Е Алексеева Типография НГТУ им Р Е Алексеева 603950, Нижний Новгород, ул Минина, 24

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СТРУКТУР С НЕОДНОРОДНЫМ АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫМ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАПОЛНЕНИЕМ

Введение.

1.1 Анализ экранированных плоскопараллельных радиальных слоистых волноводов с одноосной анизотропией и произвольным количеством диэлектрических слоев.

1.2 Постановка задачи о собственных колебаниях и вывод характеристических уравнений цилиндрического резонатора с аксиально-симметричным диэлектрическим заполнением.

1.3 Особенности построения расчетного алгоритма для случаев сложных конфигураций колебательных систем.

1.4 Классификация собственных колебаний.

1.5 Расчет энергетических характеристик.

2.1 Исследование ДР с перестройкой частоты диэлектрическими дисками.67

2.1.1 Постановка задач о собственных колебаниях, составление и решение характеристических уравнений.69

2.1.2 Исследование диапазонных свойств.76

2.2 Экранированные ДР, работающие на азимутальных колебаниях.94

2.2.1 Расчет характеристик азимутальных колебаний дискового лейко-сапфирового резонатора в соосном цилиндрическом экране.99

2.2.2 Эффект преобразования типов колебаний и выбор оптимальных размеров экрана. 118

2.2.3 Оценка влияния элементов крепления диэлектрического резонатора на частоту и добротность азимутальных колебаний.140

Заключение.145

ГЛАВА 3. РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКРАНИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ В ВИДЕ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Введение.148

3.1 Методика электродинамического анализа диэлектрического резонатора в виде тела вращения в соосном цилиндрическом металлическом экране.152

3.2 Исследование низших колебаний диэлектрического шара.158

3.2.1 Собственные колебания открытого изотропного диэлектрического шара.158

3.2.2 Исследование колебаний экранированного ДРШ. 165

3.3 Азимутальные колебания экранированного конического диэлектрического резонатора с проводящим основанием.179

3.3.1 Исследование характеристик азимутальных колебаний. 183

3.3.2 Методика измерения величины поверхностного сопротивления металлов и пленок сверхпроводников с использованием ДРК.190

Заключение.198

ГЛАВА 4. ТЕРМОСТАБИЛЬНЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ

Введение. 200

4.1 Расчет показателей температурной нестабильности КС на ДР с фиксированной частотой.207

4.1.1 Постановка задач о собственных колебаниях.210

4.1.2 Термокомпенсация частоты экранированного дискового ДР на подложке и подставке.211

4.1.3 Исследование температурной стабильности частоты экранированного составного ДР.225

4.2 Расчет показателей температурной нестабильности частоты диапазонной КС на ДР.241

4.2.1 Постановка и решение задачи о собственных колебаниях.241

4.2.2 Термостабилизация диапазонной КС.248

4.2.3 Диапазонная КС с возможностью подстройки величины ТКЧ.255

Заключение.261

ГЛАВА 5. ТЕСТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММ РАСЧЕТА ЭКРАНИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ

Введение.263

5.1 Сравнение результатов расчета характеристик экранированных диэлектрических резонаторов по разработанным алгоритмам с результатами, полученными с использованием других методов.

264

5.2 Экспериментальное исследование экранированных колебательных систем на диэлектрических резонаторах.2£4

5.2.1 Методика измерения резонансных частот и собственной добротности колебаний резонаторов.

5.2.2 Обсуждение результатов эксперимента.293

Заключение.311

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.312

ЛИТЕРАТУРА.316

ПРИЛОЖЕНИЯ

1 Структура и запись элементов характеристических матриц \У , \УЕ, \¥н.333

2 Метод наименьших квадратов (основные соотношения).337

3 Документы, подтверждающие факт внедрения результатов диссертационной работы.338

ВВЕДЕНИЕ

Диссертация посвящена расчету и исследованию характеристик собственных колебаний аксиально-симметричных металлодиэлектрических резонансных структур, широко используемых при построении различных частотозадающих, частотно-избирательных и измерительных устройств современной радиоэлектронной аппаратуры СВЧ и КВЧ диапазонов. Основное внимание уделяется созданию эффективных алгоритмов и программ для компьютерного проектирования указанных структур.

Актуальность темы. Одним из перспективных направлений развития современной техники микроволнового диапазона является разработка малогабаритных, высокодобротных компонент частотной селекции, составляющих элементную базу для конструирования СВЧ и КВЧ устройств различного назначения. В число таких компонент входят диэлектрические резонаторы (ДР) [1-3]. Использование ДР в высокочастотных трактах современной радиоэлектронной аппаратуры позволяет по-новому решать проблему миниатюризации устройств частотной фильтрации и генерирования СВЧ сигналов, а также в ряде случаев создавать устройства с характеристиками, недостижимыми ранее на основе традиционных резонансных структур: объемных резонаторов [4, 5], микрополосковых устройств [6, 7].

Как известно [8 - 12], за три последних десятилетия достигнуты значительные успехи в разработке новых диэлектрических материалов, обладающих низкими диэлектрическими потерями в СВЧ и КВЧ диапазонах, а также высокой термостабильностью электрических параметров. Поэтому диэлектрические резонаторы из современных материалов не уступают в температурной стабильности частоты полым металлическим резонаторам, выгодно отличаясь от них улучшенными массогабаритными показателями. Подобно микрополосковым структурам ДР достаточно просто сопрягаются с пассивными и активными элементами гибридных интегральных схем. Однако по сравнению с микрополосковыми структурами диэлектрические резонаторы имеют (как минимум на порядок) более высокие значения собственных добротностей [2, 3], в ряде случаев значительно превышающие величины добротностей полых металлических резонаторов, рассчитанных на работу в том же диапазоне частот.

В настоящее время благодаря своим высоким электрическим характеристикам и относительно низкой стоимости изготовления ДР находят широкое применение в разнообразных микроволновых устройствах телекоммуникационного и навигационного оборудования. В частности, полосовые фильтры, высокостабильные СВЧ генераторы и антенные устройства на диэлектрических резонаторах входят в состав приемопередающих модулей базовых станций систем сотовой связи GSM и CDMA стандартов [13-15], приемных устройств аппаратуры системы глобального позиционирования (определения координат) GPS [14], СВЧ конвертеров индивидуальных установок для приема программ спутникового телевещания [16, 17], а также различной аппаратуры мобильной радиосвязи (прежде всего спутниковой) [14, 15] и оборудования для организации беспроводных компьютерных сетей с высокой пропускной способностью [15, 18]. Необходимо отметить, что область применения ДР постоянно расширяется. Особое внимание уделяется поиску принципиально новых конструкций колебательных систем на диэлектрических резонаторах, существенно расширяющих функциональные возможности и улучшающих технические характеристики разрабатываемых на их основе устройств и приборов СВЧ и КВЧ диапазонов.

Широкое внедрение ДР в технику СВЧ и КВЧ вызывает потребность создания эффективных и теоретически обоснованных методов расчета, позволяющих в строгой электродинамической постановке задач с высокой точностью определять электрические характеристики рассматриваемых резонаторов (с учетом всех их конструктивных особенностей), исследовать физическую природу происходящих в них электромагнитных колебательных процессов, раскрывая, таким образом, потенциальные возможности резонансных структур подобного типа.

