vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-4-478-485vestift-410Research ArticleРАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕRADIOELECTRONICS AND INSTRUMENT-MAKINGЭкранированный планарный диэлектрический резонатор с модами шепчущей галереиA shielded planar dielectric resonator with whispering gallery modesКогутА. Е.KogutA. Ye.

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

D. Sc. (Physical and Mathematical), Leading Researcher

kogut@ire.kharkov.uaКузьмичевИ. К.KuzmichevI. K.

доктор физикоматематических наук, ведущий научный сотрудник

D. Sc. (Physical and Mathematical), Leading Researcher

kuzmichev.igr@i.uaДоляР. С.DoliaR. S.

аспирант, младший научный сотрудник

Graduate student, Junior Researcher

nosatyk_sergey@mail.ruНосатюкС. О.NosatiukS. O.

кандидат физико-математических. наук, научный сотрудник

Ph. D. (Physical and Mathematical), Researcher

roma_vb@mail.ruШульгаЕ. А.ShulhaYe. A.

аспирант, младший научный сотрудник

Graduate Student, Junior Researcher

Shulgaevgeniy.ne@mail.ruДжаочанХеJaochanHe

заместитель директора

Deputy Director

Институт радиофизики и электроники имени А. Я. Усикова Национальной академии наук Украины, ХарьковO. Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics of National Academy of Sciences of Ukraine, KharkovВосточно-Китайский НИИ «Фотоэлектроника», УхуEastern-Chinese Institute “Photoelectronics”, Wuhu201812012019634478485Copyright © Когут А.Е., Кузьмичев И.К., Доля Р.С., Носатюк С.О., Шульга Е.А., Джаочан Х., 20192019Когут А.Е., Кузьмичев И.К., Доля Р.С., Носатюк С.О., Шульга Е.А., Джаочан Х.Kogut A.Y., Kuzmichev I.K., Dolia R.S., Nosatiuk S.O., Shulha Y.A., Jaochan H.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/410

Исследованы спектральные и энергетические характеристики открытого и экранированного со стороны криволинейной поверхности планарных диэлектрических резонаторов (ДР), возбуждаемых на модах высших порядков типа шепчущей галереи (ШГ) в 8-миллиметровом диапазоне длин волн. Данные резонаторы образованы тонкой по сравнению с рабочей длиной волны дисковой диэлектрической структурой, расположенной своими плоскими основаниями между двумя проводящими зеркалами. Таким образом, электрическая компонента резонансного поля ограничивалось по высоте планарного диска двумя проводящими поверхностями. Резонансные свойства такой структуры определялись условием полного внутреннего отражения волн от внутренней криволинейной поверхности диэлектрического диска. Проведенными исследованиями установлено, что при переходе от открытых планарных ДР к экранированным с тонким воздушным зазором в области между металлическим экраном кольцевой формы и диэлектрическим диском при определенном соотношении радиусов удается повысить их собственную добротность. Добротность экранированной резонансной структуры на высокочастотном краю возрастает до 40 %. Причиной данного эффекта является частичное смещение резонансного поля мод ШГ из области диэлектрика в воздушный зазор, что приводит к уменьшению потерь в материале диэлектрика. Для подтверждения этого эффекта было проведено компьютерное моделирование полей мод ШГ в планарном ДР с помощью программного обеспечения CST Microwave Studio 2013. Кроме того, результаты компьютерного моделирования показывают, что эти моды ШГ характеризуются однородным распределением резонансного поля вдоль аксиальной координаты. Отмечена перспективность использования планарных ДР в твердотельных генераторах миллиметрового диапазона длин волн.

The spectral and energy characteristics of two planar dielectric resonators (DRs), open and shielded from the curvilinear surface, excited in higher-order modes as whispering gallery modes (WGMs) in Ka-waveband are investigated. These resonators are formed by a thin (compared to the operating wavelength) disk dielectric structure, located between two conducting planes. Thus, the E-field of the resonator was limited along the height of the planar disk by two conducting surfaces. The resonance properties of such a structure are determined by the condition of total internal reflection of waves from the internal curvilinear surface of a dielectric disk. The carried out investigations shown that the unloaded Q-factor is increased at the arrangement of planar dielectric disk inside the ring metal shield at the certain ratio of the radiuses of the shield and dielectric disk. The Q-factor of the shielded resonant structure at the high-frequency edge increases to 40 %. The partial displacement of the resonant field of the WGMs modes from the dielectric to the air gap is the cause of this effect. It leads to decrease in losses in the dielectric material. A computer simulation of the WGMs fields in the planar DR was carried out using the CST Microwave Studio 2013 software to confirm this effect. In addition, computer simulation results shown that these WGMs in the planar DR are characterized by a homogeneous distribution of the resonant field along the axial coordinate. The perspectives of using planar DR in solid-state Ka-band oscillators are shown.

