izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-6-29-36izmertech-1909Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSСпособ измерения добротности миниатюрных открытых диэлектрических резонаторов на сверхвысоких частотахMethod for measuring the Q-factor of miniature open dielectric resonators at ultrahigh frequencieshttps://orcid.org/0000-0002-6080-5586ГеворкянВ. М.GevorkyanV. M.

Владимир Мушегович Геворкян

Москва

Vladimir M. Gevorkyan

Moscow

GevorkianVM@mpei.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3954-1851КазанцевЮ. А.KazantsevY. A.

Юрий Алексеевич Казанцев

Москва

Yury A. Kazantsev

Moscow

KazantsevYA@mpei.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5706-4609ШутовА. В.ShutovA. V.

Александр Вадимович Шутов

Москва

 

Aleksandr V. Shutov

Moscow

ShutovAV@mpei.ruНациональный исследовательский университет «МЭИ»РоссияNational Research University “Moscow Power Engineering Institute”Russian Federation202103082023062936Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1909

Рассмотрены вопросы повышения достоверности измерения высоких (более 5000) добротностей миниатюрных открытых диэлектрических резонаторов. Предложен способ достоверного определения добротности открытого диэлектрического резонатора и представлен алгоритм определения добротности резонатора из материала с тангенсом угла диэлектрических потерь менее 10–4 в экранированной области. Алгоритм основан на измерении параметров электромагнитно связанной системы объёмных металлического и открытого диэлектрических резонаторов. Аналитически обоснован предложенный способ определения добротности открытого диэлектрического резонатора в электродинамическом и цепном представлениях. Рассмотрены варианты влияния металлического объёма на эффективную собственную добротность открытого диэлектрического резонатора в зависимости от его электрофизических характеристик. Оценены факторы, влияющие на полученную эффективную собственную добротность открытого диэлектрического резонатора, и показана область ожидаемых погрешностей измерений. Достоинство предложенного способа определения добротности открытого диэлектрического резонатора – высокая точность аналитических соотношений для определения добротности, отсутствие повышенных требований к точности изготовления измерительных секций и качеству внутренних поверхностей металлического резонатора, простота реализации измерения, связанная с применением ординарного оборудования и элементной базы.

A simple algorithm for reliably determining the Q-factor of an open dielectric resonator made of a material with a tgδ less than 0.0001 in the shielded region is presented, based on measuring the parameters of an electromagnetically coupled system of bulk metal and open dielectric resonators. The analytical substantiation of the considered method for determining the Q-factor of an open dielectric resonator in electrodynamic and electrotechnical representations is carried out. The variants of the influence of the metal volume on the effective Q-factor of an open dielectric resonator depending on its electrophysical characteristics are considered. The factors affecting the effective Q-factor of an open dielectric resonator obtained using this measurement method are evaluated, and the range of expected measurement errors is shown. The advantage of the method for determining the Q-factor of an open dielectric resonator is the high accuracy of the obtained analytical ratios for determining the Q-factor, the absence of increased requirements for the accuracy of the measurement sections and the quality of the internal surfaces of the metal resonator, the simplicity of the measurement process, based on the use of ordinary equipment and element base.