Увеличение объема инженерно-конструкторских работ, выполняемых при создании того или иного функционального устройства на базе диэлектрических резонаторов, в условиях существенного сокращения времени разработки новых образцов выпускаемой радиоэлектронной аппаратуры, требует активного внедрения мощных компьютерных методов проектирования, дающих возможность производить строгий анализ работы и оптимизацию параметров разрабатываемого узла при максимально возможном сокращении наиболее сложного и дорогостоящего этапа экспериментальной доводки этого узла до заданных технических характеристик в условиях его серийного или массового производства.

Необходимость создания систем компьютерного проектирования резонансных структур на основе ДР определяется требованиями серийного производства, в частности, высокостабильных СВЧ генераторов с практически идентичными характеристиками. Очевидно, что длительная подстройка под заданные характеристики каждого экземпляра генератора (к примеру, посредством подгонки размеров диэлектрического резонатора) может оказаться экономически невыгодной, несмотря на достигаемые технические характеристики. Следовательно, необходимы чрезвычайно точные методы расчета параметров ДР, как впрочем, и других элементов СВЧ узла, в состав которого он входит, обеспечивающих заданные характеристики.

Несмотря на то, что к настоящему времени проведено уже достаточно много исследований на предмет поиска эффективных методов моделирования, расчета и оптимизации КС на основе диэлектрических резонаторов, эта задача остается по-прежнему актуальной ввиду многообразия их конструкций и сложности теоретического анализа.

Цель диссертации - разработка математических моделей экранированных цилиндрических резонансных структур СВЧ и КВЧ диапазонов на базе осесимметричных диэлектрических резонаторов различной формы, создание эффективных алгоритмов и программ для расчета таких структур, исследование их характеристик и оптимизация параметров с целью улучшения технических показателей создаваемых на их основе функциональных узлов и приборов.

Методы исследования. Основные результаты, представленные в диссертации, получены на основе строгого электродинамического метода -метода частичных областей [19-23] с дискретным набором собственных функций. В работе также использовались элементы теории специальных функций, линейных дифференциальных операторов и численные методы решения трансцендентных уравнений. Все теоретические результаты получены с применением вычислительных алгоритмов, реализованных на ЭВМ на языке технического программирования MATLAB 6.5 (Release 13) и в среде программирования Visual С++ 6.0.

Научная новизна. В результате выполнения диссертационной работы:

- на основе метода частичных областей разработан высокоэффективный алгоритм расчета цилиндрических экранированных СВЧ и КВЧ резонансных структур с неоднородным аксиально-симметричным диэлектрическим заполнением, позволяющий производить строгий электродинамический анализ практически неограниченного числа конструкций резонаторов, включающих в себя сколь угодно большое число дисковых или кольцевых диэлектрических элементов с общей осью симметрии;

- подробно исследованы диапазонные свойства оригинальных конструкций СВЧ колебательных систем на основе цилиндрических диэлектрических резонаторов, перестраиваемых диэлектрическими дисками;

- всестороннее изучен спектр азимутальных колебаний экранированного дискового лейкосапфирового резонатора при криогенной температуре, впервые детально исследована трансформация структуры полей и свойств колебаний при изменении соотношений геометрических размеров экрана и лейкосапфирового диска;

- разработан алгоритм строгого электродинамического расчета полного спектра собственных колебаний диэлектрических резонаторов в виде произвольных тел вращения в общем случае из одноосно-анизотропного диэлектрика в соосном цилиндрическом металлическом экране;

- впервые теоретически исследованы низшие колебания изотропного диэлектрического шара в цилиндрическом экране и азимутальные колебания экранированного конического лейкосапфирового резонатора с проводящим основанием;

- предложена обладающая высокой точностью методика косвенного измерения величины микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП);

- разработана методика теоретического анализа температурной стабильности частоты СВЧ колебательных систем на диэлектрических резонаторах.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается:

- использованием при составлении дисперсионных уравнений направляющих структур и характеристических уравнений резонаторов теоретически обоснованного метода частичных областей;

- использованием строгих электродинамических моделей, адекватно отражающих особенности рассматриваемых резонансных структур;

- контролем внутренней сходимости результатов расчета интегральных характеристик резонансных структур и численной проверкой выполнения условия "сшиваемости" тангенциальных компонент электрического и магнитного полей на границах частичных областей;

- соответствием полученных теоретических результатов известным тестовым, ранее опубликованным в научно-технической литературе;

- сравнением теоретических результатов с экспериментальными и с результатами расчетов, полученными с использованием лицензионной версии современной САПР СВЧ устройств CST Microwave Studio 5.0.

Практическая ценность заключается в:

- разработке адекватных математических моделей целого ряда конструкций экранированных аксиально-симметричных колебательных систем на основе ДР, как известных (широко используемых), так и принципиально новых, весомо пополняющих современную функциональную базу для конструирования СВЧ и КВЧ устройств различного назначения;

- создании методики электродинамического анализа диэлектрических резонаторов в виде тел вращения с произвольной формой образующей в соосном цилиндрическом экране, открывающих перспективы создания новых устройств СВЧ и КВЧ диапазонов с улучшенными характеристиками (в частности, полосовых фильтров с разреженным спектром паразитных полос пропускания);

- создании эффективных алгоритмов и программ, пригодных для инженерно-конструкторского проектирования экранированных СВЧ и КВЧ колебательных систем с осесимметричными диэлектрическими резонаторами и устройств на их основе;

- предложении и теоретическом обосновании оригинальной методики "не-разрушающих" измерений микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок ВТСП;

- определении путей улучшения показателей термостабильности СВЧ колебательных систем на диэлектрических резонаторах;

- разработке конструкции диапазонной КС с плавной подстройкой величины температурного коэффициента частоты, позволяющей реализовывать СВЧ генераторные и фильтрующие устройства с минимальным температурным дрейфом рабочей частоты (полосы частот), несмотря на существующий технологический разброс температурных характеристик материалов, применяемых для их изготовления;

- оптимизации параметров широкого класса рассмотренных конструкций СВЧ и КВЧ колебательных систем на диэлектрических резонаторах.

В диссертации представлено большое количество численных данных, полученных с использованием разработанных алгоритмов и программ, позволяющих с достаточной для практических целей точностью производить инженерный расчет целого ряда экранированных колебательных систем с диэлектрическими резонаторами по заданным характеристикам, минуя трудоемкий процесс составления и решения характеристических уравнений этих резонансных структур. Методика подобных расчетов проиллюстрирована соответствующими примерами.

