Пристрій модуляції аналогових гармонічних сигналів шляхом неперервного регулювання параметрів кільцевих резонаторів

ПРИСТРІЙ МОДУЛЯЦІЇ АНАЛОГОВИХ ГАРМОНІЧНИХ СИГНАЛІВ ШЛЯХОМ НЕПЕРЕРВНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ КІЛЬЦЕВИХ РЕЗОНАТОРІВ

AMPLITUDE MODULATION DEVICE OF ANALOGUE HARMONIC SIGNALS BY CONTINUOUS TUNING OF SPLIT-RING RESONATOR PARAMETERS

 

Сторінки: 188-191. Номер: №4, 2020 (287)

Автори:
П.Ф. РОБУЛЕЦЬ, Д.А. ВОВЧУК, С.Д. ГАЛЮК, Л.Ф. ПОЛІТАНСЬКИЙ
Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

P.F. ROBULETS, D.A. VOVCHUK, S.D. HALIUK, L.F. POLITANSKYI
Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University

 
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2020-287-4-188-191

 
Рецензія/Peer review : 16.10.2020 р.
Надрукована/Printed : 05.11.2020 р.

 

Анотація мовою оригіналу

     У роботі запропоновано та досліджено пристрій амплітудної модуляції з використанням розрізного кільцевого резонатора (РКР), навантаженого варакторним діодом. Процес модуляції відбувається шляхом неперервної зміни ємності варакторного діоду через зміну напруги зміщення на варакторному діоді. У якості напруги зміщення використовується модулюючий сигнал. Джерелом носійного сигналу є додаткова магнітна антена, що взаємодіє через близьке магнітне поле із РКР. Експериментальні дослідження проведено для гармонічного модулюючого сигналу. Показано, що при використанні варакторного діоду SMV1231 значення частоти носійного коливання можна вибирати із діапазону 0.95…1.11 ГГц. Приведено часову діаграму модульованого сигналу та спектральну характеристику відновленого гармонічного сигналу частотою 5 МГц. Перевагами запропонованого способу модуляції є проста конструкція пристрою модуляції. Результати проведених досліджень можуть бути корисними під час виготовлення радіокомпонентів низької вартості.
Ключові слова: амплітудна модуляція, варакторний діод, розрізний кільцевий резонатор.

 

Розширена анотація англійською мовою

     The principle of amplitude modulation is proposed and studied in the paper based on a split ring resonator loaded by a varactor diode. It is one of the variants to tune the parameters of split ring resonator. A split ring resonator belongs to the class of metamaterials with negative value of permeability. The simplicity of construction and a number of possible variations of tuning of its parameters the split ring resonators are the topical thing of investigations. In our case the modulation is possible through the continuing tuning of reverse voltage of varactor diode by low frequency analogue signal. The voltage variation changes the capacitance of a varactor diode and at the same time the total value of capacitance of resonator. This analogue signal is the modulation signal that plays a role of an information signal. The carrier oscillation is generated by high frequency signal generator and it is transferred via magnetic loop antenna that interacts with split-ring resonator via strong near field. The value of carrier signal frequency (modulated signal) corresponds to the value of resonance frequency of the split-ring resonator. By utilizing of the varactor diode SMV1231 the value of carrier signal frequency can be picked up from the range of 0.95-1.11 GHz. It is defined experimentally by changing the varactor capacitance. The time diagram and the spectral characteristic of the demodulated signals are shown for the modulation signal of 5 MHz. However, we have experimentally established that there is the possibility to increase the value of frequency of the modulation signal up to approximately 20 MHz. It is restricted by physical properties of the used varactor diode series. The suggested approach for the frequency modulator realization is very simple, low-cost and allows elementary to control and tune the output characteristics.
Keywords: amplitude modulation, varactor diode, split-ring resonator.

