Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия:

Л. Г. Стаценко, профессор, заведующая кафедрой электроники и средств связи, эл. почта: lu-sta@mail.ru
О. А. Пуговкина, аспирант

Исследована возможность применения разорванного кольцевого резонатора в конструкции СВЧ-фильтра. Разорванный кольцевой резонатор (SRR — split ring resonator) изготавливают из цветных металлов. Он является одним из вариантов включений в метаматериале. Периодическая структура SRR модифицирует диэлектрическую и магнитную проницаемости исходного материала, в результате чего получают отрицательный коэффициент преломления. Эти уникальные свойства нашли широкое применение в технике сверхвысоких частот, поскольку позволяют создавать устройства с улучшенными характеристиками и расширенными функциональными возможностями. В качестве фильтра с включением разорванного кольцевого резонатора рассматривается микрополосковая плата, в горизонтальной плоскости которой вытравлен SRR. Рассмотрены две схемы включения питания: последовательная и параллельная. Представлены эквивалентная схема фильтра и основные соотношения для расчета S-параметров (коэффициентов отражения S11(F) и передачи S21(F)). Сделан расчет S-параметров. Когда коэффициент отражения S11(F) достигает максимального значения, а коэффициент передачи S21(F) — минимального, фильтр работает на резонансной частоте Fр. Моделирование проведено с помощью программного пакета Microwave Office. Найдена зависимость резонансной частоты фильтра от значения диэлектрической проницаемости подложки. Определено влияние типа металла (медь, золото, серебро), из которого изготовлен SRR, на полосно-пропускающую реакцию фильтра. Сделаны выводы о том, что рост значения диэлектрической проницаемости подложки вызывает снижение значения резонансной частоты фильтра. Тип металла, из которого изготовлен SRR, не оказывает существенного влияния на резонансные свойства фильтра. Результаты исследований позволят сократить временные затраты на проектирование и оптимизацию параметров конструкции.

1. Веселаго В. Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ // Успехи физических наук. 1967. Т. 92, № 3. С. 517–526.
2. Pendry J. B. et al. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 1999. Vol. 47, No. 11. P. 2075–2081.
3. Shelby R. A., Smith D. R., Schultz S. Experimental verification of a negative index of refraction // Science. 2001. Vol. 292, No. 5514. P. 77–79.
4. Smith D. R. et al. Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity // Physical Review Letters. 2000. Vol. 84, No. 18. P. 4184–4187.
5. Shelby R. A., Smith D. R., Nemat-Nasser S. C., Schultz S. Microwave transmission through a two dimensional, isotropic, left-handed metamaterial // Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 78. P. 489–491.
6. Mandal M. K., Mondal P., Sanyal S., Chakrabarty A. Low insertion-loss, sharp-rejection and compact microstrip low-pass filters // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2006. Vol. 16, No. 11. P. 600–602.
7. Falcone F., Lopetegi T., Baena J. D. Effective negative- stopband microstrip lines based on complementary split ring resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2004. Vol. 14, No. 6. P. 280–282.
8. Gil Bonache I., García-García J., Martín F. Novel microstrip bandpass filters based on complementary split-ring resonators // IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques. 2006. Vol. 54, No. 1. P 265–271.
9. Chi Hyung Ahn. Microwave metamaterial applications using complementary split ring resonators and high gain rectifying reflectarray for wireless power. — Texas : A&M University, 2010. — 138 p.
10. Вендик И. Б., Вендик О. Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, Вып. 1. С. 3–28.
11. Стаценко Л. Г., Пуговкина О. А. Проектирование СВЧ-устройств для микроволновой радиотермометрии // Известия ЮФУ. Технические науки. 2014. № 10 (159). С. 127–135.
12. Patel Jigar M., Patel Shobhit K., Thakkar Falgun N. Defected ground structure multiband microstrip patch antenna using complementary split ring resonator // International Journal of Emerging Trends in Electrical and Electronics. 2013. Vol. 3, No. 2. P. 14–19.
13. Bait-Suwailam M. M. Numerical study of bandstop filters based on slotted-complementary split-ring resonators (S-CSRRs) // SDIWC. 2014. P. 34–37.
14. Katiyar Pankaj, Wan Nor Liza Mahadi. Impact analysis on distance variation between patch antenna and metamaterial // Microwave and Optical Technology Letters. 2015. Vol. 57, No. 1. P. 178–183.
15. Стаценко Л. Г., Мансуров Ю. Н., Пуговкина О. А. Влияние геометрических размеров включений из цветных металлов на резонансные свойства устройств СВЧ // Цветные металлы. 2015. № 12. С. 71–76.