Реализация и внедрение результатов. Алгоритмы расчета и программные комплексы, разработанные в процессе выполнения диссертационной работы, нашли применение при создании стандартных библиотек системы автоматизированного проектирования СВЧ и КВЧ узлов (в особенности высокостабильных спектрально-чистых источников СВЧ сигнала с низким уровнем фазовых шумов вблизи рабочей частоты и малогабаритных узкополосных фильтров с высоким затуханием в полосе непрозрачности) в научно-исследовательском институте измерительных систем им. Ю.Е. Седакова (ФГУП ФНПЦ НИИИС, Н. Новгород).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- Всероссийских научно-технических конференциях факультета информационных систем и технологий ФИСТ (Н. Новгород, 2003, 2004, 2005);

- Седьмой научной конференции по радиофизике, посвященной 90-летию со дня рождения B.C. Троицкого (Н. Новгород, 2003);

- II, III, IV и V Международных научно-технических конференциях "Физика и технические приложения волновых процессов" (Самара, 2003; Волгоград 2004; Н. Новгород, 2005; Самара, 2006);

- IX Научно-технической сессии молодых ученых: технические науки (Дзержинск, 2004);

- Восьмой научной конференции по радиофизике, посвященной 80-летию со дня рождения Б.Н. Гершмана (Н. Новгород, 2004);

- Девятой научной конференции по радиофизике "Факультет - ровесник победы" (Н. Новгород, 2005);

- IV Международной молодежной научно-технической конференции "Будущее технической науки" (Н. Новгород, 2005).

По результатам работы имеются 26 публикаций, в том числе 4 статьи в научно-технических журналах, включенных в перечень ВАК РФ.

Краткое содержание работы. Диссертация состоит из пяти глав, введения и заключения.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, кратко изложено содержание диссертации, определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, обоснована их достоверность, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации предлагается обобщенная модель экранированной цилиндрической резонансной структуры с неоднородным слоистым аксиально-симметричным одноосно-анизотропным диэлектрическим заполнением. Представлен алгоритм расчета полного спектра собственных колебаний, их добротности и структуры полей. Введен принцип классификации колебаний.

Процедура составления характеристического уравнения рассматриваемой колебательной системы базируется на методе частичных областей (МЧО) с разбиением резонансного объема на отрезки радиальных слоистых волноводов (Вопросу расчета дисперсионных характеристик волноведущих структур данного типа в главе уделено особое внимание). Использование условий непрерывности тангенциальных компонент электрического и магнитного полей на границах частичных областей (40) позволяет получить систему функциональных уравнений относительно неизвестных коэффициентов в разложениях полей в каждой 40. В результате проецирования данной системы на базис собственных функций краевых задач для выделенных частичных областей в виде радиальных слоистых волноводов получается бесконечная система линейных однородных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно этих коэффициентов. Искомое характеристическое уравнения для нахождения собственных частот рассматриваемой резонансной структуры получается из условия равенства нулю главного определителя редуцированной СЛАУ.

Поиск корней характеристического уравнения производился с использованием численного метода решения трансцендентных уравнений - метода половинного деления [24]. При расчете спектра резонансных частот потери в диэлектрическом заполнении и металлических стенках экрана полагались пренебрежимо малыми, т. е. экранирующие поверхности рассматривались как идеально проводящие, а диэлектрические проницаемости сред, заполняющих резонатор, считались чисто действительными величинами. Расчет собственной добротности колебаний производился методом возмущений [23] с учетом диэлектрических потерь в заполнении резонатора и омических потерь в стенках экрана.

Первая глава является постановочной. Разработанные в ней математические модели и методы расчета спектра резонансных частот и собственной добротности используются для анализа и оптимизации конкретных резонансных структур, рассматриваемых в последующих четырех главах.

Вторая глава посвящена численному исследованию спектров собственных колебаний некоторых перспективных конструкций колебательных систем СВЧ и КВЧ диапазонов на основе цилиндрических диэлектрических резонаторов. В частности, рассмотрены экранированные дисковый и кольцевой диэлектрические резонаторы (ДДР и КДР), перестраиваемые диэлектрическими дисками, работающие на низшем симметричном магнитном колебании (Hoi), а также дисковый лейкосапфировый резонатор в цилиндрическом экране при криогенной температуре, возбуждаемый на азимутальных колебаниях (АК).

Для диапазонных КС с ДДР и КДР были рассчитаны зависимости ширины полосы перестройки и частотного интервала, свободного от паразитных типов колебаний (интервала одномодовости), от величины диэлектрической проницаемости подстроечного диска, соотношения радиуса и высоты диэлектрического резонатора, а также соотношения высот ДР и диэлектрического диска. Для колебательной системы с кольцевым диэлектрическим резонатором также исследовалась зависимость диапазона перестройки от соотношения внешнего и внутреннего диаметров КДР. Представлены результаты, свидетельствующие о том, что перестройка ДДР диэлектрическим диском возможна в полосе isflfH< 24% (fH - нижнее значение частоты), а максимальный диапазон перестройки в системе с КДР составляет почти половину октавы (в обоих случаях рассматривались ДР и ПД из наиболее распространенного отечественного материала AJITK с е= 40, tg 8 »МО"4). Показано, что в процессе перестройки частоты рабочего колебания рассматриваемых резонаторов его собственная добротность меняется незначительно.

Для резонансной структуры с дисковым лейкосапфировым резонатором в цилиндрическом металлическом экране, рассчитаны зависимости характеристик азимутальных колебаний (резонансных частот и парциальных добротностей, обусловленных потерями в лейкосапфире и металлических стенках) от соотношения размеров ДР и экрана. Отмечено, что влияние экрана на частоты и добротность АК при разных соотношениях радиусов и высот экрана и лейкосапфирового диска выражено в разной степени. В одних слуп чаях добротность азимутальных колебаний велика Q0»(1.5.2.5)-10 и определяется в основном тепловыми потерями в лейкосапфире, а в других случаях эта добротность на 2-3 порядка ниже и сравнима с добротностью полого металлического резонатора. Показано, что частоты высокодобротных АК наиболее чувствительны к изменению параметров лейкосапфирового резонатора, а частоты низкодобротных колебаний-к изменению размеров экрана.

В ходе детального анализа структуры полей азимутальных колебаний при разных соотношениях вышеуказанных размеров установлено, что все колебания в такой структуре могут быть условно разделены на колебания диэлектрического и экранного типов. Первые характеризуются высокой концентрацией электромагнитного поля непосредственно в объеме диэлектрического резонатора, вторые отличаются относительно слабой концентрацией поля в ДР. Показано, что, изменяя один из параметров колебательной КС, можно наблюдать преобразование диэлектрических типов колебаний в экранные и наоборот, причем эффект преобразования происходит в довольно узком интервале изменения варьируемого параметра - в окрестности точки обмена. Приведенные численные данные свидетельствуют о том, что вблизи точек обмена происходит преобразование типов сразу двух колебаний (одно - из экранного в диэлектрическое, а другое - из диэлектрического в экранное). В этом процессе упомянутые колебания "обмениваются" асимптотами, к которым стремятся их частоты, а также структурами полей и, как следствие, всеми остальными свойствами колебаний, в частности, величинами парциальных добротностей. Заметим, что данный эффект преобразования типов колебаний в экранированном лейкосапфировом резонаторе ранее в литературе не рассматривался.

Учет рассмотренных в данной главе особенностей АК лейкосапфирового резонатора в условиях его экранировки оказывается чрезвычайно важным при проектировании различных устройств, включающих в себя подобные резонансные структуры. В связи с этим большое внимание было уделено оптимизации параметров данной КС с целью уменьшения тепловых потерь в экране при наименьших ее габаритах. Даны практические рекомендации по оптимальному выбору соотношений геометрических размеров структуры и типу рабочего колебания. Кроме того, проведены исследования влияния элемента крепления ДР в экране на спектр резонансных частот и добротность азимутальных колебаний.

