Frequency modulation approach based on split-ring resonator loaded by varactor diode

• Autorzy: Vovchuk Dmytro , Haliuk Serhii , Robulets Pavlo , Politanskyi Leonid

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.2003

Warianty tytułu

PL

Zasada modulacji częstotliwościowej na bazie rezonatora z dzielonym pierścieniem obciążonego diodą pojemnościową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper,anapproach tofrequency modulation is presented using a split-ring resonator (SRR) loaded by a varactor diode. The modulation occurs due to the continuous time variation of capacitance of the varactor diode via changing of its bias voltage by the signal which is necessaryto modulate. The modulation signal is used for bias voltage. As a source of a carrier signal,one more extra magnetic loop antenna is utilized whichis coupled withtheSRR via near-field interaction. Investigation of two types of signals (harmonic and chaotic) was performed for modulation in the paper. It is shownthatitis possibileto provide the frequency modulation with deviation Δfd= ±80MHz which covers the frequency range 0.95...1.11GHzfor a 1GHz carrier signal whena SMV1231varactor diode is used. The major advantages of the suggested approach are the very simple designand abilityto easily define the required values of frequency deviation through tuning of the bias voltage magnitude range of the varactor diode. Therefore, the presented investigation and results can be useful in themanufacturing of low-cost radio components.

PL

W pracy zaproponowano zasadę modulacji częstotliwości z wykorzystaniem rezonatora z dzielonym pierścieniem (SRR) obciążonego diodą pojemnościową.Proces modulacji zachodzi poprzez ciągłą zmianę pojemności diody pojemnościowej, która z kolei następujepoprzez zmianę napięcia polaryzacji. Sygnał modulujący służy jako napięcie polaryzacji.Źródłem sygnału nośnego jest dodatkowa antena magnetyczna, która oddziałuje poprzez bliskie pole magnetyczne z SRR. W pracy przeprowadzono badaniaw których jako sygnał modulującyzostały wykorzystane dwa rodzaje sygnałów: harmoniczny i deterministyczny chaotyczny.Wykazano, że przy zastosowaniu diody pojemnościowej SMV1231 i częstotliwości sygnału nośnego 1 GHz możliwe jest zapewnienie modulacji częstotliwości z odchyleniem Δfd= ±80MHzw paśmie częstotliwości 0,95... 1,11 GHz.Zaletami proponowanej metody modulacji są bardzo prosta konstrukcja i możliwość łatwego ustawienia żądanej wartości odchylenia częstotliwości poprzez dostosowanie zakresu wartości napięcia przyłożonego do diody pojemnościowej.Przedstawione badania i uzyskane wyniki mogą być przydatne w produkcji tanich komponentów radiowych.

Słowa kluczowe

EN

frequency modulation; varactor diode; split-ring resonator; frequency range; frequency deviation

PL

modulacja częstotliwości; dioda pojemnościowa; rezonator z dzielonympierścieniem; zakres częstotliwości; odchylenie częstotliwości

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 10, nr 3
• Strony: 74--77
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Vovchuk Dmytro

• Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Department of Radio Engineering and Information Security, Chernivtsi, Ukraine

autor

Haliuk Serhii

• Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Department of Radio Engineering and Information Security, Chernivtsi, Ukraine

autor

Robulets Pavlo

• Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Department of Radio Engineering and Information Security, Chernivtsi, Ukraine

autor

Politanskyi Leonid

• Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University, Department of Radio Engineering and Information Security, Chernivtsi, Ukraine

