Криворучко В. І., Іовдальскій В. А, Сілін Р. А., Чепурних І. П. ФГУП НПП “ІСТОК”, м. Фрязіно Московської обл., Вокзальна 2а, 141190, Росія Тел: (095) 4658620; e- mail: istkor@elnet.msk.ru

Анотація розроблена проста у виготовленні конструкція герметичного вікна з тонкої кварцової пластини і металевої діафрагми в прямокутному хвилеводі. Широка робоча смуга частот отримана в результаті чисельного аналізу з використанням обчислювальної програми.

I. Вступ

При виготовленні вузлів мм-діапазону широко застосовується гібридно-інтегральна і квазімонолітная технологія, яка забезпечує підвищену надійність апаратури, мінімізацію масогабаритних характеристик і зниження вартості при масовому виробництві. Високі робочі частоти і широка смуга частот обумовлюють застосування безкорпусних елементів (транзисторів, діодів і т.д.), які потребують захисту від зовнішніх факторів. У техніці ммдіапазона для мінімізації втрат в якості вхідної лінії передачі часто використовують металевий прямокутний хвилевід. Тому захист безкорпусних елементів зводиться до герметизації волноводного каналу. В роботі досліджується спосіб герметизації, що полягає в тому, що регулярний прямокутний хвилевід перекривається по всьому периметру тонким діелектричним «Вікном». У літературі описано велику кількість різних конструкцій герметизуючих хвилеводних вікон (1,2,3), але в більшості випадків вони погано підходять для використання в мм-діапазоні. Часто частина діелектричного вікна (діафрагма) знаходиться поза регулярного хвилеводу, між приєднувальними фланцями. При складанні вузла, це призводить до механічних навантажень на діелектричну діафрагму, приводячи до її руйнування. Крім того, наявність частини діелектричної діафрагми поза регулярного хвилеводу призводить до виникнення вищих типів хвиль, що в результаті звужує робочу смугу частот вікна виведення енергії і ускладнює конструкцію.

Дана робота присвячена розробці конструкції вікна виведення енергії досить простий у виготовленні з широкою робочою смугою частот.

II. Основна частина

В мм-діапазоні вимоги до застосовуваному діелектрика досить жорсткі. Діелектричне вікно може бути виконано з різних матеріалів, але всі вони обов’язково повинні відповідати таким вимогам:

1. Мати мінімальний тангенс кута діелектричних втрат (не більше 10 “3),

2. Мати мінімальне значення діелектричної проникності (менше 4),

3. Мати достатню жорсткість для реалізації можливості відкачування або створення надлишкового тиску в герметизируемой обсязі,

4. Не руйнуватися і не деградувати при несприятливому впливі зовнішніх кліматичних та спеціальних факторів.

Цим вимогам в більшій чи меншій мірі задовольняють тонкі плівкові фторопласт і поліамід, тонка пластинка з кварцового скла. З точки зору довгострокової стабільності параметрів і надійності, кращим є герметичне вікно з кварцового скла. При цьому для того, щоб вносяться втрати були найменшими, товщина діелектрика повинна бути мінімальна. Наявність діелектричної пластинки в хвилеводі еквівалентно ємнісний неоднорідності, яка тим більше, чим більше діелектрична проникність матеріалу і товщина пластинки. Компенсувати цю неоднорідність вдається введенням металевої індуктивної діафрагми. Елементи цієї діафрагми, а також додаткової ємнісної діафрагми використовуються для фіксації діелектричної пластинки в хвилеводі.

Способів кріплення діелектричної пластинки до елементів металевої діафрагми існує декілька. Наприклад, пайка, приклеювання або метод витравлювання «зайвого» діелектрика з металізованої діелектричної підкладки. В останньому випадку залишився діелектрик використовується як волноводного вікна, а залишилася металізація використовується як фіксує рамки, затискається між хвилеводними фланцями.

Рис. 1 Залежності Q і s (Eps) від температури спікання Тс керамік ТБС + 0.0003 * у% MnSC> 4 + х% В12О3

Fig. 1. Q and Eps vs sintering temperature Tc for the Ba0/Sm203/4.67TiC>2 +0.0003*y % MnSC>4 + x % B12O3 ceramics

Майже для всіх складів 1-ої серії (з вісмутом) спостерігається збільшення щільності при підвищенні температури спікання. Виняток склали з’єднання з 5% Bi203, У яких залежність щільності від температури синтезу має мінімум при 1280 ° С, а максимальна щільність виходить при температурі спікання 1320 ° С.

При збільшенні кількості легуючої добавки Bi203 діелектрична проникність підвищується і має максимальне значення рівне 70.5 при температурах спікання 1320-1340 ° С. Поряд з цим, величина добротності при легуванні вісмутом в більшості випадків знижується.

Оптимальна кількість оксиду вісмуту для досягнення високих величин добротності і в серед досліджених складів має значення 3 вагу.%, При температурі спікання 1300 ° С.