В третьей главе диссертации представлена методика строгого электродинамического расчета характеристик диэлектрических резонаторов в виде тел вращения произвольной формы из одноосно анизотропного диэлектрика, помещенных в соосный цилиндрический металлический экран. Основная идея предложенного метода расчета состоит в аппроксимации ДР набором достаточно большого числа соосных диэлектрических фрагментов. Указанный подход позволяет свести исходную задачу расчета характеристик ДР в виде тела вращения к задаче анализа слоистой цилиндрической структуры, методика расчета которой предложена в первой главе.

С использованием разработанного на основе данного подхода алгоритма впервые были проведены теоретические исследования низших симметричных и гибридных колебаний диэлектрического резонатора в виде шара (ДРШ) в цилиндрическом экране, а также спектра азимутальных колебаний экранированного конического лейкосапфирового резонатора (ДРК) с проводящим основанием. Для данных резонансных структур рассчитаны зависимости резонансных частот и собственной добротности от геометрических размеров ДР и экрана, исследованы особенности структуры полей собственных колебаний.

Теоретически показана возможность использования лейкосапфирового КДР в качестве датчика для измерения величины микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок высокотемпературных сверхпроводников. Получены выражения, позволяющие определять значения указанной характеристики непосредственно по измеренному значению добротности ДРК, установленного основанием на исследуемую поверхность.

Проанализированы факторы, влияющие на погрешность измерения величины поверхностного сопротивления.

Четвертая глава диссертации посвящена разработке термостабильных СВЧ колебательных систем на базе дисковых ДР. Исследована температурная стабильность частоты рабочего колебания (H0i) следующих конструкций резонансных структур: дискового диэлектрического резонатора и составного дискового ДР (СДР), размещенных на подложке и подставке в соосном металлическом экране, а также экранированного дискового диэлектрического резонатора, перестраиваемого по частоте путем изменения расстояния между ним и торцевой стенкой металлического экрана.

Расчет основного показателя температурной стабильности упомянутых резонансных структур - температурного коэффициента частоты осуществлялся по следующему принципу. Значения всех параметров анализируемой КС (геометрических размеров, диэлектрических проницаемостей) подставлялись как функции температуры в программу для расчета частоты интересующего нас колебания. В результате строилась зависимость частоты непосредственно от температуры. Величина ТКЧ определялась путем численного дифференцирования полученной зависимости.

Для всех трех конструкций колебательных систем получены соотношения (условия термокомпенсации), позволяющие производить оптимизацию параметров этих систем с целью минимизации температурного ухода частоты рабочего колебания в заданном интервале рабочих температур.

Показана принципиальная возможность создания диапазонной КС на ДР с плавной подстройкой величины температурного коэффициента частоты, осуществляемой посредством изменения взаимного расположения элементов резонансной структуры (без необходимости их механической обработки).

В пятой главе диссертации с использованием большого объема теоретических и экспериментальных данных, взятых из соответствующей научно-технической литературы, результатов собственных экспериментальных исследований, а также численных данных, полученных с применением лицензионной версии пакета CST Microwave Studio v. 5.0 [25-27], производится тщательная проверка всех алгоритмов и программ, разработанных при выполнении диссертационной работы.

В заключении перечислены основные результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенная модель и высокоэффективный алгоритм расчета спектра собственных колебаний цилиндрической экранированной резонансной структуры с неоднородным аксиально-симметричным диэлектрическим заполнением.

2. Результаты исследования диапазонных свойств экранированных КС на основе дисковых и кольцевых диэлектрических резонаторов, перестраиваемых диэлектрическими дисками, применяемых при построении малогабаритных узкополосных фильтров и высокостабильных твердотельных генераторов.

3. Результаты исследования и оптимизации параметров экранированного дискового ДР с осевой анизотропией, возбуждаемого на азимутальных колебаниях.

4. Электродинамические модели и алгоритм расчета диэлектрических резонаторов в виде тел вращения произвольной формы в соосном цилиндрическом экране.

5. Результаты исследований изотропного диэлектрического шара в цилиндрическом экране и экранированного конического лейкосапфирового резонатора с проводящим основанием, позволяющие судить об особенностях собственных колебаний рассмотренных резонансных структур и перспективах использования этих структур в технике микроволнового диапазона.

6. Высокоточный резонансный метод измерения величины микроволнового поверхностного сопротивления металлов и пленок высокотемпературных сверхпроводников.

7. Методика расчета температурного коэффициента частоты СВЧ резонаторов и результаты разработки термостабильных колебательных систем на диэлектрических резонаторах.

8. Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие высокую точность расчета резонансных частот и собственной добротности колебательных систем на ДР по разработанным алгоритмам и программам.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения диссертационной работы решена актуальная задача создания методики компьютерного проектирования новых СВЧ и КВЧ устройств на основе резонансных структур, содержащих высокодобротные диэлектрические резонаторы. Главной особенностью настоящей работы является ее прикладная направленность, в связи с чем все полученные в ходе ее выполнения теоретические результаты могут быть использованы для решения конкретных практических задач. Основные результаты, полученные в процессе выполнения диссертационной работы, заключаются в следующем:

1. Созданы адекватные реальным устройствам математические модели целого ряда как известных практически важных, так и принципиально новых перспективных конструкций колебательных систем СВЧ и КВЧ диапазонов.

2. На базе метода частичных областей разработан высокоэффективный, обладающий быстрой сходимостью алгоритм расчета частот, добротности и структуры электромагнитных полей собственных колебаний экранированного цилиндрического резонатора с неоднородным осесимметричным диэлектрическим заполнением и аксиальным металлическим стержнем.

3. Разработана методика строгого электродинамического анализа диэлектрических резонаторов в виде тел вращения с произвольной формой образующей из одноосно анизотропного диэлектрика в цилиндрическом металлическом экране. Показана возможность эффективного моделирования ДР подобного типа наборами достаточно большого числа соосных кольцевых диэлектрических фрагментов.

4. Исследованы диапазонные свойства экранированных СВЧ колебательных систем на основе дисковых и кольцевых диэлектрических резонаторов, перестраиваемых диэлектрическими дисками. Установлено, что максимально возможный диапазон перестройки частоты рабочего колебания (Hoi) при использовании дисковых диэлектрических резонаторов из керамики AJ1TK

•«40,& 1-10 4) не превышает 24% от значения нижней частоты диапазона, в то время как в кольцевых ДР, перестраиваемых диэлектрическими дисками, возможно достижение относительной полосы перестройки до 50%. Рассмотрены ближайшие по частоте (к рабочему) паразитные типы колебаний. Показано, что при использовании в качестве подстроечных элементов диэлектрических дисков из материалов с малыми потерями ^8 < 1-10"4) изменение величины собственной добротности рабочего колебания во всем диапазоне перестройки не превышает нескольких процентов.