Bibliografia

• [1] Aydin K., Bulu I., Guven K., Kafesaki M., Soukoulis C. M., and Ozbay E.:Investigation of magnetic resonances for different split-ring resonator parameters and design.New Journal of Physics 7(168)/2005, 1–15.
• [2] Baraclough M.,Hooper I. R., Barnes W. L.: Investigation of the coupling between tunable split-ring resonators.Physical Review B 98/2018,085146.
• [3] Binns K.J., Lawrenson P.J.:Analysis and Computation of Electric and Magnetic Field Problems.Pergamon International Library of Science, Technology, Engineering and Social Studies, 2013.
• [4] Ebrahimi A., Withayachumnankul W., Al-Sarawi S., and Abbott D.:High-sensitivity metamaterial-inspired sensor for microfluidic dielectric characterization.IEEE Sensors Journal 14(5)/2014,1345–1351.
• [5] Freire M. J.,Marques R., Jelinek L.:Experimental demonstration of a μ = -1 metamaterial lens for magneticresonance imaging M. J. Freire.Applied Physics Letters 93/2008,231108 (1–4).
• [6] Gevorgian S. S. and Mironenko I.G.: Asymmetric coplanar-strip transmission lines for MMIC and integrated optic applications. Electron. Lett. 26(1916)/1990.
• [7] Girich A.A.:Left-Handed Metamaterial based on the Complementary Split-Ring Resonators Tuned with Varactor Diodes.Ukrainian Journal of Physics62(10)/2017,903–907.
• [8] 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 17/2017, 6684–6689.
• [9] Kitayama D., Yaita M., Song H.-J., NosakaH.: 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), 2162–2035,2016.
• [10] Liang Y., Boon Ch., Li Ch.et al.: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 27(7)/2019, 1513–1526.
• [11] 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 Technology2015,67–69.
• [12] Liu P.et al.:Tunable meta-atom using liquid metal embedded instretchable polymer.J. Appl. Phys.118(1)/2015, 014504.
• [13] Liu W., Sun H.,Xu L.: A Microwave Method for Dielectric Characterization Measurement of Small Liquids Using a Metamaterial-Based Sensor.Sensors18/2005, 1438(1–10).
• [14] Marques R., Medina F., Rafii-el-Idrissi R.: Role of bianisotropy in negative permeability and left-handed metamaterials.Phys. Rev. B 65/2002,144440 (1–6).
• [15] Marques R., Baena J. D., Martel J., Medina F., Sorolla M., Martin F.: Novel small resonant electromagnetic particles for metamaterial and filter design. International Conference on Electromagnetic in Advanced Applications (ICEAA’03), Torino, Italy 2015, 439–442, 2005.
• [16] Marques R., Martin F.: Wire media:Metamaterial Handbook. Theory and Phenomena of Metamaterials2009. Chapter 16-1, CRC Press, Boca Raton.
• [17] Marques R., Mesa F., Martel J., Medina F.: Comparative analysis of edge-and broadside-coupled split ring resonators for metamaterial design -theory and experiments. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 51/2003, 2572–2581.
• [18] Moser H.O., Casse B.D.F., Wilhelmi O., Saw B.T.: Terahertz Response of a Microfabricated Rod-Split_Ring Resonator Electromagnetic Metamaterial. Physical Review Letters 94/2005, 063901(1–4).
• [19] Puentes M., Schubler M., Jakoby R.: 2D sensor array based on Split Ring Resonators for monitoring of organic tissue.Sensors 2011, 12491246.
• [20] Rosa E. B.: The self and mutual inductances of linear conductors. Bulletin of the Bureau of Standards 4, 80/1908, 301–344.
• [21] Slim A., LimS.:Complementary Split-Ring Resonator-Loaded Microfluidic Ethanol Chemical Sensor.Sensors,16/2016,1802(1–13).
• [22] Schuster Ch.: Fast and Accurate Tuning of a Cross-CoupledSplit-Ring Resonator Filter.GeMiC-2018,March 12–14, 2018, Freiburg, Germany, 134–137.
• [23] Silva S. R., Shields A. D., Zhou J.:Tunable Optical Bistability and Optical Switching by NonlinearMetamaterials.Material Science 2017.
• [24] Veselago V. G.: The Electrodynamics of Substances with Simultaneously negative Values of εand μ.Soviet Physics Uspekhi 10(4)/1967, 509–514.
• [25] Vovchuk D., KhobzeiM., KhavruniakM.:Sensing Properties of SRR: influence of finger touching.Int. Scientific-Practical Conference PIC S&T’2019,8–11 October 2019, Kyiv, Ukraine, 799–802.
• [26] Wang Q., Mao D., Dong L.: Thermomechanically Tunable Infrared Metamaterials Using Asymmetric Split-Ring Resonators.Journal of Microelectromechanical Systems 26(6)/2017, 1–3.
• [27] Ye-xin S., Jiu-sheng L.,Le Z.:Graphene-integrated split-ring resonator terahertz modulator.Opt. Quant. Electron., 350/2017, 1–9.
• [28] Zheludev N.I., Kivshar Yu.S.: From metamaterials to metadevices. Nature Materials 11/2012, 917–924.[29]https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/155289/SKYWORKS/SMV1231.html