Rezonatory i filtry mikrofalowe

 Miniaturyzacja układów mikrofalowych wykonywanych w technologiach planarnych uniemożliwia wykorzystanie rezonatorów falowodowych o dużych dobrociach. Ponieważ rezonatory wykonane na bazie linii mikropaskowej nie osiągają dużych dobroci, to poszukiwano innych rozwiązań. 
Takim rozwiązaniem stał się rezonator dielektryczny, który jest dyskiem wykonanym z dielektryka o dużej przenikalności elektrycznej $\varepsilon_r$ = 30...100. Struktura jest całkowicie otwarta i nie ma żadnej ścianki metalowej.
Rezonator dielektryczny jest strukturą wielomodową. Podstawowym modem rezonansowym jest TE_01$\delta$. Rozkład pola EM dla tego modu pokazano na rys.8.38A. Duża rozmaitość wyższych modów utrudnia ich kontrolę.

   Rys.8.38. Rezonator dielektryczny. A) Rozkład pól E 
i H w rezonatorze dla rodzaju podstawowego TE_01$\delta$. B) Rezonator dielektryczny sprzężony z linią mikropaskową.

Dobrocie własne Q₀ rezonatorów są stosunkowo duże, w granicach 3000...8000.
Rezonator dielektryczny dobrze sprzęga się z linią mikropaskową –rys.8.38B. Pole magnetyczne otaczające pasek wnika do obszaru rezonatora i wzbudza pole elektryczne. Oczywiście wzbudzenie jest możliwe tylko wokół częstotliwości rezonansowej.
W niektórych przypadkach koniecznym jest przestrojenie rezonatora dielektrycznego. Stosowane jest wtedy rozwiązanie pokazane na rys.8.39A. Ruchome metalowe denko ogranicza obszar wzbudzenia pola magnetycznego i przez zmianę jego odległości można przestrajać rezonator mechanicznie w granicach 1...3%.
 
 

Rys.8.39. Sprzężenie rezonatora dielektrycznego z linią mikropaskową. A) Rezonator przestrajany metalowym denkiem. B) Obwód zastępczy.    

Wielką zaletą rezonatorów dielektrycznych jest możliwość stabilizacji termicznej ich częstotliwości rezonansowej. Częstotliwość rezonansowa rezonatora, w ogólnym przypadku, jest funkcją jego rozmiarów i przenikalności elektrycznej $\varepsilon$ dielektryka, z którego jest zrobiony – zależność (8-72). 

 Zwykle z temperaturą rosną liniowo rozmiary rezonatora, a jego częstotliwość rezonansowa maleje, gdyż  $f_0\approx L^{-1}$. Wzrost przenikalności względnej $\varepsilon$_r powoduje także malenie częstotliwości, gdyż $f_0\approx \varepsilon _r^{-\frac{1}{2}}$ . Jednakże znane są materiały dielektryczne, wśród których wartość pochodnej   można dobierać dodatnią „+” lub ujemną „-”. W rezultacie zmiany przenikalności   $\varepsilon$_r mogą kompensować zmiany wymiarów rezonatora i częstotliwość rezonansowa rezonatora dielektrycznego może być niezależna od temperatury.
Rezonatory dielektryczne stosowane są m.in. do stabilizacji częstotliwości oscylatorów wykonanych w technologii MMICs, oraz w realizacji wielobwodowych miniaturowych filtrów mikrofalowych.