5. Подробно исследованы азимутальные колебания охлажденного до температуры жидкого азота (Г = 77К) дискового диэлектрического резонатора из монокристаллического лейкосапфира в соосном цилиндрическом экране. В ходе анализа структуры полей АК экранированного дискового лейкосап-фирового резонатора при различных соотношениях размеров экрана и ДР было установлено, что все колебания в рассматриваемой системе могут быть условно разделены на колебания диэлектрического типа, характеризующиеся высокой (более 90%) концентрацией поля непосредственно в объеме ДР, и колебания экранного типа, отличающиеся слабой (менее 50%) концентрацией поля в объеме диэлектрика. Показано, что добротность диэлектрических типов колебаний определяется, в основном, диэлектрическими потерями, а экранных колебаний - омическими потерями в стенках экрана. Обнаружено, что при изменении соотношения размеров диэлектрического резонатора и экрана высокодобротные диэлектрические колебания преобразуются в низкодобротные экранные и наоборот. Определены оптимальные соотношения размеров ДР и экрана, при которых собственные добротности азимутальных колебаний максимальны и близки к своему теоретическому пределу, определяемому тепловой добротностью лейкосапфира (2ТПК =2.5-107 при данной температуре.

6. Исследованы низшие колебания ДР в форме шара в цилиндрическом экране. Показано, что при изменении соотношений радиусов ДРШ и экрана также наблюдается эффект преобразования диэлектрических типов колебаний в экранные.

7. Теоретически исследован новый тип ДР - экранированный конический диэлектрический резонатор с проводящим основанием. Рассчитаны зависимости частот и собственной добротности азимутальных колебаний от угла между образующими при вершине конуса и от соотношения размеров ДРК и экрана. Установлено, что поля АК концентрируются в относительно малом кольцевом объеме в периферийной области основания конуса.

8. Предложен новый высокоточный вариант резонансного метода измерения поверхностного сопротивления металлов и пленок высокотемпературных сверхпроводников в СВЧ и КВЧ диапазонах, основанный на использовании особенностей структуры полей АК конического лейкосапфирового резонатора, устанавливаемого основанием на исследуемую импедансную поверхность.

9. Предложена методика, позволяющая производить строгий теоретический расчет температурного коэффициента частоты СВЧ колебательных систем на диэлектрических резонаторах и оптимизацию параметров этих КС с целью улучшения данного показателя их термостабильности.

10. Для экранированных дискового и составного дискового диэлектрических резонаторов на подложке и диэлектрической подставке с фиксированной рабочей частотой получены соотношения (условия термокомпенсации), позволяющие путем соответствующего подбора материалов и размеров ДР реализовывать колебательные системы с собственным ТКЧ < 1-Ю"7 /°С в диапазоне температур -50°С < Т < 90°С.

11. Теоретически показана возможность реализации термостабильных диапазонных колебательных систем на ДР с полосой перестройки А///„ > 4.5% и ТКЧ * 10"7. 10Л°С при температурах -50°С < Т < 90°С.

12. Предложена оригинальная конструкция резонатора, позволяющая независимо производить перестройку по частоте и подстройку по величине ТКЧ. Подстройка ТКЧ осуществляется плавно посредством изменения взаимного расположения составных элементов резонатора (без необходимости их механической обработки). Использование такой конструкции резонатора дает возможность изготавливать в условиях серийного производства СВЧ генераторы и фильтры с минимальным температурным дрейфом рабочей частоты (полосы частот), несмотря на имеющийся технологический разброс характеристик материалов, применяемых для их изготовления.

13. Разработанные в диссертационной работе алгоритмы расчета были реализованы в виде программного комплекса, обеспечивающего возможность компьютерного проектирования (включая оптимизацию) широкого круга колебательных систем на основе диэлектрических резонаторов. Точность расчета характеристик КС подтверждена путем тестирования разработанных алгоритмов и программ с привлечением большого объема внешних теоретических и экспериментальных данных.

14. Для всех рассмотренных в диссертации конструкций резонансных структур в таблицах и на соответствующих графиках представлены обширные численные данные для инженерного проектирования этих структур. Приведены примеры расчетов параметров резонаторов различных конфигураций по заданным их характеристикам.

1. Ильченко М.Е., Кудинов Е.В. Ферритовые и диэлектрические резонаторы СВЧ. - Киев: изд-во КГУ, 1973. - 175с.

2. Диэлектрические резонаторы / Ильченко М.Е., Взятышев В.Ф., Гасса-нов Л.Г. и др.; Ред. Ильченко М.Е. М.: Радио и связь, 1989. - 328с.

3. Kajfez D., Guillon P. Dielectric resonators. Atlanta: Noble Publishing Corporation, 1998. - 571p.

4. Матей Д.Л., Янг Л., Джонс Е.М.Т. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи. В 2 т. М.: Связь, 1971. - 222с. (т. 1); 1972. - 249с. (т. 2).

5. Воинов Б.С. Широкодиапазонные колебательные системы. М.: Советское радио, 1973. - 304с.

6. Конструирование и расчет полосковых устройств / Ред. Ковалев И.С. -M.: Советское радио, 1974. 296с.

7. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др.; ред. Вольман В.И. М.: Радио и связь, 1982.-328с.

8. Ротенберг Б.А. Керамические конденсаторные диэлектрики. СПб.: Типография ОАО НИИ Тироконд", 2000. - 246с.

9. Ненашева Е.А., Трубицына О.Н., Картенко Н.Ф., Усов О.А. Керамические материалы для СВЧ-электроники // Физика твердого тела, 1999, т. 41, вып. 5, с.с. 882-884.

10. Справочник по электротехническим материалам. В 3 т. Том 2 / Ред. Ко-рицкий Ю.В. и др. 3-е изд. перераб. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 464с.

11. Официальный сайт фирмы "National Magnetics Group" (США), раздел -TCI ceramics / dielectric: www.magneticsgroup.com/m dielec.htm

12. Официальный сайт ООО "Керамика" (Россия), раздел продукция / высокочастотные керамические материалы: www.ceramics.sp.ru/production/ ceram mater.pdf

13. Liang X.F., Blair W.D. High Q TE0i mode DR cavity filters for wireless base stations // MTT-S International microwave symposium digest, 1998, vol. 98, issue 2, p.p. 825-828.

14. Hunter I.C., Billonet L., Jarry В., Guillon P. Microwave filters application and technology // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, vol. MTT-50, №3, p.p. 794-805.

15. Fiedziuszko S.J., Hunter I.C., Itoh Т., Kobayashi Y., Nishikawa Т., StitzerS.N., Wakino K. Dielectric materials, devices and circuits // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, vol. MTT-50, №3, p.p. 706-720.

16. Лукашев И., Каржавин P. Принципы построения спутниковых конвертеров //Теле-Спутник, 1997, №3, с.с. 50-55.

17. Нарытник Т., Галич В. Многоканальная микроволновая система распределения информации //Теле-Спутник, 1997, №3, с.с. 66-67.

18. Раевский С.Б., Рудоясова Л.Г. Расчет волноводного резонатора, перестраиваемого металлическим стержнем на основе метода частичных областей // Изв. вузов. Сер. Радиофизика, 1976, т. 19, №9, с.с. 1391-1395.

19. Неганов В.А., Раевский С.Б., Яровой Г.П. Линейная макроскопическая электродинамика, т. 2. М.: Радио и связь, 2001. - 575 с.

20. Неганов В.А., Нефедов Е.И., Яровой Г.П. Электродинамические методы проектирования устройств СВЧ и антенн. Учебное пособие для вузов / Ред. Неганов В.А. М.: Радио и связь, 2002. - 416с.