 

References

1. Veselago V. G. The Electrodynamics of Substances with Simultaniously negative Values of ε and μ. Soviet Physics Uspekhi, 1967 10, iss. 4, pp. 509–514.
2. Marques R., Medina F., and Rafii-el-Idrissi R. Role of bianisotropy in negative permeability and left-handed metamaterials. Physical Review B, 2002, vol. 65, pp. 144440 (1–6).
3. Freire M. J., Marques R., Jelinek L. Experimental demonstration of a µ = -1 metamaterial lens for magneticresonance imaging. Applied Physics Letters, 2008, iss. 93, pp. 231108 (1–4).
4. Zheludev N.I., Kivshar Yu. S. From metamaterials to metadevices. Nature Materials, 2012, vol. 11, pp. 917–924.
5. Girich A.A. Left-Handed Metamaterial based on the Complementary Split-Ring Resonators Tuned with Varactor Diodes. Ukrainian Journal of Physics, 2017, vol. 62, iss. 10, pp. 903–907.
6. Imade Y., Ulbricht R., Tomoda M., Matsuda O., Seiutinas G., Juodkazis S., Wright O.B. Gigahertz Optomechanical Modulation by Split-Ring-Resonator Nanophotonic Meta-Atom Array. Nano Letters, 2017, vol. 17, iss. 11, pp. 1–10.
7. Salim A., Lim S. Complementary Split-Ring Resonator-Loaded Microfluidic Ethanol Chemical Sensor. Sensors, 2016, 16, iss. 1802.
8. Puentes M., Schubler M., Jakoby R. 2D sensor array based on Split Ring Resonators for monitoring of organic tissue. Sensors, 2011, pp. 272–275.
9. Ebrahimi A., Withayachumnankul W., Al-Sarawi S., Abbott D. High-sensitivity metamaterial-inspired sensor for microfluidic dielectric characterization. IEEE Sensors Journal, 2014, vol. 14, iss. 5, pp. 1345–
10. Aydin K., Bulu I., Guven K., Kafesaki M., Soukoulis C. M., Ozbay E. Investigation of magnetic resonances for different split-ring resonator parameters and design. New Journal of Physics, 2005, vol. 7, iss. 168, pp. 1–15.
11. Wang Q., Mao D., Dong L. Thermomechanically Tunable Infrared Metamaterials Using Asymmetric Split-Ring Resonators. Journal of Microelectromechanical Systems, 2017, vol. 26, no. 6, pp. 1186–1188.
12. Liu P. et al. Tunable meta-atom using liquid metal embedded in stretchable polymer. Journal of Applied Physics, 2015, vol. 118, no. 1, p. 014504.
13. Ye-xin S., Jiu-sheng L., Le Z. Craphene-integrated split-ring resonator terahertz modulator. Optical and Quantum Electronics, 2017, vol. 49, iss. 350, pp. 1–9.
14. Liang Y., Boon Ch., Li Ch. Design and Analysis of D-Band Om-Chip Modulator and Signal Source Based on Split-Ring Resonator. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration Systems, 2019, vol. 27, iss. 7, pp. 1513–1526.
15. Liang Y., Yu H., Zhang W., Lin F. CMOS Sub-THz On-Chip Modulator by Stacked Split Ring Resonator with High-extinction Ratio. IEEE International Symposium on Radio-Frequency Integration Technology, 2015, pp. 67–69.
16. Baraclough M., Hooper I. R., Barnes W. L. Investigation of the coupling between tunable split-ring resonators. Physical Review B, 2018, vol. 98, 085146 (1–6).
17. Schuster Ch. Fast and Accurate Tuning of a Cross-Coupled Split-Ring Resonator Filter. 11th German Microwave Conference (GeMiC-2018), Freiburg, Germany, March 12–14, 2018, pp. 134–137.
18. Kitayama D., Yaita M., Song H.-J., Nosaka H. High-Speed and High-ON/OFF Ratio Split-Ring-Resonator-Based Active Metamaterial using Varactor Diodes. 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz), Copenhagen, 2016, pp. 1–2.
19. Silva S. R., Shields A. D., Zhou Tunable Optical Bistability and Optical Switching by Nonlinear Metamaterials. 2017. URL: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1705/1705.07719.pdf).