На рис. 2 приведені мікрохвильові характеристики складі 2-ої серії при різних температурах спікання. Найвища щільність і діелектрична проникність у цих матеріалів спостерігалися при мінімальному кількості лантану (z = 0.1). Показано, що зміни щільності і діелектричної проникності кераміки від температури спікання мають однаковий характер. Для величини добротності цього не спостерігається.

Рис. 2. Залежності Q і s (Eps) від температури спікання Тс керамік Ba0 / (Smi-zLaz)203/5Ti02

Fig. 2. Q and Eps vs sintering temperature Tc for the BaO/(Smi-zLaz)203/5TiO2 ceramics

У складів з z = 0.15, синтезованих при температурах 1330 ° С-І350 ° С в = 51н-67, Q = 850-І140. Залежності діелектричної проникності і щільності від температури спікання мають максимум при температурі 1340 ° С, при цьому найбільше значення вир досягаються при температурі прожарювання 1150 ° С.

Автори висловлюють подяку к.т.н. Н.Д. Васильєвої за сприяння в мікроструктурних аналізі, а також співробітникам Науково-дослідного відділу МЕІ «гіромагнітний радіоелектроніки» (А. Кітайцеву, В. Конкін, А. Шінкову) за допомогу при СВЧ-вимірах.

III. Висновок

За традиційною керамічною технологією отримано параметричний ряд полікристалічних матеріалів. Додавання розрахованих кількостей оксидів ЬагОз, В1гОз і МпЕОд в вихідний склад сприяло поліпшенню мікрохвильових характеристик керамік.

IV. Список літератури

[1] Ю. М. Безбородов, Т. Н. Наритнік, В. Б. Федоров

Фільтри НВЧ на діелектричних резонаторах. Київ:

Техніка. 1989.

MICROWAVE FEATURES OF Ba0/Sm203/4.67Ti02+x Bi203+y MnS04AND Ba0/(Sm.,_zLaz)203/5Ti02 CERAMICS

Dambis М. K., Dolgov A. V., Filikov V. A., Cherkasov A. P.

Moscow Power Engineering Institute Moscow, Russia, 111250 phone +7 (95) 3627658, e-mail: dambis_m@pochtamt.ru

Abstract Microwave dielectrics have been manufactured by a conventional ceramics process. The effects of Bi203 and MnS04 additives on the microwave characteristics of Ba0/Sm203/ 4.67Ti02 ceramics have been investigated. The microstructure of the ВаО ^ Згтн-гЬа ^ Гоз / бТЮг (х = 0.1ч-0.3) ceramic system has been studied.

I.  Introduction

It has been known that materials used in modern microwave devices should have a high permittivity (s>30) and low dielectric loss (high Q) [1]. Titanium-containing ceramics doped with rareearth ions meet these requirements. Microwave characteristics of these materials depend not only on their composition, but also on the aspects ofthe manufacturing synthesis procedure.

II.  Main part

A model for controlling microwave features of ceramics is currently being developed by the authors using the available experimental data.

Two batches of ceramic materials have been produced by a conventional process: Ba0/Sm203/4.67Ti02 + x wt.% Bi203 + 0.0003 у wt.% MnS04 (x=0, 1.5, 3, 5; y=0, 1) (1st batch) and BaO/tSm^LazhCb/STiC^ z = 0.1, 0.15, 0.2, 0.3 (2nd batch).

BaC03, Ti02, Sm203, La203, Bi203 and the MnS04 aqueous solution were used as initial reactants. The components were ball-crushed in distilled water for 8 hours, dried at 180°C and air-calcined at 1180°C for 4 hours (181 batch) or at 1150°C for 2 hours (2nd batch). Compounds with z = 0.15 were calcined at 1150-І 180 ° C for 2 hours. The powders mixed with a 7% PVA water solution were pressed and sintered at 1260-І 340 ° C (1st batch) or at 1320-І350 ° C (2nd batch). The synthesized ceramics had the density of up to 5.5g/cm3.

The surface of the samples was examined with a scanning electron microscope. Most of the ceramics were formed by columnar crystallites of up to 2|xm in width and up to 20|xm in length. Their microwave features were measured at 8-І 2GHz.

Fig. 1 shows the dependence of Q and s on the sintering temperature for the first batch. A small addition of MnS04 increases s while keeping Q nearly the same. Almost all materials in the batch have displayed growing density with an increase in a sintering temperature, while a compound with 5 wt.% of Bi203 has the peak density at 1280°C and the lowest density at 1320°C.

The permittivity and Q of the Ba0/(Sm1.zLaz)203/5Ti02 ceramics against the sintering temperature are shown in Fig. 2. The peak values of p and s are observed at z=0.1.

The BaO/(Sm0.85La0.i5)2O3/5TiO2 ceramics sintered at 1330 ° С-І350 ° С have the following microwave characteristics: 8 = 51 ^ -67, 0 = 850 ^ -1140. The temperature dependences of density and permittivity for these ceramics peak at 1340 ° C, while the highest values of p and s are observed at the calcination temperature of 1150°C.

III.  Conclusion

A range of polycrystalline materials has been produced by a conventional ceramics process. Microwave performance of the ceramics has been improved by adding specified quantities of La203, Bi203 and MnS04.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.