21. Белов Ю.Г. Разработка и применение метода частичных областей для расчета функциональных узлов СВЧ и КВЧ диапазонов. Докторская диссертация. - Н.Новгород: НГТУ, 2004. - 381с.

22. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. - 544с.

23. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1966.-664с.

24. Потапов Ю. CST Microwave Studio 5.0 // Chip News, 2004, №4 c.c. 36-41.

25. Официальный сайт САПР СВЧ устройств CST Microwave Studio (Германия): http://www.cst.de/

26. Официальный сайт компании "ЭлекТрейд-М" (Россия), раздел САПР: http ://www. eltm .ru/index. sema?a=pages& id=4

27. Прудкий В.П., Ханюков А.П., Добровольская Л.Ф. Резонатор на основе равномерно изогнутого волновода со слоистым заполнением // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника, 1978, т. 21, №8, с.с. 40-45.

28. Зайцев С.В. Расчёт спектра частот собственных колебаний экранированного диэлектрического резонатора // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника, 1988, т. 31, №1, с.с. 75-77.

29. Добромыслов B.C., Калиничев В.И., Крюков А.В. Расчёт спектра собственных колебаний экранированных диэлектрических резонаторов. // Изв. вузов. Сер. Радиофизика, 1990, т. 33, №9, с.с. 1068-1076.

30. Wang С, Zaki К.A. Generalized multilayer anisotropic dielectric resonators // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2000, vol. MTT-48, №1, p.p. 60-66.

31. Monsoriu J.A., Andres M.V., Silvestre E., Ferrando A., Gimeno B. Analysis of dielectric-loaded cavities using an orthonormal-basis method // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, vol. MTT-50, №11, p.p. 2545-2552.

32. Когтев A.C. Исследование и расчёт резонансных структур на отрезках неоднородно заполненных и нерегулярных волноводов. Кандидатская диссертация. -Н.Новгород: НГТУ, 1993. 336с.

33. Когтева JI.B. Исследование и расчёт функциональных СВЧ узлов на неоднородных волноведущих структурах. Кандидатская диссертация. -Н. Новгород: НГТУ, 1997. 215с.

34. Егоров Ю.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы. М.: Советское радио, 1967. - 216с.

35. Веселов Г.И., Раевский С.Б. Слоистые металлодиэлектрические волноводы. М.: Радио и связь, 1988. - 248с.

36. Бронштейн И.Н. Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. - 544с.

37. Справочник по специальным функциям / Ред. Абрамович М., Сти-ган И. М.: Наука, 1979. - 832с.

38. Zaki К.А., Chen С. New results in dielectric loaded resonators // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1986, vol. MTT-37, №7, p.p. 815-824.

39. Федоров H.H. Основы электродинамики. M.: Высш. школа, 1965.-327с.

40. Luiten A.N., Tobar М.Е., Krupka J., Woode R., Ivanov E.N. and Mann A.G. Microwave properties of a rutile resonator between 2 and 10 К // Journal of physics D: Applied physics, 1998, vol. 31, №11, p.p. 1383-1391.

41. Krupka J., Mazierska J. Single-crystal dielectric resonators for low-temperature electronics applications // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2000, vol. MTT-48, №7, part II, p.p. 1270-1274.

42. Белов Ю.Г., Когтев А.С., Шишков Г.И. Расчет энергетических характеристик металлодиэлектрических волноводов и резонаторов // Техника средств связи: сер. Радиоизмерительная техника, 1989, вып. 5, с.с. 28-33.

43. Бажилов В.А. Расчет резонансных частот цилиндрической колебательной системы с диэлектрическими резонаторами//Антенны, 2004, №1, с.с. 54-59.

44. Бажилов В.А. Аксиально-симметричные колебания цилиндрических неоднородно заполненных резонаторов // Информационно-измерительные и управляющие системы, 2004, №6, т. 2, с.с. 20-26.

45. Титаренко A.A., Бажилов В.А. Методика электродинамического анализа экранированных волноведущих структур с плоскопараллельным слоистым диэлектрическим заполнением // Информационно-измерительные и управляющие системы, 2005, №1, т. 3, с.с. 63-69.

46. Бажилов В.А. Алгоритм расчёта полного спектра собственных колебаний цилиндрических неоднородно заполненных резонаторов // Антенны, 2005, №5, с.с. 52-57.

47. Ильченко М.Е., Трубин A.A. Электродинамика диэлектрических резонаторов. Киев: Наукова думка, 2004. - 266с.

48. Безбородое Ю.М., Нарытник Т.Н., Федоров В.Б. Фильтры СВЧ на диэлектрических резонаторах. Киев: Тэхника, 1989. - 184с.

49. Нарытник Т.Н., Приймак В.И., Федоров В.Б. Колебательные системы СВЧ с миниатюрными диэлектрическими резонаторами в усилительно-преобразовательных устройствах // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1985, вып. 7, с.с. 15-21.

50. Безбородое Ю.М., Протопопов А.П., Шевченко В.В. Частотные детекторы на диэлектрических резонаторах // Радиотехника, 1985, №5, с.с. 53-56.

51. Безбородое Ю.М., Лелюх Н.И., Севергин Б.Н. Многофункциональные генераторные СВЧ-устройства с использованием диэлектрических резонаторов // Обзоры по электронной технике: Сер. 1. Электроника СВЧ, 1989, вып. 21. -48с.

52. Петров Г.В., Еленский В.Г., Храмов А.В. Транзисторные автогенераторы, стабилизированные диэлектрическими резонаторами // Зарубежная радиоэлектроника, 1985, №4, с.с. 76-87.

53. Luiten A., Mann A.G., Blair D.G. Ultrahigh Q-factor cryogenic sapphire resonator // Electronics letters, 1993, vol. 29, №10, p.p. 879-881.

54. Буньков C.H., Вторушин Б.А., Егоров B.H., Константинов В.И., Маса-лов В.Л., Смирнов П.В. Охлаждаемые диэлектрические резонаторы для стабилизации частоты // Радиотехника и электроника, 1987, т. 32, №5, с.с. 1071-1080.

55. Взятышев В.Ф., Калиничев Р.И. Куимов В.И. Физические явления в цилиндрическом металлодиэлектрическом резонаторе и проблемы проектирования экранированных диэлектрических резонаторов // Радиотехника и электроника, 1985, т 30, №4, с.с. 705-712.

56. Черний Б.С., Ильченко М.Е., Сорочинский А.Н. Влияние металлической поверхности на свойства открытого диэлектрического резонатора СВЧ // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника, 1978, т. 21, №8 с.с. 52-59.

57. Черний Б.С. Расчет электродинамических характеристик диэлектрических резонаторов с перестройкой частоты диэлектрическими дисками // Изв. вузов. Сер, Радиоэлектроника, 1980, т. 23, №2, с.с. 60-66.

58. Афанасов С.Г., Бубнов П.М. Управление частотой колебаний диэлектрических резонаторов механическими способами // Техника средств связи: Сер. Радиоизмерительная техника, 1988, вып. 5, с.с. 36-41.

59. Gerdine М.А. A frequency-stabilized microwave band-rejection filter using high dielectric constant resonators // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1969, vol. MTT-17, №7, p.p. 354-359.

