Использование в схемах СВЧ частотно-избирательных устройств, работающих на резонансных явлениях в диэлектриках с высокой диэлектрической проницаемостью, представляет значительный интерес с точки зрения снижения стоимости, массы и размеров готового устройства, а также улучшения энергетических показателей. К таким частотно-избирательным компонентам могут быть отнесены полосно-пропускающие фильтры, фильтры низких и верхних частот и др. Основным назначением таких изделий является пропускание частоты, находящейся в определенном диапазоне, а также подавления некоторых составляющих сложного сигнала.
Ключевым элементом фильтра является резонатор, представляющий собой диэлектрик с металлизированной поверхностью в форме диска или цилиндра. Наряду с цельными дисками и цилиндрами часто встречаются конструкционное исполнение с коаксиальным отверстием (коаксиальные резонаторы). Такой резонатор, как правило, представляет собой керамическую трубку с нанесенными на ее внешнюю и внутреннюю поверхности проводящими пленками, помещенную в металлический корпус.
Выбор материала с высокой диэлектрической проницаемостью в качестве среды распространения электромагнитных колебаний во многом обусловлен возможностью получения миниатюрных изделий для волновых и колебательных систем СВЧ . Так, проницаемость в керамических материалах варьируется от 9 ± 0,5 до 98 ± 1. Использование керамики в диэлектрических резонаторах позволяет добиться улучшенных конструктивно-технологических характеристик и низких СВЧ потерь.
Одним из основных производителей диэлектрических резонаторов на основе высококачественной керамики для СВЧ-устройств является фирма Temex-Ceramics (Франция), которая с 2012 года входит в состав группы компаний Exxelia Group, одного из европейских дилеров по поставке электронных компонентов для СВЧ-устройств.
Компания Temex-Ceramics осуществляет выпуск широкой номенклатуры высокодобротных керамических резонаторов коаксиального типа для диапазона частот от 300 МГц до 6ГГц, выполненных из керамики с диэлектрической проницаемостью (εr) 21, 37, 90. Такие резонаторы рекомендованы для использования в устройствах сотовой связи, дуплексорах, осцилляторах, усилителях, системах GPS, узкополосных фильтрах и др.
Длина контура может быть определена, исходя из заданной частоты и диэлектрической проницаемости материала согласно следующему выражению:
В последнее время в беспроводном телекоммуникационном оборудовании величина рабочих частот постепенно смещается в сторону ВЧ диапазона, расширяя границы использования таких устройств до 1ГГц и выше. Как известно, ключевым звеном во многих СВЧ устройствах является резонатор. Так, например, диэлектрические резонаторы активно используют в качестве фильтров, в высокочувствительных сенсорных датчиках, в метрологическом оборудовании и в прецизионных физических экспериментах. Особый интерес для разработчиков представляют компоненты, сочетающие возможность эксплуатации в узкой полосе частот и миниатюрные размеры. Среди небольшого числа производителей резонаторов, можно выделить компанию Temex-Ceramics, которая освоила выпуск собственного ряда диэлектрических материалов и резонаторов, отвечающих по своим характеристикам последним требованиям рынка компонентов, применяемых в СВЧ-устройствах.
Диэлектрические резонаторы Temex-Ceramics отличаются компактным корпусом, надежностью, температурной стабильностью и низкой себестоимостью. Шесть марок материалов E2000...E7000, выпускаемых компанией, рассчитаны на диапазон частот 800 МГц-50 ГГц, а также характеризуются высокой добротностью и диэлектрической проницаемостью (εr), значение которой варьируется от 24 до 78.
Такие компоненты изготавливаются на основе диэлектрика с металлизированной поверхностью в форме диска или цилиндра без центрального отверстия. Принцип действия диэлектрических резонаторов основывается на том, что он запасает энергию в очень узкой полосе частот в пределах своего объема. После чего запасенная энергия отражается обратно в резонатор. При этом, для диэлектрического резонатора отражающей поверхностью является граница воздуха-диэлектрик. Связь с внешними цепями осуществляется с помощью штыря или петли. Плоскость петли, при этом, проходит перпендикулярно силовым линиям напряженности магнитного поля. Элемент связи располагается в соответствии со структурой электромагнитного поля.