дисковый планарный диэлектрический резонатормоды шепчущей галереиповышение добротности8-миллиметровый диапазон длин волнdisk planar dielectric resonatorwhispering gallery modesincreasing of Q-factor8-mm wavebandReferencesДиэлектрические резонаторы / М. Е. Ильченко [и др.] ; под ред. М. Е. Ильченко. – М.: Радио и связь, 1989. – 328 с.Il’chenko M. E., Vzyatyshev V. F., Gassanov L. G. et.al. Dielectric Resonators. Moscow, Radio i sviaz’ Publ., 1989. 328 p. (in Russian).Квазиоптические твердотельные резонаторы / А. Я. Кириченко [и др.]. – Киев: Наук. думка, 2008. – 296 с.Kirichenko A. Ia., Prokopenko Iu. V., Filippov Iu. F., Cherpak N. T. Quasi-Optical Solid-State Resonators. Kiev, Naukova dumka Publ., 2008. 296 p. (in Russian).Влияние величины зазора между дисками на добротность диэлектрического пластинчатого резонатора / Г. В. Голубничая [и др.] // Письма в Журн. техн. физики. – 2015. – T. 41, вып. 6. – С. 50–57.Golubnichaya G. V., Kirichenko A. Ya., Krivenko E. V., Lutsenko V. I. The effect of gap width between disks on the Q value of a laminar dielectric disk resonator. Technical Physics Letters, 2015, vol. 41, no. 3, pp. 281–283. https://doi.org/10.1134/ s1063785015030207Experimental conditions for the excitation of thin disk whispering¬gallery-mode resonators / V. Yurchenko [et al.] // Progress in Electromagnetics Research C. – 2013. – Vol. 43. – P. 29–40. https://doi.org/10.2528/pierc13062803Yurchenko V., Altintas A., Ciydem M., Koc S. Experimental conditions for the excitation of thin disk whispering gallery-mode resonators. Progress in Electromagnetics Research C, 2013, vol. 43, pp. 29–40. https://doi.org/10.2528/pierc 13062803Annino, G. Study on planar whispering gallery dielectric resonators. I. General properties / G. Annino, M. Cassettari, M. Martinelli // Int. J. of Infrared and Millimeter Waves. – 2002. – Vol. 23, № 4. – P. 597–615. https://doi.org/10.1023/ a:1015709927809Annino G., Cassettari M., Martinelli M. Study on planar whispering gallery dielectric resonators. I. General properties. International Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2002, vol. 23, no. 4, pp. 597–615. https://doi.org/10.1023/a: 1015709927809Возбуждение колебаний шепчущей галереи в дисковом планарном диэлектрическом резонаторе щелью связи / А. Е. Когут [и др.] // Вес. Нац. акад навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2017. – № 3. – С. 121–128.Kogut A. E., Dolya R .S., Nosatiuk S. O., Shulha Ye. A., He Zhaochan. Excitation of whispering gallery vibrations in a disk planar dielectric resonator by the coupling gap. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2017, no. 3, pp. 121–128 (in Russian).Santhosh Kumar, G. D. V. Whispering Gallery Modes of Planar Dielectric Resonators in LTCC Technology / G. D. V. Santhosh Kumar, K. C. James Raju // Research Areas and 2013 International Conference on Microelectronics, Communications and Renewable Energy (AICERA/ICMiCR), 2013 Annual International Conference on. – P. 474–479. https://doi.org/10.1109/ aicera-icmicr.2013.6576026Santhosh Kumar G. D. V., James Raju K. C. Whispering Gallery Modes of Planar Dielectric Resonators in LTCC Technology. Emerging Research Areas and 2013 International Conference on Microelectronics, Communications and Renewable Energy (AICERA/ICMiCR), 2013 Annual International Conference on, pp. 474–479. https://doi.org/10.1109/ aicera-icmicr.2013.6576026K¬band planar type dielectric resonator filter with high¬/spl epsiv/ ceramic substrates / T. Hiratsuka [et al.] // IEEE MTTS International Microwave Symposium Digest. – 1998. – Vol. 3. – P. 1311–1314. https://doi.org/10.1109/MWSYM. 1998.700615Hiratsuka T., Sonoda T., Sakamoto K., Ishikawa Y. K-band planar type dielectric resonator filter with high-/spl epsiv/ ceramic substrates. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 1998, vol. 3, pp. 1311–1314. https://doi. org/10.1109/MWSYM.1998.700615Whispering-Gallery Modes in Shielded Hemispherical Dielectric Resonators / Z. E. Eremenko [et al.] // IEEE Trans. on MTT. – 2002. – Vol. 50, № 11. – P. 2647–2649. https://doi.org/10.1109/TMTT.2002.804627Eremenko Z. E., Filipov Y. F., Kharkovsky S. N., Kutuzov V. V., Kogut A. E. Whispering-Gallery Modes in Shielded Hemispherical Dielectric Resonators. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2002, vol. 50, no. 11, pp. 2647–2649. https://doi.org/10.1109/TMTT.2002.804627Иванов, Е. Н. Повышение эффективности возбуждения дисковых диэлектрических резонаторов / Е. Н. Иванов, А. А. Карачев, Д. П. Царапкин // Изв. вузов. Радиоэлектроника. – 1987. – Т. 30, № 10. – С. 68–69.Ivanov E. N., Karachev A. A., Tsarapkin D. P. Increasing the excitation efficiency of disk dielectric resonators. Izvestiia vuzov. Radioelektronika = Radioelectronics and Communications Systems, 1987, vol. 30, no. 10, pp. 68–69 (in Russian).Гинзтон, Э. Л. Измерения на сантиметровых волнах / Э. Л. Гинзтон – М.: Изд¬во иностр. лит., 1960. – 519 с.Ginzton E. L. Microwave Measurements. New York, McGraw-Hill, 1957. 519 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.