60. Chen S.W., Zaki K.A., West R.G. Tunable, temperature-compensated dielectric resonators and filters // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1990, vol. MTT-38, №8, p.p. 1046-1052.

61. Zaki K.A., Chen C. Coupling of non-axially symmetric hybrid modes in dielectric resonators // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1987, vol. MTT-35, №12, p.p. 1136-1142.

62. Стрэттон Дж. А. Теория электромагнетизма. M.-JL: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1948. - 541с.

63. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1976,- 479с.

64. Krupka J., Derzakowski К., Tobar M.E., Hartnett J., Geyer R.G. Complex permittivity of some ultralow loss dielectric crystals at cryogenic temperatures // Measurement science and technology, 1999, vol. 10, №5, p.p. 387-392.

65. Егоров В.Н., Мальцева И.Н. Азимутальные колебания в анизотропном диэлектрическом резонаторе // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1984, вып. 2, с.с. 36-39.

66. Tobar М.Е., Mann A.G. Resonant frequencies of higher order modes in cylindrical anisotropic dielectric resonators // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1991, vol. MTT-39, №12, p.p. 2077-2082.

67. Liang J.F., Wang C., Sun Q.F., Zaki K.A., Weinert R.W. Supporting structures effects on high Q dielectric resonators for oscillator applications // 48th frequency control symposium, 1994. Proceedings of the 1994 IEEE International, p.p. 478-481.

68. Глушаков C.B., Жакин И.А., Хачиров T.C. Математическое моделирование: Учебный курс. Харьков: Фолио; М.: ООО "Издательство ACT", 2001.-524с.

69. Титаренко А. А. Исследование неоднородных и продольно-нерегулярных металлодиэлектрических электродинамических структур и расчет функциональных улов на их основе. Кандидатская диссертация. Н. Новгород: НГТУ, 2002.-254с.

70. Виноградов А.В., Ораевский А.Н. Волны шепчущей галереи // Соросов-ский образовательный журнал, 2001, т. 7, №2, с.с. 96-102.

71. Взятышев В.Ф., Добромыслов B.C., Калиничев В.И., Куимов В.И. Экранированные диэлектрические резонаторы с азимутальными колебаниями// Изв. вузов. Сер. Радиофизика, 1987, т. 30, №1 с.с. 79-88.

72. Гуреев А.В. Добротность экранированных неоднородно заполненных резонаторов // Изв. вузов. Сер. Радиофизика, 1990, т. 33, №5 с.с. 594-597.

73. Никольский В.В. Теория электромагнитного поля. М.: Высшая школа, 1961.-372с.

74. Григорьев А.Д., Янкевич В.Б. Резонаторы и резонаторные замедляющие системы СВЧ. М.: Радио и связь, 1984. - 248с.

75. Бажилов В.А. Особенности экранированных резонаторов с азимутальными колебаниями // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии. ИСТ-2005", Н. Новгород: изд-во НГТУ, 2005, с. 32.

76. Бажилов В.А. Азимутальные колебания в экранированном лейкосапфи-ровом резонаторе // Труды 9-й научной конференции по радиофизике "Факультет ровесник Победы". 7 мая 2005 г. / Ред. Якимов A.B., -Н. Новгород: ТАЛАМ, 2005, с.с. 87-89.

77. Gastine M., Courtois L., Dormann J.L. Electromagnetic resonances of free dielectric spheres // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1967, vol. MTT-15, №12, p.p. 694-700.

78. Ильченко M.E., Трубин A.A. Резонансные характеристики диэлектрического шара в волноводе // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника, 1984, т. 27, №1, с.с. 72-74.

79. Прокопенко Ю.В., Смирнова Т.А., Филиппов Ю.Ф. Собственные колебания анизотропного диэлектрического шара // Журнал технической физики, 2004, т. 74, вып. 4, с.с. 82-88.

80. Старков М.А. Осесимметричные колебания сфероидальных открытых диэлектрических резонаторов // Радиотехника и электроника, 1983, т. 28, №5, с.с. 864-870.

81. Когут А.Е. Влияние эллиптичности диэлектрических резонаторов на вынужденные колебания типа шепчущей галереи // Письма в ЖТФ, 2002, т. 28, вып 23, с.с. 70-77.

82. Прокопенко Ю.В., Филиппов Ю.Ф., Шипилова И.А., Яковенко В.М. Моды "шепчущей галереи" в полушаровом изотропном диэлектрическом резонаторе с идеально проводящей плоской поверхностью // Журнал технической физики, 2006, т. 76, вып. 2, с.с. 102-111.

83. Прокопенко Ю.В., Филиппов Ю.Ф., Яковенко В.М. Возбуждение колебаний в полушаровом диэлектрическом резонаторе радиальным магнитным диполем // Журнал технической физики, 2005, т. 75, вып. 5, с.с. 107-112.

84. Баранник А.А., Буняев С.А., Черпак Н.Т. Конический квазиоптический диэлектрический резонатор // Письма в ЖТФ, 2005, т. 31, вып. 19, с.с. 1-5.

85. Riddle В., Baker-Jarvis J., Krupka J. Complex permittivity measurements of common plastics over variable temperatures // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2003, vol. MTT-51, №3, p.p. 727-733.

86. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Физматгиз, 1963.-403с.

87. Mazierska J. Dielectric resonator as a possible standard for characterization of high temperature superconducting films for microwave applications // Journal of superconductivity, 1997, vol. 10, №2, p.p. 73-85.

88. Прокопенко Ю.В., Филиппов Ю.Ф. Анизотропный дисковый диэлектрический резонатор с проводящими торцевыми стеками // Журнал технической физики, 2002, т. 72, вып. 6, с.с. 79-84.

89. Баранник А.А., Прокопенко Ю.В., Филиппов Ю.Ф., Черпак H.T., Kopo-таш И.В. Добротность сапфирового дискового резонатора с проводящими торцевыми стенками в миллиметровом диапазоне длин волн // Журнал технической физики, 2003, т. 73, вып. 5, с.с. 99-103.

90. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. -М.: Наука, 1966.-724с.

91. Менде Ф.Ф., Спицын. А.И. Поверхностный импеданс сверхпроводников. Киев: Наукова думка, 1985. - 240с.

92. Голант М.Б., Бобровский Ю.Л. Генераторы СВЧ малой мощности. Вопросы оптимизации параметров. Ред. Девятков Н.Д. М.: Советское радио, 1977.-336с.

93. Сергиенко A.M. Обобщенные схемы СВЧ генераторов с отрицательной активной проводимостью и стабилизацией частоты высокодобротным резонатором // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1992, вып. 8, с.с. 33-44.

94. Балыко А.К., Козлов Г.П., Мякиньков В.Ю. Проектирование твердотельных генераторов СВЧ // Обзоры по электронной технике: Сер. 1. Электроника СВЧ, 1993, вып. 3. 52с.

95. Альтшуллер Г.Б., Елфимов Н.Н., Шакулин В.Г. Кварцевые генераторы. Справочное пособие. -М: Радио и связь, 1984. 232с.

96. Urabe S., Saito S., Kanmuri N. New SAW oscillators for land mobile telephone radio unit // MTT-S International microwave symposium digest, 1983, vol. 83, issue 1, p.p. 315-317.