добротностьсвязанная системаобъёмный резонаторметаллический резонатороткрытый диэлектрический резонаторматематическая средаQ-factorcoupled systemcavity resonatormetal resonatordielectric resonatormathematical environmentReferencesНенашева Е. А. Состояние и перспективы развития изделий из микроволновой керамики для отечественной СВЧ аппаратуры // Электронная промышленность. 2014. № 2. С. 84–91.Nenasheva E. A., Jelektronnaja promyshlennost’, 2014, no. 2, pp. 84–91. (In Russ.)Редозубов С. С. Исследование электрофизических свойств керамических материалов на основе титанов, танталов и ниобатов щелочноземельных элементов для применения в СВЧ-электронике: автореф. дисс. канд. техн. наук. (ОАО «НИИ «Гириконд», Санкт-Петербург, 2015).Redozubov S. S., Extented abstract of candidate’s dissertation in Technical Sciences (JSC “Research Institute” Girikond”, St. Petersburg, 2015).Коломин В. М., Рыбкин В. Н., Иовдальский В. А., Соколов И. А. Диэлектрические резонаторы для изделий электронной техники СВЧ-диапазона: Учебное пособие / под ред. С. В. Щербакова. М.: КУРС, 2021. 150 с.Kolomin V. M., Rybkin V. N., Iovdal’skij V. A., Sokolov I. A., Dijelektricheskie rezonatory dlja izdelij jelektronnoj tehniki SVChdiapazona [Dielectric resonators for microwave electronics products], Moscow, KURS, 2021, 150 p. (In Russ.)Алексейчик Л. В., Геворкян В. М., Казанцев Ю. А., Краюшкин В. В. Расчёт линии передачи с диэлектрическими резонаторами при учете ближнего поля // Электронная техника, Электроника СВЧ. 1979. № 8. С. 15–27.Aleksejchik L. V., Gevorkjan V. M., Kazancev Ju. A., Krajushkin V. V., Jelektronnaja tehnika, Jelektronika SVCh, 1979, no. 8, pp. 15–27. (In Russ.)Zhou L., Yin W. Y., Wang J., Wu L. S., Dielectric resonators with high q-factor for tunable low phase noise oscillators, IEEE Trans. on CPMT, 2013, vol. 3, no. 6, pp. 1008–1015.Zhou L., Yin W. Y., Wang J., Wu L. S., Dielectric resonators with high q-factor for tunable low phase noise oscillators, IEEE Trans. on CPMT, 2013, vol. 3, no. 6, pp. 1008–1015.Працюк Б. Б., Прокопенко Ю. В., Поплавко Ю. М. Коэффициент связи составного диэлектрического резонатора с прямоугольным волноводом // Электроника и связь. 2011. № 3. С. 60–63.Pracjuk B. B., Prokopenko Ju. V., Poplavko Ju. M. Koeffi cient svyazi sostavnogo dielektricheskogo rezonatora s pryamougol’nym volnovodom, Jelektronika i svjaz’, 2011, no. 3, pp. 60−63. (In Russ.)Егоров В. Н. Характеристики резонаторов сверхвысоких частот с нерезонансным просачиванием мощности // Известия вузов. Радиофизика. 2010. Том LIII. № 8. С. 493–503.Egorov V. N., Harakteristiki rezonatorov sverhvysokih chastot s nerezonansnym prosachivaniem moshchnosti, Izvestija vuzov, Radiofi zika, 2010, vol. 53, no. 8, pp. 493–503. (In Russ.)Давидович М. В. Диэлектрические резонаторы: интегральные и интегро-дифференциальные уравнения // Известия Саратовского университета. 2008. Т. 8. Сер. Физика. № 1. C. 3–14.Davidovich M. V., Dielektricheskie rezonatory: integral’nye i integro-diff erencial’nye uravneniya, Izvestija Saratovskogo universiteta, 2008, vol. 8 ser. Fizika, no. 1, pp. 3–14. (In Russ.)Геворкян В. М., Казанцев Ю. А., Шутов А. В. Добротность миниатюрного диэлектрического резонатора, связанного с полым металлическим резонатором СВЧ // Труды XVIII Международной научно-технической конференции «Электротехника, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», М., Россия, 27 ноября 2020. М.: Знак, 2020. C. 246–254.Gevorkjan V. M., Kazancev Ju. A., Shutov A. V., Dobrotnost’ miniatyurnogo dielektricheskogo rezonatora, svyazannogo s polym metallicheskim rezonatorom SVCH, Jelektrotehnika, jelektrotehnologii, jelektrotehnicheskie materialy i komponenty, Proceedings of the XVII International Scientifi c and Technical Conference, Moscow, Russia, November 27, 2020, Moscow, Znak Publ., 2020, pp. 246–254. (In Russ.)Никольский В. В., Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Изд-во «URSS», 2017. 544 с.Nikol’skij V. V., Nikol’skaja T. I., Jelektrodinamika i rasprostranenie radiovoln [Electrodynamics and radio wave propagation], Moscow, URSS Publ., 2017, 544 p. (In Russ.)Попов В. П. Основы теории цепей: Учеб. для вузов. Изд. 4-е, испр. М.: Высшая школа, 2003. 575 с.Popov V. P., Osnovy teorii cepej [Fundamentals of circuit theory], Moscow, Vysshaya shkola Publ., 2003, 575 p. (In Russ.)Ильченко М. Е., Трубин А. А. Электродинамика диэлектрических резонаторов. Киев: Наукова думка, 2004. 265 с.Il’chenko M. E., Trubin A. A., Jelektrodinamika dijelektricheskih rezonatorov [Electrodynamics of dielectric resonators], Kiev, Naukova dumka Publ., 2004, 265 p. (In Russ.)Альтман Дж. Устройства СВЧ. М.: Изд-во «Мир», 1968. 487 с.Jerome L. Altman., Microwave Circuits, Princeton, N. J., Van Nostrand, 1964, 462 p.Vladimir M. Gevorkyan, Yuri A. Kazantsev, Lo w noise oscillator based on a conventional dielectric resonator, Microwave Journal, 2020, vol. 63, no. 10, pp. 86–96.Vladimir M. Gevorkyan, Yuri A. Kazantsev, Low noise oscillator based on a conventional dielectric resonator, Microwave Journal, 2020, vol. 63, no. 10, pp. 86–96.Михаэль Хибель. Основы векторного анализа цепей / Пер. с англ. проф. С. М. Смольского под ред. Уте Филипп. М.: Издательский дом МЭИ, 2009. 500 с.Michael Hiebel, Fundamentals of Vector Network Analysis, Rohde & Schwarz, 2008, 419 p.

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