97. Mcintosh S. SAW resonator stabilized oscillator for a CATV set-top converter // MTT-S International microwave symposium digest, 1982, vol. 82, issue 1, p.p. 43-45.

98. Речицкий В.И. Линии задержки на поверхностных акустических волнах// Зарубежная радиоэлектроника, 1983, №10, с.с. 59-71.

99. Патент Франции №2115402 от 07.07.1972, кл. HOlp (7.00).

100. Алексейчик Л.В., Геворкян В.М., Казанцев Ю.А., Краюшкин В.В., Плохих Н.А. Термостабильные диэлектрические СВЧ резонаторы // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1977, вып. 7, с.с. 40-50.

101. Черний Б.С., Ильченко М.Е., Матусов Ю.П. Теория термокомпенсиро-ванных составных диэлектрических СВЧ резонаторов // Радиотехника и электроника, 1979, т 24, №2, с.с. 242-247.

102. Tobar М.Е., Krupka J., Ivanov E.N., Woode R.A. Dielectric frequency-temperature-compensated microwave whispering-gallery-mode resonators // Journal of physics D: Applied physics, 1997, vol. 30, issue 19, p.p. 2770-2775.

103. Петров Г.В., Храмов A.B., Еленский В.Г. Малошумящие автогенераторы на полевых транзисторах с барьером Шотки // Зарубежная радиоэлектроника, 1983, №3, с.с. 24-37.

104. Saito Y., Arai Y., Itoh Т., Nishikawa Т., Komizo H. A 6 GHz highly stabilized GaAs FET oscillator using a dielectric resonator // MTT-S International microwave symposium digest, 1979, vol. 79, issue 1, p.p. 197-199.

105. Abe H., Takayama Y., Higashisaka A., Takamizawa H. A highly stabilized low-noise GaAs FET integrated oscillator with a dielectric resonator in the С band// IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1978, vol. MTT-26, №3, p.p. 156-162.

106. Tsironis C., Hennings D. Highly stable FET DROs using linear dielectric resonator material // Electronics letters, 1983, vol. 19, №18, p.p. 741-743.

107. Ishihara O., Mori Т., Sawano H., Nakatani M. A highly stabilized GaAs FET oscillator using a dielectric resonator feedback circuit in 9-14 GHz // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1980, vol. MTT-28, №8, p.p. 817-824.

108. Stiglitz M.R., Sethares I.C. Frequency stability in dielectric resonators// Proceedings of the IEEE, 1965, vol. 53, issue 3, p.p. 311-312.

109. ГОСТ 25467-82 "Изделия электронной техники. Классификация по условиям применения и требования по стойкости к внешним воздействующим факторам".

110. Бирюков В.В., Раевский С.Б. Расчёт колебательной системы для транзисторного СВЧ генератора // Радиотехника, 1990, №9, с.с. 30-36.

111. Афанасов С.Г., Бирюков В.В., Когтев А.С. Симметричные магнитные колебания в диапазонной колебательной системе с кольцевым диэлектрическим резонатором // Техника средств связи: Сер. Радиоизмерительная техника, 1991, вып. 4, с.с. 28-38.

112. Бажилов В.А. Термостабильный диэлектрический резонатор с возможностью подстройки ТКЧ // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции "Информационные системы и технологии. ИСТ-2005", Н. Новгород: изд-во НГТУ, 2005, с. 33.

113. Chang Н.-С., Zaki К.A. Unloaded Q's of axially asymmetric modes of dielectric resonators // MTT-S International microwave symposium digest, 1989, vol. MWSYM-3, p.p. 1231-1234.

114. Кузнецов В.А., Лерер A.M., Михалевский B.C. Резонансные частоты дисковых диэлектрических резонаторов // Радиотехника и электроника, 1984, т 29, №11, с.с. 2124-2128.

115. Chen S.W., Zaki К.A. A rigorous analysis of dielectric ring resonators loaded in waveguide or microstrip line structure // MTT-S International microwave symposium digest, 1991, vol. MWSYM-2, p.p. 731-734.

116. Kobayashi Y., Miura M. Optimum design for shielded dielectric rod and ring resonators for obtaining the best mode separation // IEEE MTT-S International microwave symposium digest, 1984, vol. MWSYM-1, p.p. 184-186.

117. Chen S.W., Zaki K.A. Dielectric ring resonators loaded in waveguide and on substrate // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1991, vol. MTT-39, №12, p.p. 2069-2076.

118. Taheri M.M., Mirshekar-Syahkal D. Accurate determination of modes in dielectric-loaded cylindrical cavities using a one-dimensional finite element method// IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1989, vol. MTT-37, №10, p.p. 1536-1541.

119. Lee J.F., Wilkins G.M., Mittra R. Finite-element analysis of axisymmetric cavity resonator using a hybrid edge element technique // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1993, vol. MTT-41, №11, p.p. 1981-1987.

120. Gil F.H., Martinez J.P. Analysis of dielectric resonators with tuning screw and supporting structure II IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1985, vol. MTT-33, №12, p.p. 1453-1457.

121. Kishk A.A., Kajfez D., Chebolu S. Resonant frequency and Q-factor of axisymmetric composite microwave cavities // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2002, vol. MTT-50, №10, p.p. 2287-2293.

122. Lebaric J.E., Kajfez D. Analysis of dielectric resonator cavities using the finite integration technique // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 1989, vol. MTT-37, №11, p.p. 1740-1748.

123. Бочкарёв A.H., Гольдберг JI.Б. Расчёт и экспериментальное исследование диэлектрических резонаторов, экранированных цилиндрическими полыми резонаторами // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1983, вып. 7, с.с. 13-17.

124. Калиничев В.И., Курушин А.А. Программа XFDTD для анализа СВЧ-структур // EDA Express, 2004, № 9, с.с. 40-47.

125. Жобава Р.Г. Адаптивная схема метода моментов в применении к задачам электромагнитной совместимости // EDA Express, 2005, № 12, с.с. 14-19.

126. Григорьев А.Д., Янкевич В.Б. Численные методы расчета электромагнитных полей свободных волн и колебаний в регулярных волноводах и полых резонаторах // Зарубежная электроника, 1977, № 5, с.с. 43-67.

127. Зайцев А.Н., Иващенко П.А., Мыльников А.В. Измерения на сверхвысоких частотах и их метрологическое обеспечение. -М.: Издательство стандартов, 1989.-238с.

128. Coakley K.J., Splett J.D., Janezic M.D., Kaiser R.F. Estimation of Q-factors and resonant frequencies // IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2003, vol. MTT-51, №3, p.p. 862-868.

129. Petersan P.J., Anlage S.M. Measurement of resonant frequency and quality factor of microwave resonators: Comparison of methods // Journal of applied physics, 1998, vol. 84, №6, p.p. 3392-3402.

130. Ginzton E.L. Microwave measurements. New York: McGraw-Hill, 1957.-520p.

131. Измерения в электронике: Справочник / Кузнецов В.А., Долгов В.А., Коневских В.М. и др.; Ред. Кузнецов В.А. М.: Энергоатомиздат, 1987.-512с.

132. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. -M.-JL: изд-во "Энергия", 1965. 444с.

133. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1961. - 792с.